矸石电厂粉煤灰的化学激发及活化机理研究
煤矸石水泥复合体系强度的化学激发
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石河子大学学报 （ 自然科学版 ）
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第２ ５卷
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为参 比， 别编 号 为 １ 分 ０和 １ 。 １
Ｃ （ Ｈ） ， Ｃ Ｓ ４ ２ ２ Ｃ Ｎ Ｏ ａ Ｏ ２ Ｂ： ａ０ ・Ｈ ０， ： ａ Ｈ。在 含 ３ ％煤 矸 ０
先 溶解 在水 里 ， 后再 与煤 矸 石 水 泥 复 合 体 系 搅 拌 然
混 合均 匀 ， 型为 ２ ０ ｍ×２ ０ ｍ×２ ０ ｍ小试 块 ， 成 ．ｃ ．ｃ ．ｃ 试
石的煤矸石水泥复合体 系中 ， 按照表 ３ 试验设计 ， 分 别在 煤 矸石 水泥 复合体 系中加 入不 同 质量百 分 比的 Ｃ （ Ｈ）、，Ｏ ・Ｈ ０， 拌 混合 均匀 后 ， Ｎ Ｏ ａＯ ２ＣＳ ４２ ２ 搅 ｌ ｆ 将 ａ Ｈ首
收稿 日期 ： ０６１－１ ２０ － ３ ０
项 目基金 ：国家重点基础研究规划 ９３资助项 目（０ １Ｂ １７４ ７ ２ ０Ｃ ６００ ）
验 中水 胶 比为 ０加 。标准 养 护 一天 拆 模 后 ， ２ ℃ ． 在 ０ 水 养护 至相 应 的龄 期 。分 别 测 试 其 ３ 、ｄ２ｄ ９ｄ ｄ ７ 、８ 、０
水化龄期的抗压强度。最后将抗压强度换算为标准
抗压 强度 值 。为 了考察 比较 激 发剂 对煤 矸石 水 泥复 合体 系早 期强 度 的 激 发 作 用 ， ３中 同时 安 排 了无 表 添加 激发 剂 的煤矸 石 水泥 复合 体 系和纯 水 泥体 系作
泥复合体系的早期强度 ， 对于扩大其应用 范围和满
碱激发粉煤灰基混凝土的制备及其耐高温性能的探究
碱激发粉煤灰基混凝土的制备及其耐高温性能的探究碱激发粉煤灰基混凝土的制备及其耐高温性能的探究随着建筑工程的快速发展，对于混凝土材料的性能和以及在不同环境条件下的耐久性能提出了更高的要求。
而粉煤灰作为一种煤炭燃烧过程中产生的固体废弃物，其在建筑材料领域具备广阔的应用前景。
然而，传统的粉煤灰混凝土往往存在着强度较低、抗渗性较差等问题。
为了提高粉煤灰混凝土的综合性能，引入碱激发技术成为一种有效的手段。
碱激发技术是通过在混凝土中加入碱性活性物质，如NaOH、Na2CO3等，通过与粉煤灰中的硅酸盐反应，形成C-S-H 凝胶，从而提高混凝土的强度和耐久性。
本文旨在探究碱激发对粉煤灰基混凝土性能的影响，特别是在高温环境下的耐久性能。
首先，我们制备了一系列粉煤灰基混凝土试样，其中掺入不同比例的碱性活性物质。
通过调整灰砂比以及水胶比等参数，使得混凝土达到适宜的工作性能。
然后，将试样进行水养28天，以保证混凝土的初步强度发展。
接下来，我们将试样分为两组，一组作为对照组，不加入任何碱性活性物质；另一组加入一定比例的NaOH溶液进行碱激发处理。
首先，通过压实试验和长期试验来研究不同试样的力学性能和耐久性能。
结果显示，碱激发处理的混凝土具有较高的抗压强度和抗折强度，比对照组提高了30%以上。
同时，在高温环境下，碱激发混凝土的稳定性和持久性也相对较好。
进一步的研究表明，碱激发处理可以增强混凝土的孔隙结构，减少了孔隙率，从而提高了混凝土的抗渗性和耐久性能。
此外，我们还发现，碱激发处理可以促进粉煤灰中的硅酸盐和钙化合物的反应，生成更多的C-S-H凝胶，填充了混凝土中的微孔和毛细孔。
这些C-S-H凝胶具有良好的抗高温性能，能够抵抗混凝土在高温环境下的劣化。
总的来说，碱激发粉煤灰基混凝土的制备及其耐高温性能的研究表明，通过碱激发处理可以明显提高混凝土的力学性能和耐久性能。
碱激发处理增强了混凝土的致密性和孔隙结构，减少了渗透途径，提高了混凝土对高温环境的抵抗力。
煤矸石
固体废物成份分析3.2.1 煤矸石成份分析本次改扩建项目为分析煤煤矸石对环境的影响，采用某洗煤厂的煤煤矸石成份的实验结果，给出建设项目煤矸石化学成份分析结果见表19。
