中國不同產(chǎn)地煤矸石的本征特征及其火山灰活性的激發(fā)與預(yù)測.pdf

1、本文系統(tǒng)地研究了我國各地不同種類原狀煤矸石的地質(zhì)產(chǎn)狀、組成、膠凝性能。在此基礎(chǔ)上采用不同的激發(fā)方法對各地原狀煤矸石的活性進(jìn)行了激發(fā)，同時對于不同活性的熱激發(fā)煤矸石在熱激發(fā)煤矸石－Ca(oH)2體系以及熱激發(fā)煤矸石—水泥復(fù)合體系的火山灰反應(yīng)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)合原狀煤矸石的野外地質(zhì)產(chǎn)狀、組成特征、活化制度等因素，對影響煤矸石活性的各種因素進(jìn)行了分析，提出了對熱激發(fā)煤矸石活性進(jìn)行表征的一些方法，建立了基于不同參數(shù)對熱激發(fā)煤矸

2、石的活性進(jìn)行預(yù)測的模型。研究中所做的主要工作及結(jié)論如下：1.系統(tǒng)地分析了各地不同類型煤矸石的化學(xué)組成、礦物組成特征，提出了化學(xué)組成、礦物組成與煤矸石的類型、野外地質(zhì)產(chǎn)狀之間的相關(guān)性，定量確定了各地原狀煤矸石的礦物組成，特別是其中有效礦物高嶺石的含量，研究了原狀煤矸石的粉磨特性及其膠凝性能。2.研究了各種激發(fā)方法對煤矸石潛在活性的激發(fā)作用。研究結(jié)果表明：熱激發(fā)是最為行之有效的激發(fā)方式，是其他各種激發(fā)措施的基礎(chǔ)和前提，其他激

3、發(fā)方式適宜作為輔助措施進(jìn)一步提高煤矸石的活性。復(fù)合激發(fā)的效果優(yōu)于單一方式的激發(fā)；熱激發(fā)煤矸石的活性隨煅燒溫度的增加出現(xiàn)先增后降的特征，存在一最佳激發(fā)溫度。各地煤矸石由于化學(xué)成分、礦物成分的差異，最佳激發(fā)溫度也不同；機(jī)械粉磨中，煤矸石的活性隨著粉磨時間的增加同樣呈現(xiàn)先增后降的特征，存在一最佳粉磨時間。粉磨方式的差異對煤矸石的活性也存在極大的影響，采用“先混后磨”的粉磨方式的煤矸石水泥的膠凝性能明顯要好于采用“先磨后混”的粉磨方

4、式，這和礦渣、鋼渣等硬度較大的混合材明顯不同；化學(xué)激發(fā)中，化學(xué)激發(fā)劑對煅燒煤矸石的活性有一定的激發(fā)作用，但應(yīng)注意化學(xué)激發(fā)劑與硅酸鹽水泥的相容性的匹配。3.研究了不同活性的熱激發(fā)煤矸石在熱激發(fā)煤矸石－Ca(OH)2體系、活化煤矸石—水泥復(fù)合體系中的火山灰反應(yīng)的特征。研究表明：在熱激發(fā)煤矸石—Ca(OH)2－H2O體系中，火山灰反應(yīng)消耗的Ca(OH)2量和體系的初始Ca(OH)2含量有關(guān)，存在最佳的Ca(OH)2初始含量。熱激發(fā)

5、煤矸石的活性、化學(xué)激發(fā)劑的類型及摻量、養(yǎng)護(hù)方式等對于體系火山灰反應(yīng)程度、反應(yīng)產(chǎn)物以及宏觀力學(xué)性能有著極其重要的影響；在熱激發(fā)煤矸石水泥復(fù)合體系中，煤矸石對于水泥水化的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在早期，中間階段對于水泥的水化會產(chǎn)生一定的抑制作用；水泥對于煤矸石的火山灰反應(yīng)的激發(fā)作用貫穿于始終。4.確定了各地?zé)峒ぐl(fā)煤矸石的火山灰活性指數(shù)(PAI)。以此作為標(biāo)距，提出了活性組分快速溶出量、熱激發(fā)煤矸石—Ca(OH)2—H2O體系中單位煤矸石

6、消耗的Ca(OH)2量、熱激發(fā)煤矸石—水泥復(fù)合體系中化學(xué)結(jié)合水量(扣除Ca(OH)2的結(jié)合水)等評價指標(biāo)，分析了各種表征方法與PAI之間的相關(guān)性，給出了活性組分快速溶出量評價熱激發(fā)煤矸石活性的劃分標(biāo)準(zhǔn)。5.從宏觀、微觀不同層面分析了影響熱激發(fā)煤矸石活性的因素，找出各地煤矸石活性差異的根源，揭示了熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性隨各因素的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)全堿量(K2O+Na2O)是影響熱激發(fā)煤矸石火山灰活性指數(shù)(PAI)的一個最重要的

7、指標(biāo)。南、北方煤矸石由于地理?xiàng)l件的差異導(dǎo)致煤矸石中全堿量(K2O+Na2O)存在顯著差別，因而北方熱激發(fā)煤矸石的活性普遍高于南方；不同產(chǎn)出地質(zhì)年代的煤矸石，隨著地質(zhì)年代由老到新，熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性呈現(xiàn)“馬鞍狀”分布特征，即年代較老和較新的煤矸石熱激發(fā)后活性較高，年代中間的煤矸石熱激發(fā)后活性較差；高嶺石的含量與熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性指數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，高嶺石的結(jié)晶程度與熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性指數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系;在煤矸

8、石的熱激發(fā)制度中，煅燒溫度、恒溫時間、冷卻方式三者之間也存在著一最佳的匹配關(guān)系。6.根據(jù)我國各地原狀煤矸石的高嶺石的含量以及熱激發(fā)煤矸石的化學(xué)成分、活性組分溶出量，分別建立了我國不同地域分布煤矸石活性的預(yù)測模型。①基于原狀煤矸石中高嶺石的含量：PAI=24.123W0.3655②基于熱激發(fā)煤矸石的化學(xué)成分：北方熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性的預(yù)測模型為：PAI=89.9526+0.5362W(Al2O3)+1.0827W(Ca

9、O)-2.4586W(MgO)-8.1363W(K2O)南方熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性的預(yù)測模型為：PAI=94.4237-0.1422W(SiO2)～0.0794W(Fe2O3)-1.2777W(MgO)-2.0485W(K2o);③基于熱激發(fā)煤矸石的活性組分溶出量：北方熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性的預(yù)測模型為：PAI=57.2989e0.0053A (A為活性SiO2、活性AlO3的總量)南方熱激發(fā)煤矸石的火山灰活性的預(yù)測模

10、型為：PAI=28.7715A0.2700 (A為活性SiO2、活性Al2O3的總量)本論文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：1.在研究方法上，采用地質(zhì)科學(xué)與材料科學(xué)相結(jié)合的研究方法，對煤矸石的野外地質(zhì)產(chǎn)狀、組成特征、激發(fā)后的火山灰活性高低及火山灰活性在不同反應(yīng)體系中的發(fā)揮特征等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，揭示了煤矸石活性的變化規(guī)律及影響煤矸石活性的最本質(zhì)的因素。2.在研究內(nèi)容上，全面地對我國不同地域分布、不同地質(zhì)產(chǎn)狀、不同成因類型的煤矸石進(jìn)行系