煤矸石在水泥生產過程中大摻量綜合利用初探

楊明

摘要：作為我國經濟發展重要支柱，理想工業生產需要達到資源利用最大化，深度挖掘資源價值，實現零排放。但是現有科技水平只能讓廢氣廢渣二次利用，無法全面落實資源百分百利用。本文以工業廢渣中煤矸石為研究對象，重點分析其作為水泥原料價值。旨在為我國資源高效利用提供可行性方案，以為推動我國實現綠色經濟、環境友好型社會做出貢獻。

關鍵詞：煤矸石;水泥生產;綜合利用

前言：

我國城市化發展速度逐漸加快，導致我國現有資源儲備迅速下降，尤其是水泥生產原材料的黏土資源，已經成為限制建筑行業進一步發展的重要環節。所以，建筑行業開始尋求另一種代替黏土的新型材料，保證行業穩定性。而在工業生產中，例如煤矸石這類工業廢渣也成為工業健康發展重要問題。在這種雙向需求下，需求兩者高質量融合，將是工業與建筑行業研究的重點。

1煤矸石

受到開采位置、方式差異，我國開采煤矸石在化學組成方面就有較大區別，以Si、Al、Fe等元素為主，多為混合物。我國當前煤矸石堆存已經超過45億噸，存儲浪費大量空間，處理又需要消耗大量資金，所以煤矸石進行二次利用已經成為工業發展重點研究內容。砂巖質矸石多由碎屑和膠結物通過組合方式構成，六方柱是其主要成分為。但是石英具有穩定化學狀態，在正常自然界很難被分解，這也是我國煤矸石亟須處理的另一個原因[1]。

2煤矸石活化

在常規生產中，煤矸石并不具備活性，需要使用火山灰幫助其活化，并將其作為代替黏土生產材料，生產新型水泥。而煤矸石實際應用時，需要考慮到煤矸石采購成本，需要通過水泥生產，合理調整摻量，從而降低生產成本[2]。在環保角度，煤矸石應用于建筑行業，可以有效解決我國煤矸石過多，處理成本高昂問題，實現資源二次利用。同時，煤矸石可以有效改善水泥性質，在提升結構特性方面具有較強效果。通過煅燒方法提升煤矸石活性，并對其機械研磨，搭配添加劑，進一步提高煤矸石活化，從而實現水泥高效生產，對于建筑行業未來綠色發展具有重要意義。

3煤矸石在水泥生產過程中大摻量綜合利用研究

3.1熱活化對硅酸鹽水泥影響

在我國工業多年發展中，煤矸石高效活化技術難題已經被攻破。借助機械設備充分研磨煤矸石，直到物料粒度均在0.08mm以內，再利用700℃高溫持續煅燒1小時，煤矸石即可達到最佳活化效果。針對煤矸石以及激發劑比例展開研究，對于煤矸石對于水泥砂漿影響會有進一步探索。所以，需要在試驗前充分研磨煤矸石，保證其物料粒度均在0.08mm以內，再通過高溫煅燒、二次研磨等工序，以科學計算用量比例將煤矸石和石灰粉充分混合后，進行過濾，保證篩余量在10%以內，再將其與原料充分融合，完成以煤矸石作為生產原料，符合國家生產規定的低熟料硅酸鹽水泥制作[3]。將制作完成的水泥與P.O 42.5級別水泥砂漿測試塊，以稠度、安定性以及水泥凝結時間多個方面做技術橫向對比。根據煤矸石以及標準水泥實際用水量充分對比分析，再增加一定分量摻雜石灰粉與煤矸石生產復合性水泥，稠度提升效果明顯。這是因為煤矸石具有較小粒徑，讓其表面積增大而其擁有空隙以及表面空間可以做到吸收水分效果良好，進而提升煤矸石水泥實際用水量。將生石灰加入煤矸石，構成鈣礬石，縮減水泥初凝時間。而在水泥進一步水化，會產生C-S-H凝膠，繼續縮減水泥終凝所需時間。對該內容繼續研究，當煤矸石進一步縮減粒徑，其表面積也會有所增加，縮減化學反應時間，提升反應效果，進而降低從水泥終凝所需時間。將煤矸石粉和激發劑以水泥總量40%進行混合，對傳統水泥所需粘土材料進行代替，并做抗壓強度相關測試。當煤矸石總量提升，可以有效提升水泥的抗壓、抗折能力[4]。在煤矸石超過水泥總量50%，水泥強度抗壓能力可以達到市面可以買到普通硅酸鹽水泥32.5等級強度。

