新陽煤礦高氧化鈣煤矸石火山灰活性激發(fā)試驗研究.pdf

1、煤矸石的主要礦物成分為高嶺石等粘土類礦物，具有潛在的火山灰活性，若將其活化激發(fā)后作為膠凝材料一方面可以解決煤矸石無序堆放引起的占用土地資源、污染環(huán)境等問題，另一方面可以作為礦山膠結(jié)充填材料中的膠凝材料，降低充填開采成本。目前有關(guān)煤矸石火山灰活性研究主要集中在氧化鈣含量在3％左右的低氧化鈣煤矸石，活化過程中未能實現(xiàn)煤矸石中的硅鋁分離，導(dǎo)致煤矸石火山灰活性未能充分激發(fā)。本文以新陽煤礦高氧化鈣煤矸石為研究對象，通過室內(nèi)試驗、理論推導(dǎo)等方法并結(jié)

2、合XRD、XRF、離子濃度檢測（ICP-AES）等現(xiàn)代測試技術(shù)手段對新陽煤礦高氧化鈣煤矸石火山灰活性激發(fā)進行了研究。
　　首先，通過對新陽煤礦煤矸石礦物成分、化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)，煤矸石主要礦物成分為高嶺石等粘土礦物，主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3且含有較高含量的CaO屬于粘土類高氧化鈣含量煤矸石具有潛在火山灰活性。
　　其次，通過研究機械活化高氧化鈣煤矸石-水泥漿體中煤矸石、水泥水化程度隨煤矸石摻量、水膠比、齡期的變化規(guī)律

3、發(fā)現(xiàn)：
　?、艥{體中機械活化煤矸石摻量一定時，隨水膠比、齡期的增大，煤矸石和水泥水化程度均增大，且煤矸石摻量為30%時，漿體中煤矸石早期水化速率較好，煤矸石摻量為40%時，漿體中水泥早期水化速率較好；一定齡期時，隨煤矸石摻量的增大、水膠比的減小漿體中煤矸石水化程度呈減小的變化規(guī)律，隨煤矸石摻量的增大、水膠比的增大漿體中水泥水化程度呈增大的變化規(guī)律；
　　⑵結(jié)合試驗結(jié)果通過對純水泥水化公式修正，提出了機械活化高氧化鈣煤矸石-水

4、泥漿體中水泥和煤矸石水化程度預(yù)測模型。
　　再次，在機械活化煤矸石試驗的基礎(chǔ)上通過對機械-熱激發(fā)高氧化鈣煤矸石熱分解規(guī)律、電化學(xué)規(guī)律以及活化高氧化鈣煤矸石-水泥漿體相關(guān)性能的研究發(fā)現(xiàn)：
　?、烹S活化溫度的升高，煤矸石物相變化經(jīng)歷了四個階段：即煤矸石吸附水和結(jié)構(gòu)水揮發(fā)階段、失重穩(wěn)定階段、有機碳質(zhì)等揮發(fā)階段和煤矸石礦物分解階段，700℃時，煤矸石分解速率達到最大值；
　?、聘哐趸}煤矸石溶于蒸餾水時，煤矸石中的CaO先與水

5、反應(yīng)生成Ca(OH)2，形成一個強堿強極性的溶解環(huán)境，加速活化煤矸石中活性離子的溶出速率，接著活性Si4+、Al3+與Ca2+、OH-反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)；
　?、请S活化溫度的升高，活化高氧化鈣煤矸石-水泥凈漿粘度值、單軸抗壓強度值先增大后減小，700℃時達到最大值，而凈漿凝結(jié)時間呈相反的變化規(guī)律，700℃達到最小值，得出機械-熱活化煤矸石的最佳活化溫度為700℃。
　　最后，在機械-熱復(fù)合活化的試驗基礎(chǔ)上，通過對機械-熱-化

6、學(xué)激發(fā)高氧化鈣煤矸石電化學(xué)規(guī)律和活化高氧化鈣煤矸石-水泥漿體相關(guān)性能的研究發(fā)現(xiàn)：
　?、烹S活化溫度升高，各機械-熱-化學(xué)復(fù)合活化高氧化鈣煤矸石抗壓強度呈上升的變化趨勢，隨Na2CO3與高氧化鈣煤矸石質(zhì)量比的增大，各齡期高氧化鈣煤矸石-水泥凈漿抗壓強度呈降低趨勢；隨活化溫度升高，碳酸鈉比例增加，高氧化鈣煤矸石-水泥凈漿粘度呈增大的變化規(guī)律，而漿體初凝、終凝時間呈降低的變化規(guī)律；
　　⑵碳酸鈉比例和活化溫度共同決定了活化后煤矸石