表19 煤煤矸石化学成份分析结果项目SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TiO2 Na2O K2O SO3结果59.50 30.84 2.79 0.29 3.62 0.92 - - 0.263.2.2 锅炉炉渣及生活垃圾成份分析锅炉炉渣主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，SiO2含量为40～60%，Al2O3含量为10～25%，Fe2O3含量为1～4%，CaO含量为1～5%。
锅炉炉渣为无毒性物质。
生活垃圾主要组成为有机垃圾和无机垃圾，有机垃圾主要包括：纸类垃圾、塑料类垃圾、厨房类垃圾以及其它垃圾。
无机垃圾包括金属类垃圾、玻璃类垃圾、砂土类垃圾及其它类垃圾。
5、煤煤矸石对环境的影响分析5.1 环境空气的影响分析煤煤矸石对环境空气的影响主要体现在以下二个方面：煤煤矸石自燃释放有害气体和运输、堆放、场地扬尘。
○1煤矸石自燃机理、可能性及预防自燃采取的措施煤煤矸石主要是由煤层中的夹煤矸石和采煤过程混进煤炭中的顶底板岩石和煤组成，其夹矸和顶底板岩石的一般岩性为炭质页岩、泥质页岩、泥岩、各种砂岩、硫铁矿。
含有一定数量的自燃物硫铁矿和可燃物碳元素，是煤矸石山自燃的前提，其中硫铁矿的存在和含硫量大小是因其自燃的决定因素。
据汾西矿务局、阳泉矿务局资料显示，当含硫量≥3%时，煤矸石都可能发生自燃；而水分和氧分则是燃烧的必要条件。
实验已经证明，当空气中湿度低于15%时，煤煤矸石的吸氧是随着湿度的增加而增加，煤的着火温度随着水分的增加而降低，只有当水分达到一定程度时，才能阻止煤的氧化自燃。
此外，煤煤矸石随煤从井下采出经手选后分离堆于露天后和空气接触，再加上微生物的作用，发生氧化，煤矸石的堆放方式是自然倾倒式逐步堆放，煤矸石堆体自上而下形成由小到大相对的粒径分级，造成不同的空气流，煤矸石在不同条件下发生反应如下：⑴供氧充分条件4FeS2+11O2→Fe2O3+8SO2+3406.6KJ ↑2SO2+O2→2SO3+192.28KJ ↑SO3+H2O→H2SO4+78.42KJ ↑其中，SO2的进一步氧化和水合反应是较少的。
固废
自燃过的煤矸石
目前我国煤矸石的主要资源化途径有： 目前我国煤矸石的主要资源化途径有： 回收能源： 1)回收能源： 作为大型沸腾炉燃料供热或发 热值>8360kJ/kg kJ/kg。 电：热值>8360kJ/kg。 1975年在四川永荣矿务局建立了中国第一座 1975年在四川永荣矿务局建立了中国第一座 流化床煤矸石电厂 。 生产建筑材料： 2)生产建筑材料 ： 煤矸石的成分中主要为粘 土矿物。水泥、烧结砖瓦、免烧砖瓦、 土矿物 。 水泥 、 烧结砖瓦 、 免烧砖瓦 、空心砌块 建筑陶瓷、轻骨料（陶粒） 岩棉等； 、建筑陶瓷、轻骨料（陶粒）、岩棉等； 用作建筑材料：代替河砂、碎石等铺路、 3)用作建筑材料 ： 代替河砂、 碎石等铺路 、 井下回填、造地复垦。 井下回填、造地复垦。
空心微珠，具有多种优异性能： 空心微珠，具有多种优异性能： ①具耐热、隔热、阻燃的特点，是新型保温 具耐热、隔热、阻燃的特点， 低温制冷绝热材料与超轻质耐火原料， 、低温制冷绝热材料与超轻质耐火原料，利用它 可生产多种保温、 耐火产品。 可生产多种保温、绝（隔）热、耐火产品。 塑料， 尤其是耐高温塑料的理想填料， ② 是 塑料 ， 尤其是耐高温塑料的理想填料 ， 其用于聚氯乙烯制品，可以提高软化点10 10℃ 其用于聚氯乙烯制品，可以提高软化点10℃以上 ，并提高硬度和抗压强度。改善流动性。用环氧 并提高硬度和抗压强度。 改善流动性。 树脂作粘结剂， 树脂作粘结剂 ， 聚氯乙烯掺合空心微珠材料可制 成复合泡沫材料。用它作聚乙稀、 成复合泡沫材料 。 用它作聚乙稀 、 苯乙稀的充填 材料，不仅可提高其光泽、弹性、耐磨性， 材料 ， 不仅可提高其光泽 、 弹性 、 耐磨性 ， 而且 具有吸声、减振和耐磨效果。 具有吸声、减振和耐磨效果。
复合激发剂提高粉煤灰活性
用水平 的思 考 [J].粉 煤 灰,2 0 0 8 (3):3 -5. [2] 王 卓昆.粉 煤 灰 综 合 利 用及 政 策 [J].粉
煤灰,20 0 6(3):10 -13. [3] 李 卫国.提 高 粉 煤 灰 活 性 的 新 途 径 [J].
