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煤矸石的复合活化技术研究

作　者: 张海鸿
导　师: 刘开平
学　校: 长安大学
专　业: 材料学
关键词: 煤矸石活性复合活化
分类号: TB302
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

煤矸石是我国矿山排放量最大的废渣之一。我国历年堆积的煤矸石已达30多亿吨。这些煤矸石不仅占用大量土地农田、破坏生态环境,而且会造成大气、土壤以及水体等污染及地质灾害发生。但是从环境资源学的观点看,煤矸石本身亦是由岩石和矿物组成的非金属矿产资源。煤矸石的资源化利用可以变废为宝、节约有限的能源资源,已成为世界各国重视的研究课题。我国对煤矸石活性激发、综合利用方面的研究还不够系统,还有着巨大的提升空间。本论文从铜川原状煤矸石入手,分析其组成与结构,并进行活性激发,进而确立了煤矸石作为水泥辅助型胶凝材料韵适宜活化方法。主要研究内容有:1、采用化学成分分析、X射线衍射测试、差热分析、显微结构分析等手段研究铜川煤矸石黑矸矿样及经过不同条件活化的样品的化学、矿物成分及晶体结构和物理特征。2、通过机械-热-化学复合活化的方法,改变煤矸石的组成和结构,诱导激发其活性。进行过不同条件下粉磨、煅烧、胶凝性试验及煤矸石水泥材料工作性及力学性能试验。3、根据试验数据,研究了煤矸石煅烧温度、煅烧时间、粉磨细度、激发剂种类、用量、激发剂应用方法等因素对煤矸石火山灰活性的影响,探索最佳活化工艺及参数。通过对试验结果数据的分析处理,主要得到以下结论:1、通过微观分析、XRD测试以及差热分析得出结论:煤矸石在活化过程中矿物脱水分解,非晶相成分增多,这是其产生活性的最主要原因。2、整体来看,使胶砂强度高、流动度大、标准稠度用水量少的最佳活化条件是:625℃煅烧、2#细度(80μm筛余4.1%、45μm筛余17.8%)粉磨、水玻璃加入量2.5%、煅烧时间6小时。碱性激发剂在煅烧之前加入的试验工艺方法更优。3、复合活化处理后的煤矸石有不错的火山灰活性。掺30%活化煤矸石的水泥胶砂28天抗折强度已经非常接近甚至超过了基准水泥。活化煤矸石对水泥抗折强度的作用优于对抗压强度的作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 煤矸石概述  11-13
    1.1.1 煤矸石的成岩环境及分布  11
    1.1.2 煤矸石的组成  11-12
    1.1.3 煤矸石的分类  12-13
  1.2 煤矸石的综合利用概述  13-18
    1.2.1 煤矸石造成的社会及环境问题  13-14
    1.2.2 煤矸石国内外利用现状  14-16
    1.2.3 煤矸石在水泥工业中的应用  16-17
    1.2.4 煤矸石利用中存在的问题及开发前景  17-18
  1.3 相关标准概述(见附录)  18
  1.4 主要研究内容  18-19
第二章煤矸石的活化  19-26
  2.1 煤矸石的活性  19-21
    2.1.1 煤矸石活性分析  19
    2.1.2 影响煤矸石活性的主要因素  19-20
    2.1.3 煤矸石活化机理分析  20-21
  2.2 煤矸石的活化方法  21-24
    2.2.1 热活化  21-22
    2.2.2 物理活化  22-23
    2.2.3 化学活化  23-24
    2.2.4 复合活化  24
  2.3 煤矸石火山灰活性的评定方法  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章试验  26-40
  3.1 试验原材料和仪器  26-30
    3.1.1 试验原料及其性质  26-28
    3.1.2 试验仪器  28-30
  3.2 试验方案  30-33
    3.2.1 煤矸石的粉磨  30
    3.2.2 煤矸石的煅烧  30-31
    3.2.3 激发剂的添加  31
    3.2.4 试验设计  31-33
    3.2.5 工艺流程图  33
  3.3 试验操作步骤  33-37
    3.3.1 配合比和配料  33-34
    3.3.2 搅拌和成型  34
    3.3.3 脱模和养护  34-35
    3.3.4 强度测试  35
    3.3.5 流动度的测定  35-36
    3.3.6 标准稠度用水量、凝结时间、安定性的测定  36-37
  3.4 活化煤矸石试验现象记录  37-39
  3.5 本章小节  39-40
第四章煤矸石活化过程中的结构变化  40-45
  4.1 微观分析  40-41
  4.2 X射线衍射分析  41-42
  4.3 差热-热重分析  42-43
  4.4 本章小结  43-45
第五章活化煤矸石对水泥砂浆性能的影响  45-63
  5.1 试验测试数据记录  45-47
  5.2 活化煤矸石对水泥砂浆外观的影响  47
  5.3 活化煤矸石对水泥胶砂强度的影响  47-53
  5.4 活化煤矸石对水泥胶砂流动度的影响  53-56
  5.5 活化煤矸石对水泥砂浆标准稠度用水量的影响  56-59
  5.6 活化煤矸石对水泥砂浆凝结时间的影响  59-62
  5.7 本章小结  62-63
第六章复合活化对煤矸石火山灰活性的影响  63-71
  6.1 煤矸石火山灰活性K值的计算  63-64
  6.2 各因素对火山灰活性的影响分析  64-70
    6.2.1 三次试验平均K值分析  64-65
    6.2.2 煅烧温度对煤矸石火山灰活性的影响  65-66
    6.2.3 粉磨细度对煤矸石火山灰活性的影响  66-67
    6.2.4 激发剂对煤矸石火山灰活性的影响  67
    6.2.5 煅烧时间对煤矸石火山灰活性的影响  67-68
    6.2.6 煤矸石的烧矢量分析  68-70
  6.3 本章小结  70-71
第七章结论与展望  71-74
  7.1 结论  71-72
  7.2 展望  72-74
参考文献  74-78
附录  78-80
攻读硕士期间取得的研究成果  80-81
致谢  81

煤矸石的复合活化技术研究

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