煤矸石的綜合利用

前言

礦產(chǎn)資源開發(fā)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著極其重要的作用，伴隨著煤炭資源的開發(fā)與利用，引發(fā)了一系列的環(huán)境問題，其中煤矸石就是一種重要的污染源。人類正在遭受著煤矸石堆放、自燃等所帶來的空氣污染、水體污染以及土壤污染等問題。盡管煤矸石的綜合利用已經(jīng)引起我國(guó)政府相關(guān)部門和學(xué)者的關(guān)注，遺憾的是煤矸石的利用率與《“十一五”資源綜合利用指導(dǎo)意見》所提出的到2010年煤矸石綜合利用率70％還相差甚遠(yuǎn)。加快煤矸石的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，對(duì)促進(jìn)我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要的意義。煤矸石是以鋁硅酸鹽礦物和碳為主要成分，這決定了煤矸石可以用作原料和燃料，在煤矸石的諸多利用技術(shù)途徑中，建材資源化是煤矸石最后的歸宿，即便煤矸石用作燃料，其燃煤灰渣也可作為建筑材料的原材料。煤矸石化學(xué)組成的多樣性、礦物成分的復(fù)雜性、堆放時(shí)間的不確定性以及產(chǎn)量的規(guī)模性給煤矸石的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)帶來了很大的技術(shù)瓶頸?；诿喉肥c建筑材料的雙重近似性，即“量”上大宗性和“質(zhì)”上富含硅、鋁，李化建同志將煤矸石的利用技術(shù)鎖定在建筑材料領(lǐng)域，并以人們關(guān)注的建筑材料長(zhǎng)期耐久性為重點(diǎn)；在基礎(chǔ)研究方面，巧妙地以煤矸石在煅燒過程和膠凝過程中硅、鋁結(jié)構(gòu)配位變化為主線，來揭示煤矸石膠凝活性來源及其活性發(fā)揮機(jī)制。書中給出了作者及其合作者在煤矸石微觀結(jié)構(gòu)與應(yīng)用技術(shù)方面取得的研究成果，也綜合了國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域最新研究成果，是一本非常系統(tǒng)的有關(guān)煤矸石特性與煤矸石建材資源化應(yīng)用技術(shù)的專著，對(duì)從事工礦業(yè)固體廢棄物基礎(chǔ)研究及其工程應(yīng)用的學(xué)者和科技工作者具有極高的參考價(jià)值。二十多年前，我曾經(jīng)在《硅酸鹽學(xué)報(bào)》上發(fā)表一篇文章，介紹湯姆遜定律在地質(zhì)學(xué)和硅酸鹽工學(xué)的意義，強(qiáng)調(diào)在膠凝材料中鋁的配位數(shù)變化非常重要，在后來的研究生教學(xué)中我也反復(fù)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。李化建同志在攻讀博士期間一直從事煤矸石的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，其中活化和凝膠硬化過程中鋁的配位數(shù)變化研究是他的博士論文的主要亮點(diǎn)之一，對(duì)湯姆遜定律有所補(bǔ)充?！睹喉肥木C合利用》的出版是他對(duì)其過去研究工作的總結(jié)。我和李化建同志多有接觸，他請(qǐng)我為他的專著作序，我就欣然同意命筆了。

內(nèi)容概要

　　《煤矸石的綜合利用》以煤矸石建材資源化為主線，從基于煤矸石物化性能的綜合利用原則、煤矸石活化機(jī)理、煤矸石水泥混合材、煤矸石礦物聚合材料、煤矸石混凝土礦物摻和料、煤矸石固土材料、煤矸石磚與煤矸石骨料等方面系統(tǒng)地闡述了煤矸石綜合利用過程的基礎(chǔ)理論問題和應(yīng)用技術(shù)問題。旨在規(guī)模化利用煤矸石的同時(shí)，緩解建筑材料領(lǐng)域資源短缺、能源危機(jī)與環(huán)境污染的局面?！　　睹喉肥木C合利用》力求從基礎(chǔ)理論入手來解決應(yīng)用中的技術(shù)問題，理論聯(lián)系實(shí)際，適用性強(qiáng)，可供從事建材、煤炭、化工、電力及相關(guān)專業(yè)的科研技術(shù)人員參考，也可作為大專院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考用書。