硅酸钠和石膏、氢氧化钠和石膏复合，比较激发粉煤灰活性。
关键词：粉煤灰 活性 激发
中图分类号：TU528
文献标识码：A
文章编号：1674-098X（2012）11（c）-097-01
粉 煤 灰 的 活 性，一 般 是 指 它 在常 温下 与石灰反应 生 成 具 有胶凝 性能 的 水化 物 的特 性。粉 煤 灰 的 活 性 主要 取决于 粉 煤 灰 中玻 璃 体 的 化 学 活 性，包 括 玻 璃 中可 溶 性 S i 0 2，A12 0 3 的 含 量 和 玻 璃网络 聚集体 的 解聚能力，一般来讲，粉 煤 灰中玻璃体含量 越 多，其 活 性 越 高。提 高 粉 煤 灰 的火 山 灰 活 性 的 方 法 有：物 理 激 发、热 力 激 发 和 化 学 激 发。目前 提 高 粉 煤 灰活 性 最有 效 的 方 法 是 复合 激 发，即 把 物 理 激 发 和 化 学 激 发 相 结合。GB/ T159 6 -2 0 0 5( 用于水泥 和 混 凝 土中的 粉 煤 灰)引入了粉 煤 灰活 性 指 数, 用来 判 断 粉 煤 灰 活 性 的 高 低,其原 理 是 按 GB/T17671-20 05测定试验胶砂和对比胶 砂 的 抗 压 强度，以 二 者 抗 压 强度 之 比确 定 试验胶砂的活性指数。
表2 粉煤灰活性试验结果
硅酸盐建筑制品,2010 (1):18-20. [4] 郭 连 杰 .日 本 煤 炭 灰 渣 综 合 利 用 简 介
粉煤灰
第二节 粉煤灰路堤
1. 路堤断面形式 1）土质包边纯灰路堤（图4-9） （1）土质边坡包边 包边土层厚一般为20~250cm，视土方来源难易、 路堤高度以及自然因素等条件综合分析确定。 （2）乳化沥青或煤沥青封闭粉煤灰坡面 （3）混凝土块铺砌防护 2）灰土间隔路堤 采用一层土一层灰（右） 或一层土两层灰（左） 间隔铺筑。 坡面一般不作处理。
第二节 粉煤灰路堤
影响机理 • 粉煤灰是一种级配均匀，粒径单一，粉粒含量为主，具 有球形颗粒的多孔隙结构材料，对水分有强烈的吸附作 用。 • 含水量较小时（25%~35%），水分为孔隙结构所吸收， 颗粒表面的水分变化不大，对压实的润滑作用不明显， 表现为压实度几乎不受含水量变化的影响。 • 含水量达到最佳值（38%~42%），水分的润滑作用充 分发挥，干密度达到最大。 • 含水量超过最佳含水量，粉煤灰接近饱和状态，孔隙中 充满水分，击实过程中孔隙水承担了一部分击实功，表 现为水灰分离，出现溅水现象，呈现液化状态。由于孔 隙水排出消耗了部分击实能量，密度呈下降趋势。
碳粒等 。
粉煤灰在建材行业的应用现状
粉煤灰制砖 粉煤灰烧结砖是我国目前吃灰量很大的项目之一，生产工艺及主要设 备与普通粘土砖基相同。 与普通粘土砖相比，其各项性能均能达到要求，并能降低建筑物的自 重，提高建筑物的保温性能，其使用效果优于普通粘土砖。 目前国家已逐步禁止使用实心粘土砖，粉煤灰烧结砖市场前景广阔。
铺面工程新材料
CH4 粉煤灰
粉煤灰的定义
粉煤灰 一种火山灰质矿物外加剂，是火力发电厂燃煤锅炉排除的烟道灰。 每燃烧1吨煤约产生粉煤灰250~300kg，排放量大，分布面广。 粉煤灰场需要征用大量土地。 粉煤灰严重污染环境。
粉煤灰综合利用概述
煤矸石综合利用技术
煤矸石综合利用技术一、煤矸石的来源、性质及危害1.煤矸石的来源煤炭是我国主要的能源物质，我国煤炭的开采量在全球位居第一。
2012年，我国的煤炭产量高达36.5亿吨，占了全球煤炭总产量的46.4%。
煤矸石是一种煤炭的伴生矿物，是在煤的生成过程中，一些有机化合物和无机化合物混合且与煤共同沉积的岩石，常夹在煤层中，或是煤层顶、底板岩石，并在露天开采剥离或开采过程中排出来的矸石和煤炭洗选过程中排出来的固体废物。
主要含有二氧化硅、氧化铝、氧化铁等无机灰分，实际上是含碳的无机矿物和其他岩石的混合物，是煤炭开采产生的最主要、量最大的固体废物。
一般的，每吨原煤的生产会产生0.15～0.2吨煤矸石。
2012年我国煤矸石产量就高达6.2亿吨，占全国工业固体废物的总产生量的40%，占原煤量的16.9%。
2.煤矸石的性质煤矸石的组成、化学成分、矿物组成以及工业成分是分析煤矸石的性质的主要理论依据。
煤矸石是无机质和有机质的混合物。
煤矸石的化学成分随着煤矸石中所含岩石的种类和矿物组成变化而变化，是评价煤矸石性质、决定其处理方式和综合利用的重要依据。
主要化学成分包括二氧化硅、氧化铝、碳，其次是氧化钙、五氧化二磷、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫、氧化铁、氮和氢。
各种煤矸石中氧化钙和氧化铁的含量差异较大，也可能含有少量稀有金属。
