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微波辐照活化云南未燃煤矸石试验研究

作　者: 龙樱
导　师: 赵志曼
学　校: 昆明理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 未燃煤矸石常规锻烧微波辐照活化煤矸石水泥
分类号: TU528.041
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,而在煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物煤矸石,已成为我国排放量最大的工业固体废弃物之一。与其它固体废弃物相比,我国在煤矸石理论研究和应用方面都显得相当薄弱,对激发其潜在活性的研究也仅局限于用常规煅烧这种传统的方法。本论文探讨了目前国内对煤矸石作为辅助性胶凝材料的利用情况,分析了常规煅烧活化煤矸石的不足,通过对微波技术加热基础理论的分析和研究,提出了用微波辐照技术来活化云南未燃煤矸石,并将其作为辅助性胶凝材料加入到水泥中。通过相关的资料得出微波辐照活化煤矸石原理跟常规煅烧活化相同,都是通过破坏煤矸石中SiO2和Al2O3牢固的Si-O和Al-O键结构,形成具有活性的SiO2和Al2O3,明显改变煤矸石的物相组成和微结构,提高煤矸石的活性。鉴于此,本文以云南宣威来宾煤矿的未燃煤矸石为例,通过对原矿的全分析和X-射线衍射分析,得出原矿成分以高岭土为主,经活化后可以作为辅助性胶凝材料加入到水泥中。论文以煤矸石常规煅烧活化为参考,采用加入一定量的易吸收微波的物质与煤矸石粉混合,利用强吸收微波的物质吸收微波迅速升温,通过接触热传递和微波能量输入两种方式使不吸收或部分吸收微波的物质温度迅速升高,达到活化煤矸石的目的。通过加入锯末、煤粉、MnO2、焦炭和水这几种掺合物,以及调整煤矸石与掺合物之间的比例,将煅烧后的样品经XRD和SEM检测,得出用2450Hz、1.0kW的微波发生器活化煤矸石的最佳组合为煤矸石：焦炭=4：1,加入较多的水(拌合后混合物看上去粘稠),微波辐照16min。用2450Hz、3.5kW的微波发生器活化煤矸石的最佳组合为煤矸石：焦炭=4：1,不加水,微波辐照12min。将微波辐照活化后的煤矸石按水泥质量的40%、50%、60%加入到普通硅酸盐水泥中,并加入水泥质量5%的氧化钙,测定煤矸石加入量为50%的煤矸石水泥的性能,得出混合水泥的初凝时间为202min,终凝时间为383min,且煤矸石水泥有微膨胀,体积膨胀率为8.61%。用试饼法测得混合水泥安定性合格。用GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测定了混合水泥的强度,得出了微波辐照的确可以活化煤矸石的结论。通过对微波辐照活化煤矸石技术的经济分析,此工艺高效、节能,达到了环保和保护自然资源的目的,为煤矸石的活化处理提出了新的思路。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-25
  1.1 煤矸石简介  10-14
    1.1.1 煤矸石的来源  10-11
    1.1.2 煤矸石的组成  11-12
      1.1.2.1 煤矸石岩相及矿物组成  11
      1.1.2.2 煤矸石的矿物特性  11-12
      1.1.2.3 煤矸石的化学组成  12
    1.1.3 国内外煤矸石研究利用现状  12-14
  1.2 微波的特点及在矿物加工处理中的应用  14-19
    1.2.1 微波加热机理  14-15
    1.2.2 微波对物质的加热温度  15-16
    1.2.3 微波辐照的特点  16-18
    1.2.4 微波辐照活化未燃煤矸石机理  18
    1.2.5 微波辐照在矿物加工方面的研究应用现状  18-19
  1.3 煤矸石作为水泥辅助性胶凝材料的研究  19-22
    1.3.1 煤矸石的活性  19-20
    1.3.2 煤矸石活性的激发方法  20-22
      1.3.2.1 热活化  20-21
      1.3.2.2 机械活化  21
      1.3.2.3 化学活化  21
      1.3.2.4 复合活化  21-22
  1.4 本论文研究目的、意义、内容及创新点  22-24
    1.4.1 论文研究目的及意义  22
    1.4.2 本论文的研究内容  22-24
    1.4.3 本论文的创新点  24
  1.5 本章小结  24-25
第二章原材料、试验方法及试验方案设计  25-30
  2.1 原材料及其性质  25-26
    2.1.1 水泥  25
    2.1.2 煤矸石  25-26
      2.1.2.1 化学成分分析  25
      2.1.2.2 XRD分析  25-26
      2.1.2.3 SEM分析  26
  2.2 主要试验方法  26-28
    2.2.1 物理性能测定方法  26-27
      2.2.1.1 物料细度  26-27
      2.2.1.2 胶砂强度  27
      2.2.1.3 标准稠度用水量、凝结时间和安定性  27
    2.2.2 微观结构特征测试  27-28
      2.2.2.1 热分析(thermal analysis)  27
      2.2.2.2 X-射线衍射分析(XRD)  27-28
      2.2.2.3 扫描电镜分析(SEM)  28
  2.3 试验方案的设计  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章常规煅烧活化煤矸石  30-40
  3.1 原料处理  30
  3.2 煤矸石常规煅烧温度的设计  30-31
  3.3 常规煅烧活化煤矸石  31-39
    3.3.1 试验仪器和试验方法  31-32
    3.3.2 试验结果分析  32-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章微波辐照活化煤矸石  40-53
  4.1 微波辐照纯煤矸石  40-44
  4.2 煤矸石混合物原料制备  44-51
    4.2.1 煤矸石粉与锯末混合  44-45
    4.2.2 煤矸石粉与煤粉混合  45-46
    4.2.3 煤矸石粉与MnO_2混合  46-47
    4.2.4 煤矸石粉与焦炭混合  47-49
    4.2.5 煤矸石粉与焦炭、水混合  49-51
  4.3 本章小结  51-53
第五章煤矸石水泥性能研究  53-65
  5.1 常规煅烧煤矸石水泥的胶砂力学性能  53-54
  5.2 微波辐照煤矸石水泥的胶砂力学性能  54-60
    5.2.1 物料细度的测定  54-55
    5.2.2 煤矸石水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验  55-58
      5.2.2.1 煤矸石水泥标准稠度用水量测定  55-56
      5.2.2.2 煤矸石水泥的凝结时间测定  56-57
      5.2.2.3 煤矸石水泥安定性的检验  57-58
    5.2.3 煤矸石水泥胶砂强度检测(ISO法)  58-60
  5.3 煤矸石火山灰活性评价  60-63
    5.3.1 不同煤矸石水泥强度对比  60-62
    5.3.2 煤矸石的火山灰活性指数  62-63
  5.4 本章小结  63-65
第六章技术经济分析及评价  65-68
  本章小结  67-68
第七章结论及存在的问题  68-72
  7.1 本论文的结论  68-69
  7.2 存在的问题  69-70
  7.3 对研究成果的展望  70-71
  7.4 本章小结  71-72
致谢  72-73
主要参考文献  73-78
附录A(攻读硕士学位期间发表的论文目录)  78-79
附录B(攻读硕士学位期间参加的科研工作)  79

微波辐照活化云南未燃煤矸石试验研究

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