書籍目錄

第1章 緒論1 煤矸石的來源及分類1.1.1 煤矸石的來源1.1.2 煤矸石的分類1.2 煤矸石的物理化學(xué)性能1.2.1 煤矸石的物理性質(zhì)1.2.2 煤矸石的化學(xué)組成1.2.3 煤矸石的礦物組成1.3 煤矸石的危害1.3.1 對(duì)土壤環(huán)境的污染1.3.2 煤矸石對(duì)水體的污染1.3.3 煤矸石自燃造成空氣污染1.3.4 矸石山引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害1.4 煤矸石的綜合利用1.4.1 煤矸石綜合利用的總體政策1.4.2 煤矸石綜合利用的技術(shù)原則1.4.3 煤矸石的綜合利用現(xiàn)狀1.4.4 煤矸石綜合利用存在的問題參考文獻(xiàn)第2章 煤矸石的活性評(píng)價(jià)及活化機(jī)理2.1 煤矸石膠凝活性的評(píng)價(jià)2.1.1 強(qiáng)度評(píng)價(jià)法2.1.2 化學(xué)評(píng)價(jià)法2.1.3 微觀結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)法2.2 煤矸石的活化途徑2.2.1 煤矸石的熱活化2.2.2 煤矸石的機(jī)械活化2.2.3 煤矸石的化學(xué)活化2.3 煤矸石的活化機(jī)理2.3.1 煤矸石熱活化機(jī)理2.3.2 煤矸石機(jī)械活化機(jī)理參考文獻(xiàn)第3章 煤矸石質(zhì)水泥活性混合材3.1 煤矸石作水泥混合材的技術(shù)要求3.2 煤矸石作為水泥混合材3.2.1 煤矸石作為水泥混合材的生產(chǎn)工藝3.2.2 煅燒煤矸石作水泥混合材的影響因素3.3 煅燒煤矸石作為硅鋁基膠凝材料主體材料的影響因素3.3.1 煅燒時(shí)間3.3.2 粉磨時(shí)間3.3.3 配體添加量3.3.4 養(yǎng)護(hù)方式3.3.5 保存時(shí)間3.4 煤矸石-水泥體系水化機(jī)理3.4.1 復(fù)合鹽作用下煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的水化3.4.2 復(fù)合鹽作用下煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料水化熱力學(xué)探討3.4.3 復(fù)合鹽作用下煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料水化動(dòng)力學(xué)研究3.4.4 復(fù)合鹽作用下煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料水化機(jī)理3.5 煅燒煤矸石用作水泥活性混合材應(yīng)注意的事項(xiàng)3.5.1 煤矸石的選擇3.5.2 煤矸石經(jīng)濟(jì)的煅燒溫度3.5.3 煤矸石經(jīng)濟(jì)的粉磨細(xì)度3.5.4 增鈣煅燒方式的選擇參考文獻(xiàn)第4章 煤矸石質(zhì)礦物聚合材料4.1 煤矸石質(zhì)礦物聚合材料的制備工藝及配體4.1.1 制備工藝4.1.2 配體4.2 煤矸石質(zhì)礦物聚合材料的影響因素4.2.1 煤矸石、礦渣和粉煤灰不同比例4.2.2 堿金屬硅酸鹽種類4.2.3 堿金屬硅酸鹽添加量4.2.4 添加芒硝(Na2SO4)4.2.5 養(yǎng)護(hù)溫度4.2.6 添加Ca(OH)4.3 煤矸石質(zhì)礦物聚合材料水化產(chǎn)物微觀分析4.3.1 水化漿體的X射線衍射(XRD)分析4.3.2 水化漿體的紅外光譜(IR)分析4.3.3 水化漿體的固體核磁共振(MASNMR)分析4.3.4 水化漿體的表面形貌分析4.3.5 復(fù)合陽(yáng)離子作用下煤矸石膠凝過程中硅、鋁配位變化4.4 偏高嶺石質(zhì)礦物聚合材料4.4.1 偏高嶺石質(zhì)硅礦物聚合材料的力學(xué)性能4.4.2 偏高嶺石質(zhì)礦物聚合材料水化過程中硅、鋁配位變化4.5 煤矸石質(zhì)礦物聚合材料膠凝機(jī)理4.5.1 煤矸石質(zhì)礦物聚合材料的水化熱4.5.2 煤矸石質(zhì)礦物聚合材料膠凝機(jī)理分析4.6 煤矸石礦物聚合材料的應(yīng)用4.6.1 煤矸石礦物聚合材料的性能4.6.2 煤矸石礦物聚合材料應(yīng)用的注意事項(xiàng)參考文獻(xiàn)第5章 煤矸石質(zhì)高性能混凝土礦物摻和料5.1 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響5.1.1 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土工作性能的影響5.1.2 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響5.1.3 自燃煤矸石混凝土工作性能和力學(xué)性能5.2 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土耐久性的影響5.2.1 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土碳化性能的影響5.2.2 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響5.2.3 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土抗化學(xué)侵蝕性能的影響5.2.4 