煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究

煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究对水泥行业的节能减排与大宗固废的高值利用均具有重要意义。本文以河北某地不同矿区的6种煤矸石为原料,采用XRD,热重等方法分析判断其化学成分和矿物组成,通过静态煅烧实验研究了其煅烧活化条件,并通过胶砂实验测定其胶凝活性。结果表明,煅烧温度和时间会影响产品的胶凝活性,不同矿物组成的样品需要的煅烧条件不同,所测样品其3 d早期强度相较于基准水泥有所下降,但28 d活性指数增长明显,除#4矿区外均达到了制备辅助胶凝材料的要求。     

煤矸石的热力-化学复合活化研究

采用不同温度下的煅烧和添加化学激发物质的复合活化方法对煤矸石用作高性能水泥辅助性胶凝材料时潜在活性激发效果进行了实验探讨。实验结果表明,原始煤矸石未经任何处理直接用作水泥混合材时基本上不表现出火山灰活性,会导致水泥强度大幅度降低。煤矸石经600~900℃加热处理之后再与水泥混合使用,表现出显著的火山灰活性,水泥强度得到明显改善。用芒硝或水玻璃作为激发剂对煤矸石施加热力化学复合活化,在适宜的掺量范围内水泥强度,尤其是早期强度,得到进一步改善。采用水玻璃的场合活化效果优于采用芒硝的场合。煤矸石热力化学复合活化的适应范围为热处理温度600~800℃,水玻璃掺量不超过4%。     

优化煅烧煤矸石胶凝性能的研究

本研究探讨了煤矸石胶凝性能的影响因素，比较了本研究制备得到的煤矸石与矿渣的胶凝性能，并以两种不同的工艺开展了煤矸石制备性能调节型辅助胶凝组分的半工业性试验。研究结果表明，掺有活性组分的煅烧煤矸石的胶凝性能有显著提高；实验室制备的煤矸石与硅酸盐水泥复合后的早期强度要高于矿渣与硅酸盐水泥复合样品的，但是28天强度却低于后者；运用水泥工业中试用回转窑制备的煤矸石与硅酸盐水泥复合后。获得了较好的胶凝性能。     

房山砂质煤矸石热活化的影响因素分析

为提高房山砂质煤矸石的胶凝活性,用于制备胶凝材料,采用XRD分析、DSC-TG分析、胶砂试块强度测试和SEM分析等多种方法,分析了房山煤矸石的热活化机理,研究了煅烧温度、冷却方式以及蚀变剂等因素对煤矸石活性的影响。结果表明：使房山砂质煤矸石有效活化的煅烧温度在800℃左右,蚀变物料出炉后于自然风中冷却;在煅烧过程中添加适量的蚀变剂可以侵蚀石英、长石类晶体表面,使其化学键发生断裂,结构发生解体,产生活性的SiO2,从而提高房山煤矸石的活性。     

复合胶凝体系对砂浆性能的影响

选用3种低钙类辅助胶凝材料粉煤灰、活化煤矸石和烧粘土分别与高钙类辅助胶凝材料矿渣复合掺入到水泥砂浆中,形成水泥-低钙类-矿渣复合胶凝体系。研究结果表明:利用复合胶凝材料优化配伍可以改善砂浆的工作性能,但大部分砂浆试样的保水率仍达不到国家标准要求。就砂浆力学强度而言,在水泥-粉煤灰-矿渣胶凝体系中,粉煤灰占辅助胶凝材料总量40%~60%较为适宜;辅助胶凝材料以粉煤灰为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在40%以下;在水泥-活化煤矸石-矿渣胶凝体系中,活化煤矸石占辅助胶凝材料总量20%~40%较为适宜;辅助胶凝材料以活化煤矸石为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在40%以下;在水泥-烧粘土-矿渣胶凝体系中,辅助胶凝材料以烧粘土为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在20%以下。     

煤矸石的热活化工艺研究

通过工艺实验、添加煤矸石水泥胶砂的强度测试、煅烧前后煤矸石成分及结构的XRD分析,研究了煅烧工艺条件对铜川某煤矿煤矸石火山灰活性的影响,探讨了热活化机理以及添加烧煤矸石能够提高水泥胶砂强度的原因,即煤矸石原来排列有序的晶体结构被打乱,形成热力学不稳定状态玻璃相结构,从而使烧成后的煤矸石中含有大量的活性氧化硅和氧化铝,而具有火山灰活性。实验发现所用煤矸石的最佳煅烧温度为700℃,此时水泥胶砂具有最高的抗压和抗折强度。     

