改性煤气化渣用于矿山充填的试验研究.pdf

第39卷第8期 硅 酸 盐 通 报 Vo l . 39 No . 8 2020 年 8 月 BULLETIN OF THE CHIESE CERAMIC SOCIETY Au g u st,202 改性煤气化渣用于矿山充填的试验研究 刘娟红123,许鹏玉1,周昱程1，赵晓红1 1.北京科技大学土木与资源工程学院， ，北京100083 ； ；2.北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室， ，北京100083 ； ； 3.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室， ，北京100083 摘要摘要针对煤气化渣应用于矿山充填中强度低的问题,研究激发剂对煤气化渣活性的影响，并将其部分替代粉煤灰 用于矿山充填。初选三种激发剂，确定单掺激发剂时最优掺量；随后,采取正交试验对三组分激发剂进行优化设 计，确定复合激发剂最优掺量。结果表明,单掺激发剂时，最优激发剂及其掺量为0.5氢氧化钙2.5硫酸钙、 2.0聚合盐，对比未激发组其3 d抗压强度比分别为116.9、113.9、117.0。复掺激发剂时，最优激发剂掺量 组合为0. 125氢氧化钙0. 625硫酸钙、1.000聚合盐，对比未激发组其3 d抗压强度比可达到127.4。试验 表明，改性后的煤气化渣充填体强度可以满足矿山充填强度要求。 关键词关键词煤气化渣；活性激发；矿山充填；正交试验 中图分类号中图分类号X705 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号10016625202008回528回8 Exper iment al St udy o n Mo diUed Co al Gasit c at io n Sl ag Usd f o r Mine Fil l ing LIU Ju anhong1，2,3，，XU Pengyu ， ，ZHOU Yu cheng1，，ZHAO Xiaohong1 1. Co lOa e o f Civ il a n d Reso u r c e En /mee/n g, Un iv ew it y o f Sc ien c e a n d Tec h n o l o g y Beijin g, Beijin g 100083 , Ch in a； ； 2. Beg in / Key La bo r a t o y o f Ur ba n Un d er g r o u n d Spa c e En g in eer in g, Un iv ew ip o f Sc ien c e a n d Tec h n o l o g y Beijin g, Be t it n g 100083， ， Ch t n a； ； 3.KeyLa bo ea eo eyo f eh eMt n t seeyo f Meea iMt n t n g a n d Sa f eeyEd u c a et o n， ， Un t eeest eyo f Sc t en c ea n d Tec h n o io g yBet it n g， ， Bet it n g 100083， ， Ch t n a Abst r ac h Aimin g a t t h e Ow st r en g t h pr o bl em o f c o a l g a sif ic a t io n sOg a ppl ied in min e f il l in g, t h e et e c t o f a c t iv a t o r s o n t h e a c t iv it y o f c o a l g a sif ic a t io n sOg w a s st u d ied, a n d t h e f y a sh w a s pa r /a l l y r epl a c ed by c o a l g a sif ic a t io n sOg f o r min e f il l in g . Th r ee k in d s o f a c t iv a t o r s w er e sel ec t ed in id a l l y t o d et er min e t h e o pt ima l c o n t en t o f sin g l e st imu l a n t s. Th en , o w h o g o n a i ex per imen t s w er e u sed t o o pt imize t h e d esig n o f t h e t h r ee-a o mpo n en t a c t iv a t o r s t o f in Wl y d et er min e t h e o pt ima l c o n t en t o f c o mpo u n d a c t iv a t o r s. Th e r esu l t s sh o w t h a t w h en t h e a c t iv a t o r is d o ped a l o n e, t h e o pt ima l a c t iv a t o / a n d it s c o n t en t a r c a s f o l l o w s 0. 5 c a l c iu m h yd r o x id e, 2. 5 c a l c iu m su l f a t e, a n d 2. 0 po l yme/ sa l t . Co mpa r ed w it h t h e u n ex c it ed g r o u p, t h e 3 d c o mpr essiv e st r en g t h r a t io is 116. 