煤矸石地质聚合物的制备及研究
《基于煤矸石合成ZSM-5复合功能材料及催化性能研究》范文
《基于煤矸石合成ZSM-5复合功能材料及催化性能研究》篇一一、引言随着能源需求持续增长，寻求可再生的、低成本的原料在工业应用中变得至关重要。
煤矸石作为煤炭开采过程中产生的固体废弃物，其有效利用对环境保护和资源循环利用具有重要意义。
近年来，ZSM-5分子筛因其独特的孔道结构和良好的催化性能，在石油化工、精细化工等领域得到广泛应用。
本研究以煤矸石为原料，探索合成ZSM-5复合功能材料及其催化性能的研究。
二、煤矸石合成ZSM-5复合功能材料的制备（一）原料准备煤矸石经过破碎、磨细后，通过筛分获得适宜粒度的原料。
同时，选用适宜的模板剂和无机盐作为合成ZSM-5的辅助材料。
（二）合成方法采用水热合成法，将煤矸石原料、模板剂、无机盐等按照一定比例混合，在一定温度和压力下进行水热反应，得到ZSM-5复合功能材料。
（三）材料表征通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附等手段对合成的ZSM-5复合功能材料进行表征，分析其晶体结构、形貌和孔道结构等。
三、ZSM-5复合功能材料的催化性能研究（一）催化反应类型选择选择典型的催化反应类型，如烷基化、裂解等，对ZSM-5复合功能材料的催化性能进行测试。
（二）反应条件及催化剂性能评价设定不同的反应温度、压力和反应时间等条件，评价ZSM-5复合功能材料在不同反应条件下的催化性能。
同时，通过对比实验，分析煤矸石合成ZSM-5与市售ZSM-5的催化性能差异。
（三）催化剂的稳定性及再生性能研究通过多次循环实验，考察ZSM-5复合功能材料的稳定性及再生性能。
同时，利用红外光谱、XRD等手段分析催化剂失活的原因及再生后性能的恢复情况。
四、结果与讨论（一）结果分析经过对ZSM-5复合功能材料的表征和催化性能研究，得出以下结论：1. 煤矸石合成ZSM-5复合功能材料具有较高的结晶度和良好的孔道结构；2. 在典型催化反应中，ZSM-5复合功能材料表现出良好的催化性能；3. 不同反应条件下，ZSM-5复合功能材料的催化性能有所差异；4. 煤矸石合成ZSM-5与市售ZSM-5在催化性能上无明显差异，且具有较好的稳定性及再生性能。
煤矸石制备地质聚合物注浆材料 通用技术条件
煤矸石制备地质聚合物注浆材料通用技术条
件
煤矸石制备地质聚合物注浆材料的通用技术条件包括以下几个方面：
1. 原料选择：煤矸石是一种煤炭采选过程中产生的固体废弃物，通过筛分、破碎等工艺处理后，将其作为制备地质聚合物注浆材料的原料之一。
在选材过程中，需要确保煤矸石的质量符合相关行业标准，如颗粒大小适中、含水率适合注浆工艺等。
2. 材料配比：制备地质聚合物注浆材料需要根据实际工程需求，精确控制材料配比。
在配制过程中，通常将煤矸石作为主要填料，添加适量的水泥、高分子凝胶等适宜的辅助材料，以提高材料的粘结性和强度，保证注浆材料的质量。
3. 加工方法：通常通过混合、搅拌等加工方法将原料混合，确保各种材料均匀分散、充分混合。
在搅拌过程中，需要控制搅拌时间、搅拌速度等参数，以确保材料得到充分的反应和混合。
4. 物理性能要求：制备的地质聚合物注浆材料需要具有一定的物理性能，如粘度、流动性、静置时间等要求。
这些要求通常依据不同的工程场合而定，以确保注浆材料能够满足地下工程的需求。
5. 质量控制：为确保制备的地质聚合物注浆材料的质量稳定可靠，对原料的选择、加工的控制和产品的检测都需要进行严格的质量控制。
例如，对原料进行抽样检测和实验室测试，每批产品都要进行外观、强度等指标的检测，确保注浆材料符合相关标准和规范。
总之，煤矸石制备地质聚合物注浆材料的通用技术条件包括原料选择、材料配比、加工方法、物理性能要求和质量控制等方面，确保制备的注浆材料能够满足地下工程的需求。
《以煤矸石为源制备SiO2气凝胶及气凝胶毡的性能研究》范文
《以煤矸石为源制备SiO2气凝胶及气凝胶毡的性能研究》篇一一、引言随着工业的快速发展，煤矸石作为一种常见的工业废弃物，其资源化利用问题显得尤为重要。
SiO2气凝胶作为一种具有优异性能的新型材料，具有广泛的应用前景。
本文以煤矸石为原料，通过特定的制备工艺，成功制备了SiO2气凝胶及气凝胶毡，并对它们的性能进行了深入研究。
