热处理煤矸石活性评价方法的研究

用X射线光电子能谱（XPS对热处理煤矸石中Si 2p,Al 2p和O 1s的结合能进行试验研究,发现煤矸石质硅铝基胶凝材料的强度和煤矸石中硅、铝的结合能具有线性关系,煤矸石的硅、铝结合能可以用来表征煤矸石的胶凝特性和活性.热活化煤矸石Si 2p,Al 2p和O 1s的结合能之间具有很好的相关性.基于此提出硅铝质物料活性评价的新方法--用Si,Al表面结合能评价硅铝质物料活性.     

矿物掺和料对铝业赤泥基胶凝材料力学性能影响的研究

在研究利用赤泥制备胶凝材料的基础上,向其中掺加煤矸石、粉煤灰、矿渣等矿物掺加料,利用XRD、SEM等现代测试技术,对混合胶凝材料体系的水化过程、水化产物及显微形态进行了分析和研究,揭示了煤矸石等掺加料对赤泥基胶凝材料体系力学性能的影响及其机理。     

煤矸石质硅铝基胶凝材料的试验研究

为提高煤矸石的综合利用率，以500 ℃煅烧的煤矸石为主体原料，附以改性硅酸钠溶液为成岩剂，研制煤矸石质硅铝基胶凝材料.利用煤矸石与矿渣、粉煤灰之间的协同效应在常规条件下制备出强度持续增长（62.10 MPa，3 d； 93.15 MPa，90 d）、施工性能良好的胶凝材料.通过X射线衍射、IR和MAS NMR对全煤矸石硅铝基胶凝材料进行研究，煤矸石质硅铝基胶凝材料在水化前后Si，Al价键和配位发生了改变，表征有水化产物生成，进一步验证水化产物有水白云母、C-S-H凝胶和类沸石无定性铝硅酸盐凝胶.根据煤矸石硅铝基胶凝材料的特征提出了原位键合的水化机理.     

赤泥基胶凝材料钙硅比对Na+固化性能的影响

运用NMR、IR等分析手段,采用结构分析的方法研究了赤泥基胶凝材料的水化过程,揭示了胶凝材料钙硅比对水化产物Na+固化性能的影响规律。结果表明,随着钙硅比的降低,在Al对Si的取代作用下,［Si(Al)O₄］结构单元聚合度增大,桥［SiO₄］、［AlO₄］四面体增多,Si以Q¹、Q²结构形式存在的C-S-H凝胶转变为具有SiQ²、SiQ³和SiQ⁴结构单元的(Na,Al)-C-S-H凝胶,利于Na⁺以化学吸附和化学固溶形式的固化。     

赤泥作矿渣基胶凝材料调整剂的研究

以赤泥作为调整剂加入到矿渣、石膏、水泥熟料组成的矿渣基胶凝材料中,考察其掺量对胶凝材料抗压强度的影响,并对胶凝材料的微观形貌进行SEM分析。结果表明：随着赤泥掺量的增加,胶凝材料的抗压强度先增大后减小;在赤泥掺量为6%时（矿渣、石膏、熟料用量分别为74%、10%、10%,PC减水剂用量为各原料总量的0.3%）效果最优,胶凝材料的3、7、28 d抗压强度分别达到61.93、70.53、81.02 MPa。胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石;随着反应龄期的增长,C-S-H凝胶的覆盖面积不断增大,钙矾石晶体也紧密交织,水化过程趋于完全。     

石油焦渣和电石渣复合激发赤泥活性的研究

利用石油焦渣和电石渣复合激发拜耳法赤泥,确定三元体系最佳配比制备高活性粉体;比较几种不同辅助性胶凝材料对赤泥复合粉体的改性作用,制备碱激发胶凝材料;利用XRD分析水化产物,并采用SEM观察净浆试样的微观形貌。赤泥、石油焦渣和电石渣的固相质量比7∶2∶1时,制备胶砂28 d抗压强度为11.3 MPa;矿渣对赤泥基高活性复合粉体改性效果最好,掺加30%制备的胶砂28 d抗压强度最高为18.2 MPa;通过XRD与SEM分析,赤泥基碱激发材料主要水化产物为Aft晶体和C-S-H凝胶。     

煤矸石胶凝特性的研究

分析了国内外煤矸石的综合利用情况，结合煤矸石矿物特性及其化学组成，提出煤矸石胶凝材料化的3个活性区：即低温脱水活性区、中温自水化活性区以及高温玻璃化活性区．根据煤矸石矿物的结构特性，从矿物结构的继承性、延续性和能量优化耗散规律出发，分析了低温煅烧煤矸石作为水泥混合材降低水泥强度的原因以及煤矸石作为水泥原料的黏土替代材料过程中高耗能的原因．提出了煤矸石利用过程中“系统功最小”原则，并结合煤矸石与胶凝材料之间的双重相似性（大宗性以及组分近似性）成功地研制出黏土质硅铝基胶凝材料．     

