钙质岩煤矸石烧制轻集料研究

论文摘要

我国是世界上最大的煤炭消耗国家,也是世界上最大的煤炭开采国家。煤炭开采过程中剩余大量的煤矸石,我国煤矸石的产生量约占煤炭开采量的15%。大量堆积的煤矸石占用大量的土地,形成许多巨大的矸石山,严重影响矸石山周边的环境健康和人们的生命财产安全。目前对于煤矸石的利用方式主要是制砖、铺路和烧制水泥为主。本实验以中梁山煤矿的钙质岩煤矸石为原料,配以粉煤灰、页岩、城市生活污水处理厂污泥烧制陶粒,探究影响钙质岩煤矸石陶粒性能的各种因素,寻求钙质岩煤矸石的新处理方式。本文分析了钙质岩煤矸石以及其他烧制陶粒辅料的化学组成、矿物组成和元素组成,结果表明可以通过搭配几种原料的方式找到合适烧制陶粒的化学组成。实验所用的煤矸石的特点是:其氧化物分析中,CaO达到40.86%。由于钙质含量过高,在高温烧制陶粒过程中会产生不利的影响。通过本实验研究发现,高温下,煤矸石陶粒中的CaCO3在热分解过程中产生CaO,CaO易与空气中的水分发生水化反应,造成烧成的煤矸石陶粒的颗粒强度低、吸水率高,陶粒性质低下。通过调节煤矸石粉末的粒径可以使煤矸石陶粒的性质提升,最适合烧制人造陶粒的中梁山煤矸石的最佳粒径为109~150μm。影响陶粒性质的因素有原料中成陶成分的含量,烧失量的大小和CaO的含量。用煤矸石、粉煤灰和页岩作为主要原料,固定页岩的比例为5%的烧制陶粒,要使颗粒强度达到500N以上,则要求各氧化物中CaO的总含量在22.01%以下。陶粒原料中污泥添加量不宜过大,应控制在16%以下。陶粒的比表面积受煤矸石、污泥等产气成分的影响,产气成分含量越高,陶粒的比表面积越大。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 煤矸石性质及主要污染问题
• 1.1.1 煤矸石的性质
• 1.1.2 我国煤矸石的产生量
• 1.1.3 煤矸石堆存的危害
• 1.2 国内外煤矸石主要处理处置方式及研究
• 1.2.1 能源利用
• 1.2.2 制备建材
• 1.2.3 农业利用
• 1.2.4 直接利用
• 1.2.5 制微晶玻璃
• 1.3 陶粒的研究现状
• 1.4 课题的研究目的、意义和内容
• 1.4.1 研究目的和意义
• 1.4.2 研究内容
• 2 实验原料与设备
• 2.1 实验原料与流程
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 原料主要化学成分作用分析
• 2.2 实验设备
• 3 实验方法与机理
• 3.1 实验方法和流程
• 3.2 产品性能测试方式
• 3.2.1 颗粒强度
• 3.2.2 堆积密度
• 3.2.3 1 小时吸水率
• 3.2.4 煮沸质量损失
• 3.2.5 破碎率
• 3.3 陶粒制作过程的机理
• 3.3.1 陶粒膨胀机理
• 3.3.2 陶粒制备过程的机理
• 3.4 陶粒烧结固相反应机理
• 3.4.1 固相反应特点
• 3.4.2 固相反应机理
• 3.4.3 影响固相反应的因素
• 4 煤矸石粒径对陶粒性能影响的研究
• 4.1 初步研究
• 4.2 煤矸石粉末粒径对陶粒性能影响研究
• 4.2.1 实验原料和方案
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 5 原料配比研究
• 5.1 粉煤灰与煤矸石配比试验
• 5.1.1 实验原料和方案
• 5.1.2 实验结果及分析
• 5.2 添加污泥实验
• 5.2.1 实验原料和方案
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 比表面积分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录