煤矸石常见的矿物有碳酸盐类矿物、黏土类矿物、石英、黄铁矿、铝土矿、炭质长石和植物化石。
主要由石英、蒙脱石、伊利石、高岭土、硫化铁、氧化铝和少量金属的氧化物组成。
煤矸石主要从水分、灰分、挥发分和固定碳进行工业分析，我国的煤矸石灰分含量较多，干燥基灰分的含量为70%～85%，在分析时，可用干燥基灰分近似代表煤矸石中的矿物质即无机质的含量；固定碳可高达40%；挥发分一般不超过20%，可固定碳和挥发分代表煤矸石中的有机质含量；煤矸石中含水量较少，一般在0.5%～4%。
（1）煤矸石的发热量。
单位质量煤矸石完全燃烧所放出的热量是煤矸石的发热量，单位：kJ/kg。
混凝土及砂浆合理掺用粉煤灰研究
关键 词 ： 粉 煤 灰 ： 凝 土 ： 浆 混 砂
中图分类号 ： Ｔ ５ ８２ Ｕ ２ ．
０ 引 言
文献标识码 ： Ａ
粉煤占燃煤 总量 的 １％ ～１％。有资料表 明 ， 约 ２ ５ 全国每年排 放量约 １６ ． 亿吨 ， 而利用率仅有 ６ ％。这些 固体废弃物不仅大量 的占用土地 ， 而且污染环境。晴天灰 尘飞扬 ， 雨天污水漫 流 。所 以把粉煤灰这一 固体废弃物在砌 筑砂浆和素混凝土 中掺用 ， 可以大幅减少水 泥用 量 ， 废为宝 ， 变 达到 良好 的经济
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第 １ 第４ ５卷 期 ２０ ０６年 ７月
平 顶 山 工 学 院 学 报
Ｊｕ ｎ ｌ ｆｒ ｎ ｎ ｓ ａ ｎ ｔ ｕｅ ｏ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｇＵ ｇｈ ｎ Ｉ ｓ ｔｔ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ￣ ｉ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ． １１ ４
粉煤 灰取 代率 有等量代用和超量代用两种 ， 经试验证明标号为 Ｍ ．、 ５ Ｍ ．、 ０的砂浆 ， 用等量代 用 ， 换水 ２ ５ Ｍ 、 ７ ５ Ｍ１ 采 代 泥量为 ５ 一 ｏ ｎ ｓ混凝土 ２ｄ抗压强 度） ％ ２ ％， ２（ ８ 符合 要求 ，２ ｏ 混凝 土 ２０ ｎ １（ １ｄ抗压强度 ） 于不掺粉煤 灰 的基 准砂浆。在 高
在混凝土 的搅拌 、 捣实过程 中起润滑作用 ， 可增加和易性 ， 减少用水量 ， 良 的工作性能 。 具有 好
２ 粉煤灰的质量要求
粉煤灰在混凝土和砂浆应用技术规程规定要求 ， 粉煤灰作 为一种胶凝材料 ， 掺于混凝土及砂浆 中越 细越好 （ 越细 活
性越 高）其细度用 ００ ｒ ， ．８ ｍ方 空筛 的筛余量进行评定。对烧失量 、 ａ 需水量 、 三氧化硫 和含水率提 出了不 同指标要求 ， 规程 按粉煤灰 品质 分为 Ｉ、 Ⅲ三个等级 ， Ⅱ、 详见表 １ 。 表 １ 粉煤灰品质指标和分类
浅谈循环流化床电厂粉煤灰综合利用现状及发展建议
浅谈循环流化床电厂粉煤灰综合利用现状及发展建议摘要：我国发电行业消耗的能源主要以煤炭为主，尤其循环流化床发电机组多数为煤电一体化运营模式，燃烧以掺配煤矸石及劣质煤为主要煤种，运行中大量的粉煤灰渣需处置，比例约占入炉燃煤量的40%左右。
同时，粉煤灰渣处置需占用大量的土地资源，对周边环境存在一定程度污染风险。
因此，如何做好粉煤灰综合利用产业的发展，研究对煤电一体化电力企业可持续发展、土地利用、环境保护、循环经济的突出问题势在必行。
同时，综合利用下产生的社会效益也是十分显著的。
本文主要分析粉煤灰利用现状，并及提出下一步发展建议。
关键词：粉煤灰；综合利用；技术问题；发展建议1粉煤灰综合利用现状粉煤灰在综合利用工作上，长期以来一直受到各级政府的高度重视，目前，我国以掺烧煤矸石及劣质煤发电的企业约400多座，据粗略统计年排灰渣量近亿吨，大量的堆积和填埋不仅占用土地资源，且随国家监管力度的加强，致使处治运营成本与日俱增，同时面临无地可填的境地，严重制约了电厂可持续发展。
粉煤灰利用早在五六十年代已开始在建筑行业中进行应用，主要场景为混凝土砂浆的掺合料、道路基层材料、粉煤灰砌块及烧结砖等。
八十年代随改革开放政策的发展，国家提出了一系列鼓励措施，对电厂粉煤灰利用采用“贮用结合，因地制宜，多种途径，积极利用，讲究实际”的方针，致使粉煤灰综合利用进入了新的发展阶段。
“十四五”开局之际，我国已开启全面建设社会主义现代化国家新征程，全面提高资源利用效率的任务更加迫切。
受资源禀赋、能源架构、发展条件因素等影响，未来我国大宗固废利用仍面临产生量较大、产品附加值较低等严峻挑战。
