煤矸石的活化

1、煤矸石的活化1煤矸石概況煤矸石是煤炭生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的固體廢氣物，是目前我國年 排放量和累計堆存量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。煤矸石的大量堆積 對自然環(huán)境造成了嚴重破壞，促使大氣、土壤、水體污染及地質(zhì)災害 的頻繁發(fā)生。因此如何使煤矸石變廢為寶，為煤矸石的資源化利用尋 求合理、廣闊的應用前景，已成為科技工作者研究的突出課題。2煤矸石的綜合利用現(xiàn)狀煤矸石的利用途徑相對較廣闊，利用煤矸石為原料生產(chǎn)有機復合 肥和微生物肥料；利用煤矸石發(fā)電、取暖；自燃后的煤矸石可以用做 路基材料；還可以利用煤矸石燒結(jié)多孔磚、小型空心砌塊磚、輕質(zhì)陶 粒隔墻板等；也可代替粘土用于建筑工程中。雖然煤矸石的利用途徑很多，但由于

2、利用技術(shù)的限制，以及利用 過程中產(chǎn)生的副作用，致使我國目前煤矸石的總利用量依然不是很大， 與建設資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會還有很大差距，煤矸石的利用還 有很大的待開發(fā)空間。為此，眾多研究者將目光轉(zhuǎn)向了如何提高煤矸 石的火山灰活性，以提高其利用率，如改善水泥干縮性和安定性，提 高抗硫酸鹽侵蝕性能等。3煤矸石的活化方法煤矸石之所以能進行活化，主要是具有Al和Si元素，但由于其 中含有碳，并且結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，所以活化較困難。所以，只要除去煤矸 石中的碳并且破壞其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)就可以提高活化率，現(xiàn)行的活化方法有 機械活化、熱活化、化學活化以及它們的組合一一復合活化。3.1熱活化煅燒后的煤矸石有兩方面作用：（1）

3、除碳，由于煤矸石是夾在煤 層中的，不同程度的含有碳，而碳對水泥的強度、需水量、耐久性等 都會有影響，因此對于未自燃過的煤矸石必須通過煅燒除去碳后才可 利用。(2)煅燒過程中煤矸石的活性組分會發(fā)生非常大的變化，高溫 加熱后，煤矸石中三氧化二鋁的鋁氧四面體及二氧化硅的硅氧四面體 從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變成無定形狀態(tài)，因而增加活性。有關(guān)研究結(jié)果表明， 未鍛燒的煤矸石結(jié)構(gòu)沒有被破壞，仍然比較致密，鍛燒后的煤矸石部 分結(jié)構(gòu)呈疏松狀態(tài)，這是因為煤矸石在高溫鍛燒過程中伴有結(jié)構(gòu)膨脹、 成分揮發(fā)等現(xiàn)象。因此，采用熱活化方式只能使一部分煤矸石得到活 化，并不能徹底活化。3.2機械活化所謂機械活化，主要是通過機械作用將煤矸石

4、磨細，使其結(jié)構(gòu)遭 到破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序性結(jié)構(gòu)，因而活性增加。雖然機械作用能使結(jié)構(gòu) 無序化，從而增加煤矸石的活性，但機械作用很難使硅氧鍵和鋁氧鍵 破壞，而且顆粒細化到一定程度也容易團聚，機械活化的活化率也很 低。3.3化學活化由上述分析可知，通過上述兩種方法都可以提高煤矸石的活性， 但都有一定的局限性?；瘜W激活煤矸石的作用原理是通過引入少量的 激發(fā)劑，參與并加速煤矸石與水泥水化產(chǎn)物的二次反應。煤矸石與水 泥拌水后，水泥熟料先進行水化反應產(chǎn)生氫氧化鈣，在激發(fā)劑的存在 下與煤矸石中活性二氧化硅和三氧化二鋁進行二次反應，形成穩(wěn)定的、 不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠。二次水化產(chǎn)物交叉、聯(lián)生、 相互充

5、填，使水化產(chǎn)物的孔隙率減少，強度不斷增加。3.3.1硅酸鈉在煤矸石和水泥的混合材中加入少量Na2SiO3。因舄水泥水化時 產(chǎn)生Ca(OH)2,同時Na2SiO3水化形成NaOH使溶液的堿度提高。 堿加速了煤矸石的表面腐蝕，更使其內(nèi)部大量SiO鍵、AlO鍵斷 裂，Na+在反應體系中溶解，使Ca+溶解度降低，大量離子存在的反 應體系中，水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣以及氫氧化鈣沉淀不斷生成，煤 矸石砂漿的早期強度甚至完全水化后的強度會大幅增加。3.3.2硫酸鈉在煤矸石和水泥的混合材中加入少量Na2SO4,由于水泥水化形 成Ca (OH) 2,同時少量Na2SO4的加入是反應體系中Ca+溶解度 降低。有人通

6、過實驗及X射線衍射分析，在煤矸石-水泥的水化體系 中加入早強劑硫酸鈉，3d齡期的試件中有C-S-H、CAH10，C4AH13 等水化產(chǎn)物外，出現(xiàn)了明顯的鈣磯石、石膏。與不加早強劑的實驗對 比，煤矸石砂漿的早期強度明顯提高，說明早強劑硫酸鈉的加入促進 煤矸石與氫氧化鈣的反應，能使煤矸石砂漿的早期強度提高。3.3.3 CaCl22H2O在煤矸石和水泥的混合材中加入少量CaCl22H2O,其對煤矸石 砂漿早期強度的影響規(guī)律與摻早強劑Na2SO4的相似。通過一定方法 觀察煤矸石與水泥水化形成的氫氧化鈣的反應的情況，發(fā)現(xiàn)摻入 CaCl22H2O對煤矸石-水泥體系早期的激發(fā)作用沒有硫酸鈉明顯。3.4復合活化采用兩種或兩種以上基本活化方式(熱活化、機械活化、化學活 化)結(jié)合的活化方法。如熱化學活化，機械-化學活化，復合活化能 夠?qū)⒏鞣N基本活化方式取長補短，使煤矸石的活性得到充分激發(fā)。4結(jié)語煤