3.2活化程度對硅酸鹽水泥力學性能影響

因為由煤矸石摻雜制成的水泥和普通水泥存在力學性能差異，需要采用適合方式對其判斷。而標準稠度對于水泥應用性能具有明顯影響，對煤矸石水泥進行活化所需較大用水量。在活化石產量提升的同時，水化反應程度也會逐漸劇烈，加快反應速度，縮短終凝時間。所以，煤矸石在水泥生產添加量會對其性能產生較大影響。以膠砂強度對水泥試驗，水泥試塊抗壓強度會伴隨時間逐漸下降，28天時間后，抗壓強度達到最低標準。這是因為活化煤矸石會和礦渣以及水泥產生反應，進而產生少量，對于水泥強度產生相應影響。而在水化反應逐漸加劇影響下，膠凝活性進一步加強，會降低試塊強度。針對活化煤矸石測試摻入量，以水泥含量的30%活化煤矸石，摻入到水泥中，可以有效提升抗壓強度[5]。而將活化煤矸石對黏土材料取代時，水泥實際抗壓強度會有所下降。而將活化煤矸石控制在水泥總含量30%，礦渣控制在10%，雖然可以對水泥熟料進行代替，會其抗壓強度造成下降。而在煤矸石40%摻入量時，水化產物產量下降。而且礦渣內氧化鈣會和活化煤矸石與產生化學反應，可是其反應量過少，產物并不能對滿足水化反應所需鈣元素量的實際需求，讓水泥剛度降低幅度十分明顯。即使將礦渣煤矸石含量降低至30%，即使產生符合水化反應所需、以及，讓生產環境變更為強堿條件，對于水泥強度也無法做到有效改善。而將石膏以5%、7%、9%不同含量添加至水泥生產中，伴隨水泥石膏比重提升，水泥應用強度也會有所下降。所以，在以后水泥生產中，應降低石膏用量，對于水泥提升強度具有良好效果。

3.3實驗室分析

借助電子掃描鏡和計算機數據分析，將由活性煤矸石制成水泥進行測試，并對數據分析，以不同摻量獲得數據，借助顯微鏡加強觀察效果，可以發現在水泥生產的28天后，煤矸石水泥內部柱狀晶體實際數量會大幅度減少，但是絮狀物則會增多。在添加劑含量發生變化時，水泥狀態變化程度也較為明顯。以活化煤矸石占水泥含量30%、石膏占3%、礦渣占10%的水泥生產為例，在水泥發生水化反應結束后，其內部形態會保持緊密狀態，聚集體具有一定規則。借助煤矸石摻量不同，對水泥觀測時，可以發現當外部條件呈堿性時，對于煤矸石活性具有較強激發效果，可以加快水化反應時間，也可以對水泥強度有促進效果。

結論：

雖然本文提出煤矸石代替黏土用于水泥生產方案，已經達到初步使用程度，但建筑企業在實際應用中仍需要以當前水泥生產面臨問題為出發點，詳細研究并討論煤矸石應用比重變化對水泥質量影響。本文內容建立在為建筑企業與行業提供思考方向，并不以指導具體工作為首要目的。所以，應用時可以將本文當作參考，但要避免將內容直接作為生產方案使用。

參考文獻：

[1]賈敏.煤矸石綜合利用研究進展[J].礦產保護與利用，2019，039（004）：46-52.

[2]劉小婷，溫久然，王思雨，等.原狀煤矸石骨料強化工藝研究[J].無機鹽工業，2020，52;377（04）：71-77+84.

[3]李秋英，吳昊澤，董辰光，等.煤矸石-粉煤灰-水泥基煤田含水層注漿材料性能實驗研究[J].四川水泥，2020，285（05）：37-39.

[4]王慶賀、李喆、周梅、張玉琢.自燃煤矸石骨料取代率對鋼筋混凝土梁受彎性能的影響[J].建筑結構學報，2020，41（12）：67-77.

[5]劉峰，劉超.煤矸石綜合利用系統的研究與應用[J].煤炭技術，2019，38;312（12）：150-152.