故提高粉煤灰综合利用水平，推进粉煤灰在工程领域、煤矿采空及塌陷区治理、矿井充填、生态修复等领域的应用，有序引导在新型绿色建材材料、农业领域、高附加值产品等方面研究推广。
2 CFB粉煤灰利用情况2.1灰渣成分情况CFB电厂以煤矸石、劣质煤为主要掺烧煤种，通过对粉煤灰浸出液中除 PH 值外其余任何一种危害成份的浓度检测均未超标，不属于危险废物范畴，属于Ⅱ类一般工业固体废物。
煤矸石精细化利用的研究
第49卷第10期2021年5月广㊀州㊀化㊀工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.10May.2021煤矸石精细化利用的研究李朋辉,任㊀辉(陕西煤田地质化验测试有限公司,陕西㊀西安㊀710054)摘㊀要:煤矸石是采煤及洗煤过程中排放的固废物,随着煤炭入洗率的提高,产量大幅增加㊂大量矸石堆积不仅危害环境,而且浪费资源,如何精细化利用煤矸石迫在眉睫㊂通过对煤矸石性质的分析,探讨煤矸石的综合利用方式,综述了我国煤矸石利用的研究现状,提出了煤矸石综合㊁高效㊁精细化利用的途径㊂此外,由于不同矿区煤矸石的性质差异,难以实现工业化利用,为了解决这一瓶颈,本文提出了一种不同矿区矸石混合精细化利用的研究思路㊂关键词:煤矸石;综合利用;精细化;利用现状㊀中图分类号:TQ53㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-9677(2021)010-0027-03㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第一作者:李朋辉(1992-),男,助理工程师,主要从事煤炭检测工作㊂Study on Fine Utilization of Coal GangueLI Peng -hui ,REN Hui(Shaanxi Coalfield Geological Laboratory Test Co.,Ltd.,Shaanxi Xi an 710054,China)Abstract :Coal gangue is the solid waste discharged during coal mining and coal washing.With the increase of coal washing rate,the output increases greatly.A large amount of waste is not only harmful to the environment,but also a waste of resources.How to refine the use of coal gangue is imminent.Based on the analysis of the properties of coal gangue,the comprehensive utilization mode of coal gangue was discussed,the research status of coal gangue utilization in China was summarized,and the ways of comprehensive,efficient and fine utilization of coal gangue were put forward.In addition,due to the different nature of coal gangue in different mining areas,it was difficult to realize industrial utilization.In order to solve this bottleneck,a research idea of fine utilization of mixed gangue in different mining areas was put forward.Key words :coal gangue;comprehensive utilization;refinement;utilization