烧煤矸石的火山灰性能研究

经500-1000℃煅烧后的煤矸石，均具有火山灰活性和火山灰反应性，但煅烧温度直接影响其活性的高低和掺不同煅烧温度煤矸石的水泥强度性能。试验结果表明：试验用煤矸石经750℃温度煅烧后的活性和反应性最好，用其制得的水泥胶砂强度也最高，800℃煅烧的次之，500℃煅烧的最低。     

低温烧煤矸石的火山灰活性研究

研究了在500～1000℃煅烧温度条件下烧煤矸石的火山灰活性,采用ISO方法和水泥胶砂28d强度法检测不同煅烧温度烧煤矸石的火山灰活性,并用结合水量法测定掺烧煤矸石水泥的水化进程情况,以判断烧煤矸石活性的大小,同时对其水化产物进行了初步探讨.结果表明:煅烧温度决定了烧煤矸石的火山灰活性大小,本研究所用的煤矸石在750℃左右煅烧的条件下具有较高的活性.     

煤矸石增钙煅烧的机理

研究了徐州未燃煤矸石以石膏和萤石作矿化剂煅烧前后结构变化及其活化机理.采用X射线衍射和核磁共振测试手段对煤矸石活化过程的物质组成和微观结构进行分析.结果表明:随着Ca与Si的摩尔比和煅烧温度的提高,煤矸石样品的活性也增加.煅烧过程中,硅氧四面体结构从高聚态向低聚态转变,生成多种胶凝性硅酸盐矿物.同时,煅烧前后铝氧结构也发生变化,铝的配位数由6变成4.因此,煅烧激活了煤矸石的硅氧结构,稳定了铝氧结构,有利于煤矸石胶凝活性的改善.     

煤矸石的热一机械-化学复合活化法正交试验分析

采用机械细磨、煅烧和添加化学激发剂3种手段复合加工处理煤矸石,然后采用力学性能测试研究了水泥胶砂的强度,并通过DSC和XRD分析了煤矸石的成分和结构变化。采用正交试验分析法对试验数据进行了分析,结果表明,复合活化处理过的煤矸石具有较好的火山灰活性,煅烧温度是影响火山灰活性的最主要因素。活化煤矸石对水泥抗折强度的贡献大于对抗压强度的贡献。复合活化煤矸石的最佳煅烧温度为625℃,最佳球磨细度为45μm筛余5.12%左右,80μm筛余14.74%左右,激发剂的最佳加入量约为矸石量的2.0%。复合活化有利于降低煅烧能耗,提高生产效率。     

高火山灰活性煅烧煤矸石添加量对水泥抗压强度的影响

为研究高火山灰活性下煤矸石添加量对水泥抗压强度影响,以龙岩翠屏山煤矿煤矸石为研究对象,分析了温度对煤矸石活性的影响以及煤矸石添加量对水泥强度的影响。结果表明:随着煅烧温度的增大,煤矸石烧失量在逐渐增大,烧失量与煅烧温度呈幂函数关系;随着煅烧温度的增大,煤矸石活性呈现先增大后减小的规律,煅烧煤矸石吸钙量与温度成二次多项式关系,推断实验煤矸石的煅烧最佳温度为750 ℃;随着煤矸石添加量的增加,水泥单轴抗压强度呈下降趋势,试件的抗压强度与煤矸石添加量成指数关系;随着龄期的增大,添加煤矸石的试件强度具有增长的趋势。研究结果对确定煤矸石添加量提供了理论依据,对指导煤矸石在凝胶材料中应用具有重要意义。     

高效喷旋分解炉SWC的开发研究

在和类典型分解炉特点的基础上开发了一种独具特色的高效分解炉SWC，通过优化研究，使炉内气体的喷腾、旋流效应得到较理想的配合，能够既保证良好的气固混合效果，为煤粉燃烧和碳酸盐分解反应提供良好的环境条件，又具有优良的低阻特性，该炉的料气停留时间比值超过国内现有的各同类炉型，可达到很高的空间利用率，有利于新型干法厂增产降耗。为我国资源状况复杂的实际情况和利用低质燃料提供了一种优良的选择方案，也为性能不理想的分解炉的改造提供了方向。     

