低溫增鈣煅燒煤矸石水硬活性探討

1、低溫增鈣煅燒煤矸石水硬活性探討第24卷第6期材料科學(xué)與工程JournalofMaterialsScience&Engineering總第104期文章編號(hào):1673-2812(2006)06-0866-05低溫增鈣煅燒煤矸石水硬活性探討(南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京210009)測(cè)定煅燒樣的礦物組成和石灰石的消耗情況從而判斷煤矸石的活化效果,發(fā)現(xiàn)礦化劑的摻入明顯改善煤矸石的活性,尤其以螢石為礦化劑;摻加45%石灰石的物料煅燒后生成有良好水硬活性的C.A和C2S,也有利于煤矸石活性的改善.【關(guān)鍵詞】煤矸石;煅燒;活化中圖分類號(hào):TQ172.716文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AResea

2、rchonHydraulicActivityofCoalGangueCalcinedwithCalciumunderLowTemperature(CoHegeofMaterialScienceandEnneermg,NanjhgUniversityofTechnology,Nanjlng210009,China)andf-CaOarecarriedtosetoutmineralcompositionandlimestonewastageofcalcinedsamples.whichishelpfultoestimateactivatedeffect.itispresentedthatmixin

3、gmineralizedagenthasimprovedgangueactivationevidently.especiallythecalcinedsamplewithfluoriteand45%hmestonecontainsCl2A7andc2Swhichhavebetterhydraulicactivity.【Keywords】coalgangue;calcinations;activation1前言煤矸石是煤炭開發(fā)和洗選過程中被別離的廢棄巖石,其主要存在礦物為粘土礦物(高嶺石,伊利石,蒙脫石),石形穩(wěn)定,原子,離子,分子等質(zhì)點(diǎn)都按照一定的規(guī)律有序排列,活性很低.但是適當(dāng)?shù)奈锢砘罨突?/p>

4、學(xué)活化可使煤矸石中的完整晶體遭到破壞,化學(xué)鍵翻開,晶體畸變,產(chǎn)生化,指出燃料灰渣產(chǎn)生活性有兩個(gè)溫度區(qū)域中溫活性區(qū)(6OO950oC)和高溫活性區(qū)(12001700oC).冷發(fā)光對(duì)粘土巖類煤矸石研究發(fā)現(xiàn),加熱到一定溫度(一般為700900C)時(shí),原來的結(jié)晶相分解破壞,變成無定形的非晶體,從而導(dǎo)致活化J.鑒于以上研究結(jié)果,本論文分別以硫酸鈉和螢石作礦化劑在850下煅燒活化煤矸石,嘗試尋找煅燒過程中礦化劑對(duì)礦物組成的影響,以探討煤矸石的活化機(jī)理.2實(shí)驗(yàn)2.1.1化學(xué)全分析徐州煤矸石的化學(xué)成分如表1所示.2.1.2徐州煤矸石的巖相分析煤矸石呈灰黑色,致密塊狀,夾雜白色碳酸鹽薄層.顯微鏡下可見砂狀結(jié)構(gòu),

5、基底式膠結(jié),局部接觸式膠結(jié).碎屑屢次渾圓狀,少量次棱角狀和渾圓狀,粒徑約在0.10.3mm.圖1是徐州煤矸石主要成分的顯微結(jié)構(gòu)圖.圖1(A)是徐州煤矸石中長石的顯微結(jié)構(gòu)圖,長石周邊和縫隙處發(fā)生絹云母化.圖1(B)是石英的顯微結(jié)構(gòu)圖,可以看出顆粒結(jié)晶良好,無裂紋.圖1(c)是碎屑中的暗色礦物,其中暗色礦物多已綠泥色化和碳酸鹽化,暗色礦物和硅質(zhì)巖巖屑雜亂分布在其它礦物顆粒間隙.另外在觀察顯微結(jié)構(gòu)的過程中還可以發(fā)現(xiàn)硅質(zhì)巖巖屑基金工程:國家"973"高性能水泥制備和應(yīng)用的根底研究資助工程(2001CB610703)和南京工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文創(chuàng)新根底資助工程(BSCX200502)作

