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旁路放风合并煤矸石脱水工艺与脱水煤矸石活性的研究

王春梅  
【摘要】: 通过ISO法和碱侵蚀法测定了不同煅烧制度下脱水煤矸石的火山灰活性,确定了煤矸石脱水的最佳热工制度;考察了旁路窑灰对脱水煤矸石活性的影响,进行了掺窑灰活化煤矸石水泥的性能试验。在上述工作的基础上,提出了预分解窑旁路放风合并煤矸石脱水的新工艺,进行该工艺相关的热工与工艺计算以及关键设备的研究设计。最后借助水化放热速率测定、DTA、XRD、SEM及液相分析等测试手段对掺窑灰活化煤矸石水泥的水化硬化机理进行了研究。 研究结果表明,煤矸石最佳的煅烧温度为850℃,煅烧速度和冷却速度越快,脱水煤矸石的火山灰活性越高。因此,煤矸石脱水的最佳热工制度为:在850℃下,快烧快冷。利用预分解窑的旁路放风系统,进行适当的改造,可以满足上述热工制度,因此预分解窑旁路放风合并煤矸石脱水工艺是可行的。由于窑灰中存在的氯、硫、碱等促进了煤矸石中活性SiO2及Al2O3的溶出,所以窑灰的掺入提高了脱水煤矸石的活性,但其掺入量不宜过多,结合旁路系统热工计算结果,其掺入量以10%为宜。 将窑灰活化煤矸石掺入硅酸盐水泥中,使水泥的凝结时间延长,强度有所提高,效果与粒化高炉矿渣接近;水泥的抗硫酸盐性能有比较大的提高,是由于窑灰活化煤矸石的加入,增加了水化硅酸钙、水化石榴子石、水化铝酸钙等产物的含量并减少Ca(OH)2量,导致水泥石结构密实;抑制碱集料反应(ASR)能力有所改善,但效果不大明显,主要是由于窑灰活化煤矸石掺入后,水泥中碱的含量并没有减少,并且大多仍然以可溶性碱的形式存在,所以碱集料反应没有得到很好抑制,但由于C-S-H的量增加,它固溶碱的能力有所增加,所以略微降低碱集料反应。硅酸盐水泥中掺入窑灰活化煤矸石后,其水化机理和水化历程基本不变,仍然可以分诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期五个阶段,但是相对于硅酸盐水泥来说,诱导期有所缩短,加速期有所延长。通过不同混合材对硅酸盐水泥性能影响的比较以及上述实验可以说明,窑灰活化煤矸石是一种性能良好的混合材,性能与粒化高炉矿渣相似,比天然的煤矸石活性明显提高。


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