分解炉中煤粉燃尽特性的试验研究及评价

通过高温悬浮试验反应台模拟了不同温度和O2情况下,水泥工业所用的4种典型煤粉的燃尽特性。试验表明,温度提高、燃烧气氛中O2含量的增加有利于提高煤粉的燃烧效果,尤其对无烟煤有较大的影响,但温度及O2的进一步增加对烟煤的影响则较小。根据煤粉的燃烧特性,结合分解炉的特点提出了评价分解炉中煤粉燃尽特性的特征燃尽度和相对燃尽时间,认为只要出分解炉煤粉燃尽度≥90%即可确保分解炉设计的可靠性及合理性。根据煤粉在特征燃尽度下的相对燃尽时间可指导实际分解炉的开发和对现有分解炉实施改造,以确保和提高煤粉在分解炉中的燃烧效果,从而保证分解炉的运行可靠。     

分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10^-6和12.96×10^-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。     

原状煤矸石骨料强化工艺研究

以陕西铜川原状煤矸石为研究对象,对其进行分拣、破碎、分级等工艺处理,重点进行煤矸石的化学强化和表面包覆相关实验。选用粒径为2.36~4.75 mm的煤矸石,采用不同的强化剂和包覆粉来提高其强度和耐水性。研究发现,当用硅酸盐类强化剂B（质量分数为6%）掺入0.7%土壤固化剂进行复配后的溶液作强化剂,对煤矸石强化效果最明显;在液体强化后的煤矸石表面用水泥和某尾矿粉质量比为1:1.2进行包覆处理,包覆量为煤矸石质量的25%,所制得的产品干压碎值约降低50%,耐水性约提高85%,所制得的煤矸石骨料产品性能良好。将所制得的煤矸石骨料产品替代部分石灰岩用作水泥砂浆集料,相比原状煤矸石砂浆,强化后的煤矸石水泥砂浆抗折、抗压强度都有提高。     

煤矸石活化过程中结构特性和力学性能的研究

对不同温度下煅烧煤矸石水泥混合材进行了系统研究,以寻找煤矸石活性的最佳煅烧温度。选用增钙煅烧的方式提高煤矸石活性。为了进一步了解煤矸石的活化过程,对其进行了扫描电镜(scanning electron microscope,SEM),核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)等测定。通过sEM方法可以观察不同状态煤矸石颗粒形貌的变化。通过NMR方法,从Si,A1原子所处环境和相互间的关系角度上对不同状态煤矸石活化过程进行结构层次上的研究。     

注浆专用水泥的实验研究

论文针对注浆成本高,煤矸石活性低、利用率低等问题,结合我国当前注浆材料和煤矸石活性激发的研究现状,配制一种注浆专用水泥.首先采用机械活化方式,结合比表面积和能耗,优选出最佳的煤矸石机械粉磨时间,然后研究煅烧温度和化学激发剂掺量对水泥强度影响的变化规律,并结合各种活化方法对水泥流动度、凝结时间的影响规律得出煤矸石水泥的最佳配比.利用电化学工作站分析了煤矸石基水泥内部孔结构的变化规律;利用SEM对煤矸石的活性增强机理、煤矸石水泥强度增强机理进行了探讨,为注浆专用水泥的进一步研究提供了可靠的依据.     

煤矸石少熟料水泥的研究

利用工业废渣研制少熟料水泥,是解决工业废渣资源化的有效措施。煤矸石是工业固体废弃物中排放和堆存量最大的一种,针对煤矸石的组成特点,通过正交试验研制较高标号的煤矸石少熟料水泥,并对其物理力学性能及耐久性做系统测试分析。研究表明,本文所研制的煤矸石少熟料水泥具有广泛的应用前景。     

煤矸石最佳热处理工艺制度的选择

试验选用不同产地的煤矸石试样,采用不同煅烧温度、保温时间、冷却方式等热激活工艺制度进行热激活处理,将处理样粉磨后以30%的比例掺入水泥中制成掺煤矸石的混合材硅酸盐水泥,测其各龄期胶砂强度值。并综合考虑强度和煤矸石粉磨能耗,采用DFE模糊决策模型,筛选出煤矸石试样最佳的热激活工艺制度。