钢渣电解锰渣赤泥复合胶凝材料的水化热研究

本试验选用电解锰渣、赤泥、钢渣作为混合材制备复合胶凝材料,系统优化混合材配比,利用微量热仪法测试了不同掺量混合材的复合水泥水化热,结合复合水泥胶砂强度情况,采用X射线衍射分析了混合材对水泥早期水化及其火山灰放热行为的规律和影响机理。结果表明:当混合材掺量为50%,赤泥:电解锰渣:钢渣为1∶2∶3时,复合水泥胶砂28 d强度可达到38.6 MPa;与普通硅酸盐水泥相比,钢渣、电解锰渣、赤泥的掺入可消耗多余Ca(OH)2,有助于水泥水化产物中钙矾石的稳定,并且C-S-H凝胶矿物相发育得到一定改善。复合胶凝材料水化放热速率降低,放热峰延缓出现,放热总量显著减少。     

利用活化煤矸石制备新型胶凝材料研究

采用脱硫石膏和CaO作为活性激发剂,利用700℃低温热活化法活化煤矸石,与矿渣、水泥熟料混合制备出煤矸石质胶凝材料,并研究了激发剂和混磨方式对北京房山煤矸石进行热蚀变活化的影响.运用X射线衍射(XRD)分析和化学全分析表征煤矸石活化前后的微观特性;运用胶砂试块强度分析和扫描电镜(SEM)分析表征煤矸石质胶凝材料的胶凝活性.结果表明:采用湿法热蚀变活化法,煤矸石中的高岭石在700℃可以完全脱水、分解成活性SiO2和Al2O3.采用该原料制备出的煤矸石质胶凝材料具有较高的早期强度,水化28d的硬化浆体结构密实.      

炉底灰—煤矸石基煤矿充填材料的制备及性能测试

为实现固体废弃物资源化利用并降低充填开采成本,以炉底灰、煤矸石为原料制备煤矿充填材料,研究了颗粒级配、充填料浆质量分数、胶凝材料质量分数对充填材料各项性能的影响,并采用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析手段对充填材料水化产物进行分析。结果表明：当煤矸石最大粒径为4.75 mm,煤矸石与炉底灰质量比为1∶1,充填料浆质量分数为77%,胶凝材料质量分数为20%时,充填材料各项性能均能满足充填开采要求。随着养护龄期增长,充填材料中的活性二氧化硅参与水化反应被消耗,钙矾石、水化氯铝酸钙、水化硅酸钙和水化硅铝酸钙凝胶生成量增加。在充填材料水化产物中,片状水化氯铝酸钙晶体与钙矾石交错生长,包裹于水化硅酸钙凝胶中,形成致密的整体,提高了充填体的单轴抗压强度。     

机械破碎后煤矸石在Ca(OH)2溶液中的活性特征

为研究在48 h内机械破碎后的矸石粉末在不同浓度的氢氧化钙溶液中火山灰反应特性和活性离子溶出特性,采用X射线衍射仪、热场发射扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分别对矸石粉末浸入1 mol/L和0.1 mol/L Ca(OH)2溶液中不同时间段的滤渣矿物成分、微观形态和红外光谱进行分析和观测,同时运用电感耦合等离子体发射光谱仪和电导率仪分别对滤液的活性离子浓度和电导率进行测定。结果表明：机械破碎后的矸石具有火山灰活性,在两种浓度矸石-Ca(OH)2溶液中,活性离子Al3+,Fe3+,Si4+浓度均在6 h和24 h达到峰值;活性离子来源于矸石中高岭石Al-O和Si-O键能的变化,溶解时间越长,键能变化越明显;矸石在两种浓度的Ca(OH)2溶液中表面形态,都经历了片状矿物的裸露→薄片状Ca(OH)2晶体的附着→小颗粒活性物质的析出→花瓣状产物的生成向针柱状产物转变的过程;随溶解时间的增加,1 mol/L和0.1 mol/L矸石-Ca(OH)2溶液的电导率均呈下降趋势,且前者的火山灰反应程度明显高于后者。     