status‘煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)“提出,推进煤炭洗选和分质利用㊁煤矿废弃物资源化利用等示范,达到煤炭的清洁高效利用㊂到2020年,原煤入选率达到80%以上,煤矸石综合利用率不低于80%,推进废弃物资源化利用,减少污染物排放,加大煤矸石㊁煤泥㊁煤矿瓦斯㊁矿井水等资源化利用的力度㊂我国煤矸石产生量约占煤炭开采量的10%~15%,目前已形成1500座矸石山,贮存煤矸石超过30亿吨㊁占地近30万亩,煤矸石一般露天堆放,风化分解产生大量酸性或重金属水,下渗污染地下水,外流导致地表水污染,近1/3的煤矸石含有硫铁矿和含碳物,易发生自燃产生有毒有害气体,严重污染环境,煤矸石堆放不仅对煤矿自然景观造成一定的影响,有时还会产生滑坡和泥石流等自然灾害,因此煤矸石资源精细化利用问题迫在眉睫[1-4]㊂1㊀物化性质及化学成分煤矸石是在掘进㊁开采和洗煤过程中排出的固废物,与煤系地层共生,主要是碳质㊁泥质和砂质页岩组成的混合物,具有低发热值㊂由于所处地质的年代及层位不同,导致不同矿区的煤矸石的矿物组成及化学成分等性质差异较大㊂煤矸石的化学成分比较复杂,主要含有Si 和Al 等,此外还有少量的Ni㊁B㊁Be 等稀有元素,这些元素主要以氧化物的形式存在,例如SiO 2㊁Al 2O 3㊁Fe 2O 3㊁CaO㊁MgO㊁Na 2O㊁K 2O 等㊂煤矸石的化学组成差异,决定了其工业综合利用价值㊂表1㊀煤矸石主要化学成分含量表Table 1㊀Content of main chemical components of coalgangue (wt%)矿区SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO澄合矿区59.0527.247.84 1.50.26黄陵矿区48.5718.02 5.99 5.5 1.75陕北矿区40~6416~353~91~71~42㊀煤矸石利用现状2.1㊀煤矸石制备吸附材料近年来在煤矿㊁化工厂及大中城市都存在严重的水体和大气环境污染问题,对社会和经济发展造成重大影响,因此以廉价煤矸石为原料制备的分子筛及其它复合吸附材料,用于处理废水及废气等污染物尤为重要,不仅可以缓解煤矸石的大量堆28㊀广㊀州㊀化㊀工2021年5月积,还可解决环境污染等问题,对循环经济和环境保护都具有重大的意义㊂崔明日等[5]以攀枝花煤矸石为主要原料,经NaOH碱熔活化㊁水热反应合成出13X型分子筛-活性炭复合材料用于SO2的吸附,结果表明其对SO2吸附量为50.3mg/g㊂孙鸿等[6]利用煤矸石制备A型X型沸石-活性炭复合材料,结果表明该复合材料具有中孔和微孔双重孔结构特征,对水和正己烷有高的吸附容量并可一次性脱除废水中的重金属Cr3+和有机酚等有毒污染物㊂尚瑞瑞等[7]采用发泡法制备煤矸石基多孔材料用于对废水中Pb2+的吸附,结果表明煤矸石基多孔材料对Pb2+的最佳吸附率为99.92%,吸附量为12.48mg/L㊂王庆刚等[8]利用喷雾干燥法制备了煤矸石/膨润土复合球坯体,再煅烧得到煤矸石/膨润土复合空心微珠,结果表明,复合微珠对Cu2+吸附效果明显,对亚甲基蓝也有一定的去除效果㊂Zhou 等[9]以煤矸石为原料,采用喷雾干燥和烧结法制备了低成本的陶瓷微球吸附剂,并应用于水溶液中的阳离子红X-5GN和阳离子蓝X-GRRL的去除,结果表明,陶瓷吸附剂对阳离子红和阳离子蓝的吸附量分别为1.044mg/g和2.170mg/g,利用煤矸石陶瓷吸附剂处理有色废水,可以达到用废物处理有色废水的目的㊂Gao等[10]制备了煤矸石多孔硅酸盐材料(PSM),采用氮气吸附-解吸等温线㊁热重分析㊁傅立叶变换红外光谱㊁扫描电子显微镜㊁透射电子显微镜和X射线衍射等方法进行表征,结果表明,在293.15K和环境压力下,在90min内,纯CO2流速为120mL/min时,PSM上的CO2吸附量为36.69mg/g㊂Liu等[11]以煤矸石为原料制备了矿用废弃物SiO2-Al2O3气凝胶,结果表明,比表面积可与Al(NO3)3㊃9H2O或Al异丙醇㊁四乙氧基硅烷为原料,制备的SiO2-Al2O3气凝胶比表面积相当,SiO2-Al2O3气凝胶具有良好的吸附性能㊂2.2㊀煤矸石制备建筑材料煤矸石也可用于建筑材料的制备,如烧结砖及水泥㊂煤矸石的化学成分与黏土类矿物成分相似,且有一定热值,完全可代替黏土与石灰石㊁铁粉和硅质胶等原料一起配料进行水泥的生产;同时煤矸石代替黏土生产砖瓦可做到烧砖不用土或少用土,烧砖不用煤或少用煤,大量节省耕地和能源,减少污染㊂王占锋等[12]以煤矸石㊁粉煤灰和膨润土为原料制备烧结保温砖并对其性质进行表征,结果表明,煤矸石掺量60%㊁粒径小于60目,烧成温度为950ħ,成型压力为8MPa,可制备出综合性能优良的保温砖,其抗压强度为5.69MPa,导热系数为0.23W/(m㊃K)㊂李珠等[13]以煤矸石㊁黏土为主要原料,以膨胀珍珠岩为造孔剂,制备陶瓷透水砖,并对其性质进行研究,结果表明,当煤矸石与黏土的质量比为7 