6、者簡介:官晨琛(1981一).女.博士研究生,主要從事工業(yè)廢棄物作為輔助性膠凝組分的研究.通訊作者:李東旭,教授,博導(dǎo).E-mail:dongxulinjut_edu.第24卷第6期宮晨琛,等低溫增鈣煅燒煤矸石水硬話性探討867B圈i撩州堞矸石的顯鞭結(jié)掏FigIMicromJeliueXuoucoalg口eTablelChemicalcompo.tions0fcoalgangue螢石和無木硫酸鈉均為分析純化學(xué)試制石灰百的化中有重結(jié)晶現(xiàn)象,巖石中還可見高嶺石的微晶顆粒,少量的膠結(jié)物為泥質(zhì)膠結(jié)物局部B重結(jié)晶.總之,該種巖石主要由石英長石,硅質(zhì)巖巖屑及蝕變6o%,長石含量為5一l0%,蝕變暗色礦物為

7、35%,硅質(zhì)巖巖屑為5一10%.膠結(jié)柳為2025%.其中膠結(jié)物多為粉化的高嶺石.2.1.3XRD圖譜分析從鐐州煤矸石XRD圖譜(圖2)可以明顯看出,徐州煤矸石的礦物成分比擬復(fù)雜這與其特有的復(fù)雜的歷史沉積過程有關(guān)其中主要礦物有石英和牯土礦物類的高蜂石和白云母.還同時(shí)存在次要礦物鈣長石,方解石和針鐵礦Am】ICdi【cMriteG0cthi|eA2自?1匿2髂州堞矸石XILD匿譜Fig2XROpatlemofXug心g學(xué)組成表2表2石灰石的化學(xué)組成ca0M)sK(1OTiu玎m0ne煤矸石中的牯土礦物高嶂石和白云母在700900"C會(huì)拉生脫水分解反響.生成大量的無定形的$i0,和AlfJ

8、1,從而提高煤矸石的火山藏話性為此采用不同的恬化方法磨至350±10mzIkg.壓l塊,在B50加表3.寰3實(shí)驗(yàn)配fl:/%Table3tbatchlng/%?868?材料科學(xué)與工程2006年12月3結(jié)果與分析3.1.1GS系列的XRD圖譜摻加15%石灰石的煅燒過程,伴隨著多種原礦物的消耗和新礦物生成.高嶺石,白云母和方解石消失,生成CS,CA和cAl2Si,0.但石英仍為主要礦物,而且特征峰更鋒利.摻加25%石灰石時(shí),煅燒樣其他水硬性礦物.當(dāng)增加石灰石含量至35%時(shí),煅燒樣中的石灰石已分解完全,并留有未參加反響的氧化鈣和原始GS1(石灰石摻量15%)QuartzCSCACa3AI2

9、Si3OlI運(yùn).全.鋈.金.一一.1-_?I1O2O30405O6O70802o/()GS3(石灰石摻量35%)QuartzAnorthitecl2A阮1.一:20礦物鈣長石,但生成新礦物c.A,.當(dāng)石灰石摻量到達(dá)45%時(shí),煅燒情況又不同于以上三種.石灰石為完全分解,并殘留未反響的氧化鈣,同時(shí)生成新礦物cA,和C2s.比擬以上四種情況,可以發(fā)現(xiàn),隨著石灰石摻量的增加,煅燒樣的活性在逐漸增高.摻加15%和25%的樣品中鈣含量缺乏,導(dǎo)致過低的Ca/Si比,從而達(dá)不到活化效果.當(dāng)摻加35%和45%的石灰石時(shí),煤矸石有較為充足的鈣源,高嶺石分解生成的無定形的氧化硅和氧化鋁與氧化鈣發(fā)生固相反響,生成了具

