煅烧制度对煤矸石结构性能的影响

论文摘要

煤矸石的有效利用是急需解决的环境问题。本文以内蒙古煤矸石为原料,在分析研究其化学及矿物组成的基础上,研究了在热处理过程中煅烧温度及保温时间对煤矸石结构性能的影响。研究结果表明：适宜的煅烧温度有利于内蒙古煤矸石活化。在650℃-900℃之间,随着温度的升高,煤矸石胶凝性能和活性硅铝溶出率呈先增后减的趋势,二者均在850℃时达到最大（其中28d抗压强度：18.9MPa,活性硅和铝的溶出率：5.38%、12.54%）；适宜的保温时间有利于煤矸石活化生成无定形偏高岭土。该煤矸石在850℃下煅烧保温30min时已部分形成无定形物质,保温1h时已基本反应完全,此后再延长保温时间对其活性硅铝溶出率与胶凝性能没有太大改善。对于内蒙煤矸石,适宜的煅烧制度为850℃×1h。借助XRD、NMR分析手段,考察热处理前后煤矸石的矿物相组成、硅和铝的配位变化,发现：原样中的矿物相主要为高岭石和α-石英。其中的铝元素以六配位形态存在,硅元素与铝元素的键合较强,以Si（3Al）形态存在。在650℃时虽然煅烧试样的XRD衍射图谱与煤矸石原样基本一致,铝元素也仍以六配位形态存在,但属于Si（3Al）的核磁共振谱线强度明显减弱,煤矸石中的部分硅、铝键合结构开始破坏。随着煅烧温度的逐渐升高,到850℃时煤矸石内部的高岭石晶相消失,已全部转变为无定形的偏高岭石相,试样中出现大量自由的硅氧四面体基团Si（OAl）,铝也由原来的六配位铝氧多面体转化成以五配位铝氧多面体为主、同时共存少量四配位铝氧多面体和六配位铝氧多面体的结构形态,硅铝间的键合作用显著减弱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 煤矸石的形成及排放现状
• 1.2 煤矸石的特征
• 1.2.1 煤矸石的化学组成
• 1.2.2 煤矸石的矿物组成
• 1.3 煤矸石的综合利用
• 1.3.1 利用煤矸石发热、发电
• 1.3.2 煤矸石在建材方面的应用
• 1.3.3 煤矸石在农业中的利用
• 1.4 煤矸石的活化
• 1.4.1 煤矸石的活性
• 1.4.2 热活化
• 1.4.3 化学活化
• 1.4.4 机械活化
• 1.5 国内外有关研究现状
• 1.6 课题研究的内容和技术路线
• 1.6.1 主要研究内容
• 1.6.2 技术路线
• 2 试验原料及设备
• 2.1 本课题所选用煤矸石的基本性质
• 2.1.1 化学成分测定
• 2.1.2 差热分析
• 2.1.3 煤矸石的X-射线衍射分析
• 2.2 试验设备及基本操作
• 2.2.1 粒度分布分析仪
• 2.2.2 X—射线衍射分析仪
• 2.2.3 X—射线荧光分析仪
• 2.2.4 差热分析仪
• 2.2.5 中温实验炉
• 2.2.6 核磁共振仪
• 2.2.7 其他试验仪器
• 3 煅烧温度对煤矸石结构性能的影响
• 3.1 试验方法
• 3.1.1 胶凝性能试验方法
• 3.1.2 活性滴定试验方法
• 3.2 试验结果
• 3.2.1 煅烧温度对煤矸石胶凝性能的影响
• 3.2.2 煅烧温度对煤矸石活性溶出率的影响
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 核磁共振分析
• 3.4 小结
• 4 保温时间对煤矸石结构性能的影响研究
• 4.1 试验方法
• 4.2 试验结果与分析
• 4.2.1 XRD分析
• 4.2.2 活性硅铝溶出试验研究
• 4.2.3 胶凝性能研究
• 4.3 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:发表论文情况