二、实验材料与方法（一）实验材料实验所使用的原材料为煤矸石。
在实验前，对煤矸石进行破碎、筛分和清洗等预处理，以获得纯净的原料。
（二）实验方法1. SiO2气凝胶的制备：采用溶胶-凝胶法，以煤矸石为原料，通过酸碱反应生成硅溶胶，经过陈化、干燥等过程，得到SiO2气凝胶。
2. SiO2气凝胶毡的制备：将制备好的SiO2气凝胶进行纤维化处理，得到SiO2气凝胶毡。
三、SiO2气凝胶的性能研究（一）结构与形貌通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段，对SiO2气凝胶的微观结构进行分析。
结果表明，SiO2气凝胶具有三维网状结构，孔隙分布均匀，比表面积大。
（二）理化性能通过对SiO2气凝胶进行密度、比表面积、孔容等性能测试，发现其具有较低的密度、较高的比表面积和良好的孔容性能。
此外，SiO2气凝胶还具有优异的耐热性能和化学稳定性。
四、SiO2气凝胶毡的性能研究（一）结构与形貌SiO2气凝胶毡具有类似纤维布的形态，纤维间交织紧密，形成三维立体结构。
通过SEM观察，发现纤维表面光滑，具有均匀的孔隙结构。
（二）力学性能对SiO2气凝胶毡进行拉伸、压缩等力学性能测试，发现其具有较高的抗拉强度和抗压强度。
这得益于其独特的纤维结构和良好的界面相互作用。
（三）热性能与隔音性能SiO2气凝胶毡具有优异的耐热性能，能在高温环境下保持稳定的性能。
此外，由于其多孔结构，还具有较好的隔音性能。
五、结论本文以煤矸石为原料，成功制备了SiO2气凝胶及气凝胶毡。
通过对它们的性能进行研究，发现SiO2气凝胶及气凝胶毡具有优异的结构、理化性能和力学性能。
地质聚合物制备机理及原料研究进展
工业技术66 2015年53期地质聚合物制备机理及原料研究进展罗书亮中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000摘要：综述了地质聚合物的制备机理及原料研究进展，并提出了地质聚合物发展的限制因素及建议。
关键词：地质聚合物；机理；原料中图分类号：TB383.3 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）53-0066-01Geopolymer是近年发展起来的一类新型无机高聚合胶凝材料，由法国科学家Joseph Davidovits教授于20世纪70年代首先发现并命名[1]。
Geopolymer一词原意指由地球化学作用或地质合成作用而形成的铝硅酸盐矿物聚合物[2]，而这一概念发展到现在则包括了所有采用天然矿物或固体废弃物制备成的以硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体[3]。
它以其独特的性能已成为世界各国材料科学工作者关注的目标之一。
1 地质聚合物的反应机理关于地质聚合物的反应机理仍然是一个尚未完全解决的问题，尤其是对不同体系及组成相对复杂的体系更是如此。
目前针对不同体系具有代表性的地质聚合物反应机理模型有以下几个。
（1）法国科学家Joseph Davidovits[4]为代表的研究者所提出的利用氢氧化钠/氢氧化钾激发偏高岭土制备地质聚合物的机理模型：偏高岭土等活性材料在高碱性溶液中裂解为类似有机高分子单体的低聚硅氧四面体和铝氧四面体，这些低聚物在高碱环境下发生聚合反应作用，形成三维网状结构的无机高聚物。
根据反应产物中硅铝比（Si/Al）之间的比例关系，可将地质聚合物分为3种类型：PS型（-Si-O-Al-）、PSS型（-Si-O-Al-O-Si-）、PSDS型（-Si-O-Al-O-Si-O-Si-），基于此可将地质聚合物的分子式表达为：Mn{-（SiO2）z-AlO2-}n·mH2O，式中z为1、2或3；M为碱金属离子（Na+、K+等），n为聚合度，m为结合水量。
煤矸石复合材料的制备与应用研究
煤矸石复合材料的制备与应用研究简介:煤矸石作为能矿资源的废弃物，一直以来都是一个全球性的环境问题，也对人们的健康和生活环境造成了严重的影响。
然而，近年来，煤矸石的再利用逐渐成为了一种研究的焦点。
煤矸石复合材料作为一种创新的材料，具有一系列卓越的力学性能和环境友好性，吸引了广泛的关注。