3时,所得透水砖性能最优,其劈裂抗拉强度为3.75MPa,透水系数为0.355ˑ10-2cm/s㊂高建荣等[14]采用CaO㊁Na2SO4和废渣磷石膏作复合激发剂,生产少熟料煤矸石水泥,通过对其强度和水化体系进行研究,结果表明以5%磷石膏+3%CaO+2%Na2SO4的配比最好,煤矸石的掺入量可以达到50%,水泥净浆小试体28d,强度可达48.1MPa㊂Xu等[15]将煤矸石破碎㊁均化㊁碾磨后压制成块,不同温度下烧结2h,利用X射线衍射㊁扫描电镜及物理力学性能对所得砖样品进行了表征,结果表明,砖由玻璃相㊁石英晶体㊁莫来石㊁堇青石晶体和气孔组成,1200ħ烧结的砖具有最佳性能,吸水率和抗压强度分别为3.65%和45.61MPa㊂Li等[16]利用煤矸石制备β-Sialon复合材料,并将β-Sialon 复合材料应用于铁水包砖的制备,结果表明,铁水包砖的抗压强度㊁荷重耐火度和高温抗弯强度分别由(44.5ʃ6.7)MPa㊁(1618ʃ2)1ħ和(5.4ʃ1.2)MPa提高到(64.1ʃ2.5)MPa,(700ʃ28)ħ和(7.1ʃ1.6)MPa㊂Xu等[17]以粉煤灰和煤矸石为主要原料烧制实心保温砖,耐酸㊁碱㊁冻试验及强度试验结果表明,粉煤灰与煤矸石之比为60 35,B7掺合膨胀珍珠岩抗压强度为30.25MPa,强度达到一般粘土砖MU30的高级水平,导热系数为0.4W/(m㊃K),低于普通粘土砖导热系数0.78W/(m㊃K),实心保温砖的耐久性最好㊂Zhou等[18]利用邯郸市峰峰矿区煤矸石制备陶瓷砖,通过对砖的含水量㊁吸水率㊁力学强度和收缩率进行了综合测定和分析,结果表明铁含量低的砂质泥岩煤矸石可作为生产红褐色陶瓷砖的原料,砖体吸水率小于0.5%,断裂模量大于35m,煤矸石含量可达80%㊂Wang等[19]利用黄石市富铁砂岩煤矸石用于生产陶瓷砖,并对陶瓷坯体的吸水率和断裂模量进行了测定,结果表明煤矸石可用于生产陶瓷砖,陶瓷砖中煤矸石含量可达80%,陶瓷体的吸水率小于0.3%,断裂模量大于35MPa,符合相应的国家陶瓷砖质量标准㊂Wu等[20]以煤矸石和氢氧化铝为原料制备了霞石基透水砖,利用X射线衍射㊁扫描电镜和压汞法对样品的矿物相㊁多孔结构和力学性能进行了表征,结果表明样品的抗压强度在30.6~34.3MPa之间,渗透系数在1.37ˑ10-2~1.55ˑ10-2cm㊃s-1之间,均符合国家行业标准㊂Qiu等[21]利用煤矸石生产硅酸盐水泥,对水泥生料的煅烧和性能等进行了研究,结果表明,煤矸石可以替代粘土制备硅酸盐水泥,熟料日平均产量提高8.23%,标准煤用量降低3.94%㊂2.3㊀煤矸石制备化工产品及肥料煤矸石中主要含有Si和Al等,此外还有少量的Ni㊁B㊁Be㊁Ti㊁Ga等稀有元素,这些元素均可用于制备化工产品㊂此外煤矸石中有机质含量在15%~20%,并含有丰富的B㊁Zn㊁Cu㊁Co㊁Mo㊁Mn等微量元素,可用于生产肥料㊂Xiao等[22]利用高温酸浸分离煤矸石中的铝和二氧化硅制备氧化铝和SiC,结果表明,铝和铁的萃取效率随液固比㊁温度和浸出时间的增加而提高,最佳液固比(3 1)㊁温度(180ħ)㊁浸出时间(4h),得到纯度98.70%的煅烧氧化铝,浸出渣采用碳热还原法制备出SiC产品,产品收率72.72%,纯度76.01%㊂Zhang 等[23]采用酸浸法提取煤矸石中的铝,碱浸法提取煤矸石中的硅,制备聚合硅酸铁铝硫酸盐(PFASS)用于废水处理,结果表明,煤矸石化学成分符合制备无机高分子水处理混凝剂的要求㊂Kong等[24]以高铁煤矸石为原料,采用硫酸浸出法获得含铝离子的硫酸铁溶液,将其完全转化为Fe(OH)3凝胶,通过分级沉淀法从Al3+中分离Fe3+,然后在HI上煅烧Fe(OH)3凝胶,结果符合氧化铁颜料的要求㊂Luo等[25]以煤矸石为原料制备高效聚硅酸铝(PSA)絮凝剂用工业废水处理,并与硫酸聚铁进行了比较,结果表明混凝剂对工业废水的去除效果良好, COD和色度的去除率分别提高了20%和25%左右,SS的去除率提高了10%左右㊂Xie等[26]以硅酸盐细菌(GY03)和巨芽孢杆菌(ACCC10011)共同作用于高硫煤矸石生产新型肥料,结果表明当巨芽孢杆菌与硅酸盐菌的混合比例为4 1,60目煤粒径,系统的酸碱度为7时,煤矸石肥料具有最佳的肥效㊂2.4㊀煤矸石用于发电及填充材料煤矸石发电一般利用热值在1000大卡左右的煤矸石做燃料,辅以适量的煤或煤泥,通过沸腾炉或循环流化床带动发电机组发电㊂煤矸石硬度很大,可以用来填充采煤塌陷区及露天矿坑,同时还可以充当复垦造地和造田的填充材料,一般选择煤矸石不出井的方式来填充,将煤矸石用于复垦造田的过程中,矸石充填层需要下部较密实而上部较疏松,这样可以有效地保水保肥㊂第49卷第10期李朋辉,等:煤矸石精细化利用的研究29㊀3㊀煤矸石精细化利用的研究方向从20世纪80年代,人们对煤矸石利用主要集中在发电㊁井下充填㊁制备建筑材料及吸附材料等领域㊂目前随着煤炭入洗率的提高,矸石产量大幅增加,但我国煤矸石所处地质的年代及层位不同,导致不同区域煤矸石的化学组成及应用前景也存在差异,因此我国煤矸石实现工业利用就颇为困难,为了解决这一瓶颈,煤矸石的精细化利用显得尤为重要,通过对煤矸石的综合利用,可以有效地推动传统建筑材料朝着复合材料㊁协同提取及控制污染和精细化利用等方向发展,对其含的Si㊁Al等物质进行分级提取和高值利用,从而促进废物的多产业循环利用,形成 