10、有水硬性活性的新礦物C.A,和C2S.GS2(石灰石摻量25%)QuartzCaOCalcite.1:_一一205O6O7O.jI.k20圖3GS系列XRD圖譜和無水硫酸鈉做礦化劑的煅燒情況見圖4.摻加15%的石灰石時(shí),石英作為主要礦物存在,白云母作為次要礦物存在,高嶺石,方解石和鈣長石完全消失,新生成礦物為CA和cs.摻加25%,35%和45%的石灰石時(shí),煅燒后的礦物組成根本相似,存在石英,氧化鈣,c.A和cs.但是摻加45%石灰石的煅燒樣品中仍殘留未分解的石灰石.的煤矸石煅燒樣XRD圖譜.但混合15%石灰石時(shí),石英,白70原始反響物進(jìn)入鋁氧骨架生成新礦物Al.caF20當(dāng)摻量為25%時(shí),有

11、剩余的氧化鈣存在.摻量到達(dá)35%和45%時(shí),煅燒樣的礦物組成相似,為石英,氧化鈣,c.A和cs.比擬三種礦化劑體系的煅燒結(jié)果,可以看出,礦化劑的摻入有益于高嶺石分解的無定形氧化鈣和氧化鋁與鈣源充分反響,生成水硬活性的c.A和C2s,從而改善煤矸石活性.同時(shí),鈣源是否充分對(duì)煤矸石的活性提高也是關(guān)鍵,當(dāng)摻加15%和25%石灰石時(shí),煅燒生成物中以鈣長石,CS,CA為主,對(duì)煤矸石活性的改善幾乎無影響,但摻量到達(dá)35%和45%時(shí),煅燒樣的礦物組成那么為石英,氧化鈣,c.A,和C2s.第24卷第6期宮晨琛,等.低溫增鈣煅燒煤矸石水硬活性探討?869?奎GsNl(石灰石摻量l5%)AQuartzMuscov

12、iteCACS20/(.)GN(石灰石摻量%)cI'AAC2S.2O3O20/(.)QuartzCaOCI2AAC2SILl203O20/(.)PGSN4(石灰石摻量45%)QuartzCaOCt2AAC2SCalciteI盆.j:.)(-.=!=.=:幾圖4GSN系列XRD圖譜試驗(yàn)采用甘油-無水乙醇法測(cè)定各配比煅燒樣的游離氧化鈣含量,并結(jié)合煤矸石和石灰石的燒失量,推算出混合料中參與反響的石灰石的含量,結(jié)果見圖6和圖7.以發(fā)現(xiàn),在相同的石灰石摻量條件下,以螢石為礦化劑(GSF)的煅燒樣中的f-CaO含量明顯低于其余兩種,說明該較不同石灰石摻量的系列,發(fā)現(xiàn)隨著石灰石摻量的增加,f_CaO

13、的含量也在增加,但是圖7清楚顯示石灰石的消耗量也在增加,說明石灰石的摻量增加,增大了石灰石與煤矸石的反響界面,有助于反響的深入.4結(jié)論過低溫煅燒可轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的物質(zhì),而具有潛在的火山灰活性.劑的摻入明顯有助于煤矸石的活化,尤其以螢石為礦化劑.20/(.)煅燒樣中生成具有良好水硬活性的c.A7和C2S.3.根據(jù)XRD和f-CaO結(jié)果,可以看出適宜的礦化劑和充劑,摻加45%石灰石的混合料有最正確的活化效果.參考文獻(xiàn)馮彬.煤矸石活性的研究J.上海環(huán)境科學(xué),2000,19(7)L349351,353.楊志強(qiáng).探索煤矸石活性的實(shí)驗(yàn)研究J.中國建材,1993,9:4546.關(guān)建適.煤炭灰渣的活性J.硅酸鹽

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