本文探讨了煤矸石复合材料的制备方法以及其在各个领域内的应用。
一、煤矸石复合材料的制备方法煤矸石复合材料的制备过程主要包括矸石的处理和改性、材料配比设计、混合制备和固化等步骤。
1.矸石的处理和改性煤矸石经过初步处理，如破碎、筛分等，以去除杂质。
然后，通过改性处理改善矸石的性能，如添加适量的胶凝剂、聚合物、纤维等，提高矸石与其他材料的粘结性能。
2.材料配比设计根据煤矸石的性质和所需应用的特殊要求，合理设计煤矸石复合材料的组成比例，包括矸石、胶凝材料、填料等的比例，以确保最终制备的复合材料具有良好的力学性能和工程应用价值。
3.混合制备将经过处理和改性的煤矸石与其他材料混合均匀，通常可以采用机械搅拌的方式进行。
同时，根据需要加入适量的水或其他溶剂来调整材料的流动性和稳定性。
4.固化将混合制备好的煤矸石复合材料进行固化处理，一般采用加热或添加固化剂的方法来促进材料的硬化和固结。
固化后的煤矸石复合材料具有良好的力学性能和稳定性，可以进行后续的加工和应用。
二、煤矸石复合材料的应用研究1.建筑领域煤矸石复合材料在建筑领域中有广泛的应用。
通过优化复合材料的配比和工艺，可以制备出高性能的建筑板材、墙体隔音材料、地坪材料等。
这些复合材料具有优异的力学性能、隔音、防火、防水等特点，可以满足建筑物结构和功能的要求，同时减少对天然资源的依赖。
2.环境修复煤矸石复合材料在环境修复领域中具有潜在的应用价值。
由于煤矸石本身具有较高的吸附能力和稳定性，可以作为一种吸附剂或固化剂用于处理废水、废气和有害物质，如重金属离子、有机物、碱性废渣等。
其独特的吸附和固化性能可以有效地减少环境污染，并降低修复成本。
煤矸石基发泡地质聚合物的制备及其力学性能
第39卷第11期硅酸盐通报Vol.39No.11 2020年11月BULLETIN0F THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Noembee,2020煤\石基发泡地质聚合物的制备及其力学性能苏丽娟，付国胜，李富源，孙琦，王锦力，张佳宁(辽宁工程技术大学土木工程学院，阜新123000)摘要:为了制备煤砰石基发泡地质聚合物并对其力学性能的影响规律进行研究，选取水玻璃、双氧水、NaOH、硬脂酸钠四种影响因素，每种因素取三个水平进行试验研究。
研究结果表明：养护龄期对煤砰石基发泡地质聚合物材料的抗压强度影响显著,随着养护龄期的增长，试样的聚合反应程度逐渐增加,抗压强度提高，试样养护28d的抗压强度为其养护7d强度的2倍以上;试样的抗压强度和弹性模量随着水玻璃、双氧水掺量的增加而增大;硬脂酸钠作为稳泡剂要适量添加，添加过多将使试样的抗压强度和弹性模量均降低。
关键词:发泡地质聚合物；煤砰石；抗压强度；弹性模量中图分类号:TU55文献标识码:A文章编号：1001-1625(2020)11-354988Preparation and Mechanical Properhrs of Coal Gangur BasedFoamed GeopolymerSU Lijuan,，FU Guosheng，LI Fuyuan，SUN Qi，WANG JinU，ZHANG Jianing(School of Civil EngineeOng,Liaoning Technical University,Fuxin123000，China)Abstract:Cn ordeo te prepare coal gangue based foamed geopolymeo and study Vs mechanical properties，wateo glas s，hydrogen peroxide，NaOH and sodium stearate were selected as foue inOuencing factors，each of which was tested at three yeeeys.TheeesuysshowRhaRRhecuevngagehasasvgnvovcanRvnoyuenceon Rhecompee s veeseengRh oocoayganguebased foamed geopolymee materials.With the increase of curing