煤矸石在水泥生產(chǎn)過程中大摻量綜合利用初探

楊明

摘要：作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支柱，理想工業(yè)生產(chǎn)需要達(dá)到資源利用最大化，深度挖掘資源價(jià)值，實(shí)現(xiàn)零排放。但是現(xiàn)有科技水平只能讓廢氣廢渣二次利用，無(wú)法全面落實(shí)資源百分百利用。本文以工業(yè)廢渣中煤矸石為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析其作為水泥原料價(jià)值。旨在為我國(guó)資源高效利用提供可行性方案，以為推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好型社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：煤矸石;水泥生產(chǎn);綜合利用

前言：

我國(guó)城市化發(fā)展速度逐漸加快，導(dǎo)致我國(guó)現(xiàn)有資源儲(chǔ)備迅速下降，尤其是水泥生產(chǎn)原材料的黏土資源，已經(jīng)成為限制建筑行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。所以，建筑行業(yè)開始尋求另一種代替黏土的新型材料，保證行業(yè)穩(wěn)定性。而在工業(yè)生產(chǎn)中，例如煤矸石這類工業(yè)廢渣也成為工業(yè)健康發(fā)展重要問題。在這種雙向需求下，需求兩者高質(zhì)量融合，將是工業(yè)與建筑行業(yè)研究的重點(diǎn)。

1煤矸石

受到開采位置、方式差異，我國(guó)開采煤矸石在化學(xué)組成方面就有較大區(qū)別，以Si、Al、Fe等元素為主，多為混合物。我國(guó)當(dāng)前煤矸石堆存已經(jīng)超過45億噸，存儲(chǔ)浪費(fèi)大量空間，處理又需要消耗大量資金，所以煤矸石進(jìn)行二次利用已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。砂巖質(zhì)矸石多由碎屑和膠結(jié)物通過組合方式構(gòu)成，六方柱是其主要成分為。但是石英具有穩(wěn)定化學(xué)狀態(tài)，在正常自然界很難被分解，這也是我國(guó)煤矸石亟須處理的另一個(gè)原因[1]。

2煤矸石活化

在常規(guī)生產(chǎn)中，煤矸石并不具備活性，需要使用火山灰?guī)椭浠罨?，并將其作為代替黏土生產(chǎn)材料，生產(chǎn)新型水泥。而煤矸石實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要考慮到煤矸石采購(gòu)成本，需要通過水泥生產(chǎn)，合理調(diào)整摻量，從而降低生產(chǎn)成本[2]。在環(huán)保角度，煤矸石應(yīng)用于建筑行業(yè)，可以有效解決我國(guó)煤矸石過多，處理成本高昂?jiǎn)栴}，實(shí)現(xiàn)資源二次利用。同時(shí)，煤矸石可以有效改善水泥性質(zhì)，在提升結(jié)構(gòu)特性方面具有較強(qiáng)效果。通過煅燒方法提升煤矸石活性，并對(duì)其機(jī)械研磨，搭配添加劑，進(jìn)一步提高煤矸石活化，從而實(shí)現(xiàn)水泥高效生產(chǎn)，對(duì)于建筑行業(yè)未來(lái)綠色發(fā)展具有重要意義。

3煤矸石在水泥生產(chǎn)過程中大摻量綜合利用研究

3.1熱活化對(duì)硅酸鹽水泥影響

在我國(guó)工業(yè)多年發(fā)展中，煤矸石高效活化技術(shù)難題已經(jīng)被攻破。借助機(jī)械設(shè)備充分研磨煤矸石，直到物料粒度均在0.08mm以內(nèi)，再利用700℃高溫持續(xù)煅燒1小時(shí)，煤矸石即可達(dá)到最佳活化效果。針對(duì)煤矸石以及激發(fā)劑比例展開研究，對(duì)于煤矸石對(duì)于水泥砂漿影響會(huì)有進(jìn)一步探索。所以，需要在試驗(yàn)前充分研磨煤矸石，保證其物料粒度均在0.08mm以內(nèi)，再通過高溫煅燒、二次研磨等工序，以科學(xué)計(jì)算用量比例將煤矸石和石灰粉充分混合后，進(jìn)行過濾，保證篩余量在10%以內(nèi)，再將其與原料充分融合，完成以煤矸石作為生產(chǎn)原料，符合國(guó)家生產(chǎn)規(guī)定的低熟料硅酸鹽水泥制作[3]。將制作完成的水泥與P.O 42.5級(jí)別水泥砂漿測(cè)試塊，以稠度、安定性以及水泥凝結(jié)時(shí)間多個(gè)方面做技術(shù)橫向?qū)Ρ?。根?jù)煤矸石以及標(biāo)準(zhǔn)水泥實(shí)際用水量充分對(duì)比分析，再增加一定分量摻雜石灰粉與煤矸石生產(chǎn)復(fù)合性水泥，稠度提升效果明顯。這是因?yàn)槊喉肥哂休^小粒徑，讓其表面積增大而其擁有空隙以及表面空間可以做到吸收水分效果良好，進(jìn)而提升煤矸石水泥實(shí)際用水量。將生石灰加入煤矸石，構(gòu)成鈣礬石，縮減水泥初凝時(shí)間。而在水泥進(jìn)一步水化，會(huì)產(chǎn)生C-S-H凝膠，繼續(xù)縮減水泥終凝所需時(shí)間。對(duì)該內(nèi)容繼續(xù)研究，當(dāng)煤矸石進(jìn)一步縮減粒徑，其表面積也會(huì)有所增加，縮減化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，提升反應(yīng)效果，進(jìn)而降低從水泥終凝所需時(shí)間。將煤矸石粉和激發(fā)劑以水泥總量40%進(jìn)行混合，對(duì)傳統(tǒng)水泥所需粘土材料進(jìn)行代替，并做抗壓強(qiáng)度相關(guān)測(cè)試。當(dāng)煤矸石總量提升，可以有效提升水泥的抗壓、抗折能力[4]。在煤矸石超過水泥總量50%，水泥強(qiáng)度抗壓能力可以達(dá)到市面可以買到普通硅酸鹽水泥32.5等級(jí)強(qiáng)度。

