煅烧炭质页岩作活性掺合材的研究

摘要

炭质页岩是含有大量分散的炭化有机质的页岩,是粘土岩的一种,与煤层共生,成分比较复杂,在我国西部地区广泛分布。炭质页岩一直未得到有效的资源化利用,废弃的炭质页岩不仅占用大量土地还易造成环境污染。本文针对炭质页岩为粘土类矿物以及烧粘土具有活性的特性,提出了将炭质页岩进行煅烧,并将其用于活性掺合材的研究思路。
　　本研究采用X射线衍射分析(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、热重-差热(TG-DTA)等微观测试技术,结合高温电炉煅烧分析研究炭质页岩的高温分解过程以及活性产生区域,确定炭质页岩的最佳煅烧制度。研究不同煅烧制度下的煅烧炭质页岩用作活性掺合材,对水泥净浆和砂浆性能的影响。同时,将电解锰渣与炭质页岩混合后煅烧,利用电解锰渣中的硫酸盐激发煅烧炭质页岩的活性,以及在石灰石存在的条件下,对能否生成类硫铝酸盐水泥性质的胶凝材料做了研究。研究结果表明:炭质页岩中的主要矿物为石英、伊利石、绿泥石、钙长石等,主要化学成分为SiO2和Al2O3等;炭质页岩经煅烧脱水分解温度为400~800℃,绿泥石在600℃基本上已经完全分解,伊利石的分解温度较宽,一直到900℃还有少量存在,绿泥石和伊利石分解之后没有新的衍射峰出现,说明绿泥石和伊利石转变成了无定形的SiO2和Al2O3,这就是炭质页岩经煅烧之后具有活性的原因。炭质页岩的最佳煅烧制度,是以10℃/min升温速度、在800℃煅烧、保温0.5小时具有较高的活性,活性指数可达到84％,满足国家标准对活性掺合材火山灰活性的要求;煅烧温度过高或过低对活性发展都不利,保温时间越长活性越低。煅烧炭质页岩作为水泥混合材时,煅烧炭质页岩的掺入对水泥的凝结时间影响较大,具有很好的缓凝作用,掺量越大,缓凝效果越明显;在煅烧炭质页岩掺量为10％~40％时,效果最好的是10％,随着掺量的增加,水泥强度降低;综合炭质页岩资源化利用最大化以及其对水泥性能的影响,以掺量为30％最佳,28d强度可达到51.83Mpa,是一种很好的混合材。煅烧炭质页岩作为活性掺合料时,掺入量为0~30％时,砂浆工作性能良好,水养比标养对火山灰活性发展有利;在不同掺量煅烧炭质页岩对砂浆性能的研究中,以掺量为30％最佳。利用电解锰渣对炭质页岩进行改性的研究结果表明,不同配比的改性炭质页岩的活性不同。相同煅烧温度下,G1的改性效果较好,改性炭质页岩的活性随着配比中炭质页岩的含量减小而降低,说明改性炭质页岩的活性主要由煅烧炭质页岩提供;而相同的配比下,800℃煅烧的效果最好。800℃煅烧配比为G1的改性效果最佳,活性指数能达到87％,满足国家标准对活性掺合材火山灰活性的要求。