aae，the polymerization reaction deeree of the sample graduaCy increases，and the compressive strength increases.The compressive strength of the sample after curing for28d iz more than 2times that of samples curing foe7 d.The compressive strength and elastic modulus of the sample increase with the inceasBooehBconeneoowaeegyassand hydeogBn pBeoiidB.Sodium seaeae shouyd bBaddBd peopBeyyasooam seabiyiaBe.Toomuch sodium seaeae wi e eBducBehBcompeB s ieBseeBngeh and BeaseicmodueusooehBsampe.Key words:foamed geopolymee；coal gangue；compressive strength；elastic modulus0引言随着国家对建筑节能要求的提高,建筑保温隔热材料的研发引起了国内外学者的研究兴趣$18%#其中泡沫混凝土材料因其重量轻［3］、保温隔热性能好、抗震性能优异、可减少噪声污染能调节室内气温等多种优点而被广泛关注$68%#但泡沫混凝土在生产过程中需要使用大量的水泥,水泥的生产过程需要经过高温燻烧工艺，生产能耗大，亟需研发新型绿色环保、能耗低的替代产品。
煤矸石地质聚合物的研究进展综述
煤矸石地质聚合物的研究进展综述
周博瑞
【期刊名称】《河南建材》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】作为煤炭开采和洗选的副产品,煤矸石产生量随着能源消耗量的不断增长而迅速增加。
堆积的煤矸石得不到合理利用,只能作为废弃物进行处理,从而造成了资源浪费和环境污染问题。
地质聚合物是一种新型的绿色胶凝材料,具有早强、快凝、力学性能好等优点。
因此,文章对以煤矸石为主要基体材料的地质聚合物的研究现状进行了总结。
【总页数】3页(P70-72)
【作者】周博瑞
【作者单位】华北水利水电大学
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
【相关文献】
1.煤矸石-粉煤灰制备地质聚合物发泡材料的试验研究
2.煤矸石制备地质聚合物注浆材料的研究进展
3.磁性煤矸石地质聚合物类芬顿降解苯酚
4.煤矸石基地质聚合物混凝土梁高温性能研究
5.煤矸石基地质聚合物的制备与性能优化研究
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《以煤矸石为源制备Al2O3-SiO2气凝胶及其高温性能研究》范文
《以煤矸石为源制备Al2O3-SiO2气凝胶及其高温性能研究》篇一一、引言煤矸石是煤炭开采与洗选过程中产生的固体废弃物，由于它的高含量杂质与多孔特性，传统的处理方法存在较大的环保难题。
随着科学技术的进步，以煤矸石为原料制备具有高性能的材料成为了科研工作者的研究热点。
本文以煤矸石为原料，通过特定的工艺制备了Al2O3-SiO2气凝胶，并对其高温性能进行了深入的研究。
二、制备工艺及方法制备Al2O3-SiO2气凝胶的过程主要分为以下几个步骤：首先，对煤矸石进行破碎、磨细，然后进行高温煅烧处理，以去除杂质并获得纯净的原料。
其次，利用溶胶-凝胶法，通过在合适的条件下，使硅酸盐等原料进行水解、缩聚等反应，生成硅氧网络结构的气凝胶。
在此过程中，还需要通过调节反应参数（如pH 值、温度、反应时间等）以控制凝胶的形成过程和最终的形态结构。
最后，通过一定的后处理过程（如干燥、老化等）得到最终的Al2O3-SiO2气凝胶产品。
三、高温性能研究Al2O3-SiO2气凝胶的优良高温性能，主要是其特有的微观结构和丰富的Al、Si元素的配合共同作用的结果。
我们的研究表明，经过一定的热处理过程后，该气凝胶的耐热性能和热稳定性得到了显著的提高。
