煤基固废制备抑制矸石山自燃材料的试验研究

作     者：王博 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张金山;董红娟

授予年度：2020年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：粉煤灰 脱硫石膏 矸石山自燃 复合胶凝喷浆材料 水化机理 

摘      要：本论文依托“中央引领地方科技发展专项资金:乌海矿区煤矸石山自燃大气污染调查及灭火技术研究与示范工程项目,为解决乌海矿区煤矸石自燃问题,因地制宜,利用乌海矿区周边的煤基固废制备抑制矸石山自燃的材料。本文以粉煤灰、脱硫石膏、电石泥、水泥、水为原料,研究新型复合胶凝材料,使用喷浆机把浆液喷洒在矸石山表面,形成致密的固化层,切断矸石山内部的氧气来源,达到灭火的目的。原材料以粉煤灰、脱硫石膏和电石泥等工业固体废弃物为主,大大降低成本,做到以废治废,实现固废综合利用。在分析原料理化性质的基础上,采用单一变量法完成复合胶凝材料的配比试验,并对浆液的流动性、析水率以及固化体的抗压强度、化学结合水量进行测试。在试验中,利用XRD和SEM技术手段对复合胶凝材料水化产物晶相和微观形貌分析,深入研究复合胶凝材料的水化过程和水化机理。并介绍了胶凝材料在乌海某矸石山自燃治理示范工程的应用情况,理论和实践相结合,完善胶凝材料的配比和施工工艺。主要工作及结论如下:(1)通过单一法设计试验方案,探索基础组粉煤灰-脱硫石膏的掺入量比例、外加组电石泥和水泥的掺入量、水灰比、养护方式对复合胶凝喷浆材料浆液的的流动性和析水率,以及固化体的抗压强度和化学结合水的影响。(2)复合胶凝材料的最优配比是基础组粉煤灰和脱硫石膏的质量比例是70:30,外加组电石泥的掺入量是20%,水泥的掺入量是15%,水灰比是0.65,养护方式采用覆膜养护或洒水养护。最佳配比下,复合胶凝喷浆材料的流动度在90-100mm之间,6h析水率小于5%,28d抗压强度是17.69MPa。(3)复合胶凝材料的水化机理是是粉煤灰-脱硫石膏-电石泥-水泥四元体系相互激发的过程,粉煤灰的火山灰活性在水泥熟料和电石泥提供的碱性环境下不断激发,在脱硫石膏的作用下,反应生成水化硅酸钙凝胶、水化铝酸钙凝胶、钙矾石晶体,为体系提供强度。(4)利用复合胶凝材料开发了抑制矸石山自燃的喷浆材料,具有良好的封闭作用,达到抑制自燃的目的,喷浆法施工工艺简单,工期短,成功应用于实体工程。