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土抗凍性能的影響5.2.5 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土鋼筋銹蝕的影響5.3 煤矸石質(zhì)礦物摻和料對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性的影響5.4 煤矸石礦物摻和料技術(shù)要求的探討參考文獻(xiàn)第6章 煤矸石質(zhì)固土材料6.1 煤矸石質(zhì)固土材料應(yīng)用概況6.1.1 煤矸石固土的應(yīng)用現(xiàn)狀6.1.2 加固對(duì)象——土的性能6.2 煤矸石質(zhì)固土材料的性能6.2.1 煤矸石固化土試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法6.2.2 煤矸石固化土力學(xué)性能(無側(cè)限抗壓強(qiáng)度)影響因素6.2.3 煤矸石質(zhì)固化土的耐久性能6.2.4 煤矸石質(zhì)固土材料強(qiáng)度形成機(jī)理6.3 煤矸石質(zhì)固土材料的應(yīng)用6.3.1 煤矸石質(zhì)固土材料施工工藝6.3.2 煤矸石質(zhì)固土材料施工注意事項(xiàng)6.4 煤矸石在鐵路路基中的應(yīng)用6.4.1 鐵路路基用材料的要求6.4.2 路基材料用煤矸石的技術(shù)要求6.4.3 煤矸石鐵路路基施工6.4.4 煤矸石鐵路路基檢測(cè)項(xiàng)目6.4.5 煤矸石在鐵路路基工程中的應(yīng)用實(shí)例參考文獻(xiàn)第7章 煤矸石磚與煤矸石骨料7.1 煤矸石磚7.1.1 煤矸石燒結(jié)磚7.1.2 煤矸石非燒結(jié)磚(免燒磚)7.1.3 煤矸石磚常見問題7.2 煤矸石骨料7.2.1 煤矸石輕集料7.2.2 煤矸石用作普通混凝土骨料7.2.3 煤矸石用作骨料的注意事項(xiàng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（1）煤矸石的顏色煤矸石的顏色取決于煤矸石在煤層中的分布與煤矸石礦物中可變成分（碳）的含量，越靠近煤層，含碳量越高，故煤矸石多呈現(xiàn)灰色、灰褐色或褐黑色，條痕為棕褐色、淺褐色，風(fēng)化后變成淺灰色，灼燒或自燃后因有機(jī)質(zhì)揮發(fā)呈現(xiàn)白色、灰白色或黃白色，如果煤矸石中鐵含量較高，將呈現(xiàn)黃色，或帶紅色。煤矸石的顏色在一定程度上決定了煤矸石的綜合利用技術(shù)途徑，如涂料、橡膠領(lǐng)域中用煅燒高嶺石填料，是要提高煅燒煤矸石的白度，煤矸石中氧化鐵、氧化鈦以及鈣、鈉、鉀的氧化物含量越低，越有利于提高煤矸石的白度與耐火度。（2）煤矸石的力學(xué)性能煤矸石的巖石種類是與煤層相聯(lián)系的，煤矸石中出現(xiàn)的巖石是泥巖、粉砂巖、頁(yè)巖和砂巖等。這些巖石的硬度及其風(fēng)化程度決定了煤矸石的力學(xué)性能。煤矸石的硬度在3左右，煤矸石風(fēng)化程度越嚴(yán)重，巖石的力學(xué)性能越低，煤矸石的力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度）也越低，抗壓強(qiáng)度范圍為300~4700Pa。煤矸石的力學(xué)性能高低決定了煤矸石是否能夠作為混凝土骨料使用。有研究表明粒徑不小于5mm的自燃煤矸石的松散容重在1040～1090kg／m2，筒壓強(qiáng)度在49～74kgf／cm2（1kgf／cm2＝98.0665kPa），是良好的混凝土粗骨料。（3）煤矸石的堆積密度煤矸石堆積密度為1200～1800kg／m3，自燃煤矸石堆積密度為900～300kg／m3，通常情況自燃煤矸石堆積密度低于煤矸石，原因是煤矸石經(jīng)過自燃后結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率較高。煤矸石的密度介于2100～2900kg／m3之間。（4）煤矸石的吸水特性煤矸石的多孑L性能決定了煤矸石的吸水特性，自燃煤矸石比未自燃煤矸石具有更高的孔隙率，且孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孑L徑大小變化幅度大。煤矸石的吸水率通常為2.0％～6.0％，自燃煤矸石吸水率為3.0％～11.60％。不同溫度煅燒煤矸石的吸水率不同，當(dāng)煤矸石煅燒溫度達(dá)到1300℃時(shí)，吸水率明顯降低，相組成較為穩(wěn)定，這時(shí)氣孔率已經(jīng)達(dá)到120％，屬于多孔材料。煤矸石的吸水特性對(duì)煤矸石綜合利用影響很大，對(duì)于混凝土用骨料而言，應(yīng)盡可能降低煤矸石吸水率，當(dāng)骨料吸水率較高時(shí)，煤矸石混凝土抗凍性較差。煅燒煤矸石吸水率對(duì)煤矸石混合材與摻和料的影響主要體現(xiàn)在火山灰水泥和煤矸石混凝土的工作性方面，吸水率較高，制備相同工作性能煤矸石混凝土的需水量將增加；另外，煤矸石吸水率將影響煤矸石的塑性指數(shù)，這將影響煤矸石制磚過程中坯體的質(zhì)量。（5）煤矸石高溫相關(guān)性能①煤矸石燒結(jié)性能煤矸石燒結(jié)性能對(duì)煤矸石合成陶瓷具有重要意義，煤矸石的燒結(jié)溫度大于1000℃，一般要低于高嶺石的燒結(jié)溫度，屬于中低等耐火材料。

編輯推薦

《煤矸石的綜合利用》是由化學(xué)工業(yè)出版社出版的。

圖書封面

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