资源ң产品ң废弃物ң再生资源ң再利用 的循环经济模式,积极探索煤矸石的高效㊁无废㊁利用的新途径,并且再此基础上进行不同区域煤矸石混合研究方法,探索一条适合工业化利用的途径㊂图1为煤矸石精细化利用途径㊂图1㊀煤矸石精细化利用Fig.1㊀Fine utilization of coal gangue4㊀结㊀语煤矸石的精细化利用,对煤炭工业的健康发展以及国民经济的可持续发展具有积极的促进作用㊂煤矸石精细化利用具有广阔的市场前景,需要相关人员加强对煤矸石资源化综合利用技术的研究㊁开发和应用㊂为了实现矸石的精细化利用势必需要探索出一条适合工业化利用的产业链,不仅需要形成 资源ң产品ң废弃物ң再生资源ң再利用 的循环经济模式,而且积极探索煤矸石的高效㊁无废㊁适合工业化利用的新途径㊂参考文献[1]㊀Feng J G,Li G H,Zhang L P.Progress of coal Gangue research[J].Informatics in Control,Automation and Robotics,2011:431-437. 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（ １ 西安科技大学 材料学院，陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ４ ；２ 西安科技大学 能源学院，陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
摘
要 以矸石电厂粉煤灰为研究对象， 采用工业石灰、 石膏、 硫酸钠激活其火山灰活性， 研究了激活剂掺量对矸石电厂粉煤灰活性的影响。
通过正交实验研 究了复合活化粉煤灰 以及陈腐工艺对水泥胶砂 试样 不同龄期抗压 强度影响规律， 井通过扫描 电镜（ Ｓ Ｅ Ｍ） 对胶砂试样 ２ ８ ｄ龄期的 微观结构进行 了表征 ， 揭示 了活化机理。结果表 明， 化 学活化能有效激发矸石 电厂粉煤灰 的早期活性， 成本低廉 ， 工艺简单 。活化剂作用于矸石电
Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｘｉ ’ ａ ｉ １ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｘｉ ’ ａ ｌ ｌ ， Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
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厂粉煤灰 ， 存在 最佳掺量 ． 正交 实验得 到活化 剂复配 比为 ： 氧化钙 ５ ％， 石膏 １ ％， 硫酸钠 ４ ％。陈腐 工艺有利于粉煤灰 的化 学活化 ， 对胶砂试样 ２ ８ ｄ
抗 压 强度 有 一 定 程 度提 高 。
关 键 词 矸石 电厂粉煤灰 化学活化 活化机理 陈腐
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中图分类号 ： Ｘ７ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ １ １ １ １ ０ － ８ ０ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ０ ２ ５ － ０ ３
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ Ｆｌ ｙ Ａｓ ｈ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｃｏ ａ ｌ Ｇａ ｎ ｇ ｕ ｅ － ｃ ｏ ｍｂ ｕｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｐｌ ａ ｎ ｔ
第３ ６ 卷第 ６ 期 ２ ０ １ ３ 年ｌ １ 月
非 金 属 矿
Ｎ ｏｎ． Ｍ ｅｔ ａｌ ｌ ｉ ｃ・ Ｍ ｉ ｎｅＳ
Ｖｌ ０ １ ． ３ ６ ＮＯ ． ６ Ｎｏ ｖｅ ｍ ｂｅ ｒ ，２０１ ３
矸石 电厂粉煤灰的化Байду номын сангаас激发及活化机理研究
陈 杰 石 莹 黄庆享 李思琼 黄纯田