3.2活化程度對(duì)硅酸鹽水泥力學(xué)性能影響

因?yàn)橛擅喉肥瘬诫s制成的水泥和普通水泥存在力學(xué)性能差異，需要采用適合方式對(duì)其判斷。而標(biāo)準(zhǔn)稠度對(duì)于水泥應(yīng)用性能具有明顯影響，對(duì)煤矸石水泥進(jìn)行活化所需較大用水量。在活化石產(chǎn)量提升的同時(shí)，水化反應(yīng)程度也會(huì)逐漸劇烈，加快反應(yīng)速度，縮短終凝時(shí)間。所以，煤矸石在水泥生產(chǎn)添加量會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生較大影響。以膠砂強(qiáng)度對(duì)水泥試驗(yàn)，水泥試塊抗壓強(qiáng)度會(huì)伴隨時(shí)間逐漸下降，28天時(shí)間后，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)榛罨喉肥瘯?huì)和礦渣以及水泥產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生少量，對(duì)于水泥強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)影響。而在水化反應(yīng)逐漸加劇影響下，膠凝活性進(jìn)一步加強(qiáng)，會(huì)降低試塊強(qiáng)度。針對(duì)活化煤矸石測(cè)試摻入量，以水泥含量的30%活化煤矸石，摻入到水泥中，可以有效提升抗壓強(qiáng)度[5]。而將活化煤矸石對(duì)黏土材料取代時(shí)，水泥實(shí)際抗壓強(qiáng)度會(huì)有所下降。而將活化煤矸石控制在水泥總含量30%，礦渣控制在10%，雖然可以對(duì)水泥熟料進(jìn)行代替，會(huì)其抗壓強(qiáng)度造成下降。而在煤矸石40%摻入量時(shí)，水化產(chǎn)物產(chǎn)量下降。而且礦渣內(nèi)氧化鈣會(huì)和活化煤矸石與產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，可是其反應(yīng)量過少，產(chǎn)物并不能對(duì)滿足水化反應(yīng)所需鈣元素量的實(shí)際需求，讓水泥剛度降低幅度十分明顯。即使將礦渣煤矸石含量降低至30%，即使產(chǎn)生符合水化反應(yīng)所需、以及，讓生產(chǎn)環(huán)境變更為強(qiáng)堿條件，對(duì)于水泥強(qiáng)度也無(wú)法做到有效改善。而將石膏以5%、7%、9%不同含量添加至水泥生產(chǎn)中，伴隨水泥石膏比重提升，水泥應(yīng)用強(qiáng)度也會(huì)有所下降。所以，在以后水泥生產(chǎn)中，應(yīng)降低石膏用量，對(duì)于水泥提升強(qiáng)度具有良好效果。

3.3實(shí)驗(yàn)室分析

借助電子掃描鏡和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析，將由活性煤矸石制成水泥進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)數(shù)據(jù)分析，以不同摻量獲得數(shù)據(jù)，借助顯微鏡加強(qiáng)觀察效果，可以發(fā)現(xiàn)在水泥生產(chǎn)的28天后，煤矸石水泥內(nèi)部柱狀晶體實(shí)際數(shù)量會(huì)大幅度減少，但是絮狀物則會(huì)增多。在添加劑含量發(fā)生變化時(shí)，水泥狀態(tài)變化程度也較為明顯。以活化煤矸石占水泥含量30%、石膏占3%、礦渣占10%的水泥生產(chǎn)為例，在水泥發(fā)生水化反應(yīng)結(jié)束后，其內(nèi)部形態(tài)會(huì)保持緊密狀態(tài)，聚集體具有一定規(guī)則。借助煤矸石摻量不同，對(duì)水泥觀測(cè)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)外部條件呈堿性時(shí)，對(duì)于煤矸石活性具有較強(qiáng)激發(fā)效果，可以加快水化反應(yīng)時(shí)間，也可以對(duì)水泥強(qiáng)度有促進(jìn)效果。

結(jié)論：

雖然本文提出煤矸石代替黏土用于水泥生產(chǎn)方案，已經(jīng)達(dá)到初步使用程度，但建筑企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中仍需要以當(dāng)前水泥生產(chǎn)面臨問題為出發(fā)點(diǎn)，詳細(xì)研究并討論煤矸石應(yīng)用比重變化對(duì)水泥質(zhì)量影響。本文內(nèi)容建立在為建筑企業(yè)與行業(yè)提供思考方向，并不以指導(dǎo)具體工作為首要目的。所以，應(yīng)用時(shí)可以將本文當(dāng)作參考，但要避免將內(nèi)容直接作為生產(chǎn)方案使用。

參考文獻(xiàn)：

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