9 , 113. 9 , 117. 0 r espec t iv el y. Wh en c o mpo u n d ed w it h t h e mix t u r e o f a c t iv a t o r s, t h e o pt ima l a c t iv a t o r s c o mbin a t io n is 0. 125 c a l c iu m h yd r o x i/e, 0. 625 c a l c iu m su l f a t e a n d 1. 000 po l yme/ sa l t . Co mpa r ed w it h t h e u n ex c it ed g r o u p, t h e 3 d c o mpr essiv e st r en g t h r a t io r ea c h es 127.4 . Test s sh o w t h a t t h e st r en g t h o f t h e mo d if ied c o a l g a sif ic a t io n sOg f il l in g bo d y meet t h e st r en g t h r equ ir emen / o f t h e min e f il l in g . Key w o r ds c o a l g a sif ic a t io n sOg； a c t iv e ex c it a t io n； min e f il l in g； o r t h o g o n a l t est 0引言 据统计， ，在未来的较长时间里， ，煤炭仍将是我国的主要能源消耗［1］ 将煤炭应用于工业供热和直接燃 烧发电，这种方式效率低、污染重，不仅造成了资源浪费,而且导致了严重的环境污染［2］。为了解决这一问 题, ,煤气化技术应运而生。。该技术很大程度上提高了煤炭利用率, ,减少了污染排放量，但煤气化后也产生了 一些固体废弃物一煤气化渣［3］ 煤气化渣的大量堆积不仅严重占用土地面积, ,易产生灰尘和沙土风, ,污 基金项目基金项目国家自然科学基金51834001 作者简介作者简介刘娟红1966，女，博士，教授主要从事矿山充填用新型胶凝材料研究与应用 E-ma dju a n h o n /1966h ema d . c m 第8期刘娟红等改性煤气化渣用于矿山充填的试验研究2529 染局部大气，而且煤气化渣释放出的一些含硫或含氨的气体， ，会对环境产生负面影响⑷。因此， ，煤气化渣的 综合利用已经成为学者们关注的焦点。 。 关于煤气化渣的研究主要集中在以下几个方面一是作为建筑原料，二是制作砖、墙体材料，三是作为循 环流化床掺烧料。。Yo sh Oa k a5］对煤气化渣进行了混凝土试验和骨料试验，结果表明，由煤气化渣作为骨料制 成的混凝土与使用天然砂制成的混凝土相比，抗压强度、干燥收缩和抗冻融性几乎相同，从而得出煤气化渣 有可能用于混凝土的结论。。刘开平等6 ;然后， ， 善 料浆 ， ，研究 料 浆浓度 体 的影响， ，确 体最优配比。。其中 料浆浓度 体质量 料（ （ 体和 水） ）总质量的 比。。试验 70.1 mmx 70.1 mmx 70.1 mm的标准三联模,成型24 h后拆模,标 养护 3 d、 、7 d、 、28 d，测试 期的试块抗压强度和沉缩率。 4.1煤气化渣掺量对充填体性能的影响研究煤气化渣掺量对充填体性能的影响研究 煤气化渣掺量 体 的影响试验配合比及结果分别如表8和表9所示。。其中煤气化渣掺量为煤 气化渣质量与煤气化渣和粉煤灰质量 的比。 。 表表8煤气化渣掺量对充填体性能影响试验配合比煤气化渣掺量对充填体性能影响试验配合比 Tabl e 8 Test mix r at io o f inf l uenc e o f c o al gasit c at io n sl ag c o nt ent o n f il l ing bo dy per f o r manc Ma ss r a t io / Nu mberMa ss f r a c t io n Co n c en t r a t io n DeseW sa n dCo a l g a siPc a d o n sl a gFl y a shCemen t F00784504015 F120784583215 F2407845162415 F3607845241615 F480784532815 2534 固废制备新型胶凝材料硅酸盐通报第39卷 表表9煤气煤气化渣化渣掺掺量对充填体性能影响试验结果量对充填体性能影响试验结果 Tabl e 9Test r esul t s o f inf l uenc o f c o al gasit c at io n sl ag c o nt eet o n f il l ing bo dy per f o r manc Nu mbee 3d7d28 d Sh r in k a g e r a t e/Co mpmssiv e st mn g t h /MPaSh r in k a g e r a t e/Co mpr essiv e st mn g t h /MPaSh r in k a g e r a t e/Co mpmssiv e st mn g t h /MPa F02.8012.6503.0284.2913. 13910.018 F11.6552.8721.8395.5131.88113.753 F20.7072.6800.9905.0431.01011.412 F30.5662.4890.7074.9290.72111.099 F40.4242.1850.5664.9540.58910.814 煤气化渣掺量对充填体性能影响结果的分析见图8。