钢渣—矿渣复合胶凝材料的制备及胶凝活性激发试验研究

为了提高钢渣和矿渣的高附加值利用率以及钢渣在胶凝材料中的掺量,研究了钢渣与矿渣掺量、质量比和胶凝活性激发方式对复合胶凝材料抗折、抗压强度的影响,并采用X射线衍射、扫描电镜和热重分析等检测手段探究了钢渣—矿渣复合胶凝材料的水化机理。结果表明:钢渣矿渣掺量为80%、钢渣矿渣质量比为5∶5、钢渣粉磨时间为80 min(比表面积为509 m²/kg)时,钢渣—矿渣复合胶凝材料的28 d抗折强度为7.3 MPa、抗压强度为31.3MPa;选取Na OH、Na₂CO₃、Na₂SO₄和水玻璃为激发剂对胶凝材料活性进行激发,只有水玻璃提高了复合胶凝材料的活性,且当水玻璃模数为2、Na₂O当量为4%时,其28 d抗折强度为8.4 MPa、抗压强度为43.0 MPa。分析水玻璃激发胶凝材料的水化产物发现:其微观形貌紧实致密,生成的C—S—H凝胶、Ca(OH)₂和Aft相互交织,提高了胶凝材料的强度。     

焦作矿区煤矸石资源化利用途径分析

以焦作矿区煤矸石为研究对象,采用X R F、X R D研究了煤矸石的化学组成和矿物组成,用H R-ICP-M S、AF S分析了微量元素的含量。结果表明,煤矸石主要化学成分为SiO2和Al2O3,以及F e2O3、CaO、M gO、N a2O、K2O、Ti2O等,矿物组成为石英、高岭石、白云母、方解石及埃洛石。最后,对焦作矿区煤矸石在制备建筑材料、微量元素利用及农业生产等方面的应用进行了评价。     

Ca/Si比对赤泥-固硫灰基免烧砖性能的影响研究

针对赤泥、固硫灰成分复杂、产量大等限制其难以有效利用的关键问题,提出以赤泥、固硫灰等固体废弃物为主要原料制备赤泥-固硫灰基免烧砖的技术研究。通过改变赤泥和固硫灰用量调节免烧砖的Ca/Si比,对其力学性能、耐久性能和微观结构进行分析。结果表明,随着Ca/Si比的增加,免烧砖的强度呈现先增加后减小的趋势,当Ca/Si比为1.2时,免烧砖强度最高值26.63 MPa,达到MU25标准,具有较好的力学性能;经过耐水测试和抗冻测试后强度损失较小,具有较好耐久性;免烧砖的水化产物为C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶和钙矾石,对强度的发展起积极的促进作用,促进了力学性能和耐久性能的提升。该研究为赤泥、固硫灰等固废的综合利用提供了新的思路。     

广西不同产地赤泥化学成分及物相对比分析

介绍了拜尔法赤泥的组成成分、性质、利用现状及高效资源化利用新技术。赤泥主要含铁、铝、硅、钙、钠、钛、氧和少量或微量钪、钒、锆、钽、铌等稀有金属,其成分复杂,矿物粒度细,物理分选困难;以往采用的赤泥冶化处理技术又因其回收元素的品位偏低和其含硅、钙过高而难以产生效益,大规模利用赤泥的工业技术至今在国内外仍没有取得突破性进展。为此,作者开发了一种新技术：赤泥用稀盐酸浸出,所得矿浆经沉降分离后得到复合型净水剂产品和浸出渣,浸出渣经磁选得到铁精矿产品和富钛渣,富钛渣用硫酸循环浸出,得到富钛液和硫酸浸出渣,从富钛液中回收钛、钪、钒,余液用于生产聚合硫酸铁铝,硫酸浸出渣可作为提取锆、钽、铌原料,或作为建材原料。本法工艺简单,能耗低,原辅材料便宜易得,产品市埸需求量大,具有显著的社会、经济和环保效益。     

拜尔法赤泥利用现状及高效资源化利用新技术

介绍了拜尔法赤泥的组成成分、性质、利用现状及高效资源化利用新技术。赤泥主要含铁、铝、硅、钙、钠、钛、氧和少量或微量钪、钒、锆、钽、铌等稀有金属,其成分复杂,矿物粒度细,物理分选困难;以往采用的赤泥冶化处理技术又因其回收元素的品位偏低和其含硅、钙过高而难以产生效益,大规模利用赤泥的工业技术至今在国内外仍没有取得突破性进展。为此,作者开发了一种新技术:赤泥用稀盐酸浸出,所得矿浆经沉降分离后得到复合型净水剂产品和浸出渣,浸出渣经磁选得到铁精矿产品和富钛渣,富钛渣用硫酸循环浸出,得到富钛液和硫酸浸出渣,从富钛液中回收钛、钪、钒,余液用于生产聚合硫酸铁铝,硫酸浸出渣可作为提取锆、钽、铌原料,或作为建材原料。本法工艺简单,能耗低,原辅材料便宜易得,产品市埸需求量大,具有显著的社会、经济和环保效益。