由图8/可以看出，随着煤气化渣掺量的增加, 体抗压强度先增大后减小，掺量 20时,达到最大值。 于随着煤气化渣掺量越大， 体 越差,在煤气化渣掺量达到20时， 材料水化较 ，水化产物与一 矿物掺合料发生了二次水 化反应，而随着煤气化渣掺量越大， 材料水化越 ，抗压 度越低， 7 d、28 d最低抗压强度仍 大于F0组 体抗压强度， 明煤气化渣的掺入有助于提高 体后期强度。由图8 b可 看出，随着 煤气化渣掺量的增加， 体 水率越来越低。当煤气化渣掺量达到60时， 体抗压强度降低幅度很 小且沉 适中，故选用煤气化渣掺量为60 Fig . 8 Test r esu l t s o f in f l u en c e o f c o a l g a sid c a d o n sl a g c o n t en t o n f il l in g bo d y peWo r ma n c e 4.2充填体料浆浓度对充填体性能的影响研究充填体料浆浓度对充填体性能的影响研究 在煤气化渣掺量为60， 料浆浓度为78时， 体 压强度大于3 MP/，满足 度 ，但 较差。 善 体 ，研究通过 体料浆浓度来提高充填体 。 体料 浆浓度对充填体性能的影响试验配合比及结果分别如表10 表11所示。 表表10浓浓度对充填体性能影响试验配比度对充填体性能影响试验配比 Tabl e 10 Test mix r at io o f inf l uenc e o f c o nc ent r at io n o n Oil ing bo dy per f o r manc Nu mb eMa ss f r a c t io n / Ma ss r a t io / Co n e e n t md o n / D s eesa n dCo a l g a sif ic a t io n sl a gFl y a shC m n e F3607845241615 F5607445241615 F6607045241615 表表11浓浓度 度 充充填 性能影响 填 性能影响 果果 Tabl e 11Test r essl t s o f inf l uedc e o f c o nc eet r at io n o n f il l ing bo dy per f o r manc 3d7d28 d Nu mb er Fl u id it y/mm Bl e ed in g r a t e/ Sh r in k a g e Co mpr essiv eSh r in k a g e Co mpmssiv eSh r in k a g eCo mpr essiv v r a t e/ st r en g t h /MPar a t e/ st mn g t h /MPar a t e/ st mn g t h /MPa F3165 0.10.5662.4890.707 4.9290.72111.099 F5220 1.30.6101.4710.836 2.9030.8875.543 F6280 4.83.8970.9014.712 1.7755.1123.980 2535第8期刘娟红等改性煤气化渣用于矿山充填的试验研究 料浆浓度对充填体 影响 的分析见图9o 图9 a可 看出，随浓度逐渐升高， 体抗 压强度也随 大。 于随着用水量的增加， 材料水化越来越 ， 水化 ，如 入 水，未参与水化的水溶液会在 体中形成孔隙，致使 体强度降低。由图9b可 看出，随着浓度越来 越高，充填体泌水率越来越低。综合考虑抗压强度、流动度以及泌水率对充填体的影响，最终选取F5组作为 最优 比,即 体煤气化渣掺量为60、料浆浓度为74，此时，料浆 度可达220 mm，28 d 压 度可达5.543 MPa，满足 度 0 12 108 6 4 2 12 108 6 4 2 EdwApmuuhsEdwApmuuhs s s D s s D 」 d u I O u d u I O u 0.70 0.74 0.78 Co nc ent r at io n/ a Co mpr essive st r engt h 01-----------1-----------------------1---------------------- 0.70 0.74 0.78 Co nc ent r at io n/ b Shr inkage r at e 5 4 3 2 5 4 3 2 图9浓度对充填体性能影响研究结果 Fig . 9 Test r esu l t s o f in l u en c e o f c o n c en t r a t io n o n f il l in g bo d y per f o r ma n c e 5结论 1 激发剂时，最优激发剂及其掺量为0. 5氢氧化钙、2. 5硫酸钙、2. 0聚合盐，对比未激发组 其3 d 压 度比 116.9、113.9、117.0 2 通过正交试验，确 复掺激发剂时的最优组合为0.125 化钙,0.625硫酸钙以及1.000聚 合盐，对比未激发组其3 d 压 度比可达到127.4，激发 明显 3 三 组分激发剂对试 压强度激发 影响主次顺序为C〉P〉S 4 煤气化渣可 材料，最优配比为料浆浓度74、煤气化渣掺量60，料浆流动度可达 220 mm，28 d 压 度可达5.543 MPa，满足矿 度 参考文献参考文献 1 ]]中国国家统计局中国统计年鉴中国国家统计局中国统计年鉴3019 M] ].北京中国统计出版社，北京中国统计出版社，2019. 2卫小芳， ，王建国， ，丁 杰煤炭清洁高 化技术进展及发展趋势％ ％ J].中国科学院院刊, ,2019， ，34 4409316. 3 Pa n C C，Lia n g Q F，Gu o X L，a t a l . 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