在高温下，该气凝胶的微观结构能够保持稳定，不会发生明显的热分解或结构破坏。
此外，其表面化学性质在高温下也保持了较高的活性，可以有效地吸附并分解其他有害物质。
四、实验结果及分析通过对Al2O3-SiO2气凝胶进行一系列的热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）等实验分析，我们发现其具有较好的高温性能和稳定性。
其中，热重分析结果显示该气凝胶在高温下具有较高的热稳定性，且其分解温度远高于传统的同类材料。
而X射线衍射结果表明其微观结构有序度较高，能够抵抗高温引起的结构变化。
同时，我们还对不同工艺参数对气凝胶高温性能的影响进行了研究。
实验结果表明，适当的pH值、反应温度和反应时间均对提高产品的耐热性能有重要作用。
地质聚合物的研究现状
摘要近年来，人们相比之前更重视环境上的问题，普通硅酸盐水泥逐渐已经满足不了环保要求，它们优良的品质受到很多学者的重视。
地质聚合物是一种新型环保材料，广泛应用于建筑材料中。
与传统水泥相比，其生产工艺具有低能耗、低碳排放的优点，可以成为水泥的良好的代替品，它是材料领域的研究热点之一。
地质聚合物在早期阶段具有强度高、快速硬化、耐高温、耐酸碱性腐蚀等性能，其原料广泛应用于偏高岭土、粉煤灰、矿渣、污泥等工业废弃物的原料，其原材料来源比较广泛，制备工艺简单。
地质聚合物还应用在许多方面，比如可以作为水泥路面上的修补材料、处理有毒废渣，还可以作为新型陶瓷材料的开发。
总结不同原材料制成的地质聚合物的特性与应用，展望地质聚合物的行业发展现状。
关键词：地质聚合物碱激发偏高岭土矿渣基粉煤灰第一章地质聚合物的概述1.1课题的背景和意义自从改革开放以来，从我国经济建设快速发展的角度，建筑业的能源消耗占总能源消耗的35%左右，而且这一比例每年都在增加，因此，建筑业的能源消耗是阻碍我国经济发展的主要因素。
根据“十二五”计划提出的建设资源节约型社会的要求，国家出台了一系列节能政策。
未来节能建材必将主导国内新型建材市场。
因此，高性能、环保型轻质保温建筑材料的应用在近几十年来越来越受到人们的青睐，并且成为人们共同关注的焦点。
地质聚合物是符合国家“十二五”规划标准的节约性材料。
它是一种新型的环保材料，可以替代水泥材料。
它不只可以缓解当前的能源危机，减少温室气体的排放，而且可以减少中国的能源消耗问题，改善人类的生活环境具有及其长远的意义。
与传统水泥相比，地质聚合物生产工艺具有能耗低、碳排放低等优点。
它可以成为水泥的优良代替品，是材料领域的研究热点之一。
近年来，人们对环境问题越来越重视，普通硅酸盐水泥已逐渐难以满足环保要求，而地质聚合物以其优异的性能越来越受到研究者的关注。
研究的意义在于利用大量的固体废料可以变废为宝，化害为利，有利于可持续发展，提高经济效益、社会效益和环境效益。
《以煤矸石为源制备SiO2气凝胶及气凝胶毡的性能研究》范文
《以煤矸石为源制备SiO2气凝胶及气凝胶毡的性能研究》篇一一、引言随着工业的快速发展，煤矸石作为煤炭开采和加工过程中的废弃物，其处理和利用问题日益突出。
煤矸石的主要成分是硅酸盐，具有丰富的硅资源，因此，以煤矸石为原料制备高附加值产品，不仅有利于资源循环利用，还能有效解决环境污染问题。
其中，SiO2气凝胶以其独特的纳米多孔结构和优异的物理化学性能，在保温隔热、吸附催化等领域有着广泛的应用前景。
因此，以煤矸石为源制备SiO2气凝胶及其衍生产品气凝胶毡，既具有经济效益，又具有环保意义。
二、煤矸石制备SiO2气凝胶的工艺流程1. 原料准备：收集并处理煤矸石，提取出其中的硅元素。
2. 溶胶制备：将提取的硅元素进行化学处理，形成溶胶。
3. 凝胶化：通过控制条件使溶胶进行凝胶化反应。
4. 干燥：将得到的湿凝胶进行超临界干燥或常压干燥，以避免产生气孔结构的坍塌。
5. 纳米化：将干燥后的产品进行纳米化处理，以提高其比表面积和活性。
三、SiO2气凝胶及气凝胶毡的性能研究1. 结构性能：SiO2气凝胶具有纳米多孔结构，比表面积大，孔隙率高。
其独特的结构赋予了气凝胶优异的物理性能。
2. 隔热性能：SiO2气凝胶具有极低的导热系数和优良的隔热性能，使其在保温材料领域具有广泛的应用前景。
3. 吸附性能：由于气凝胶具有高比表面积和丰富的活性位点，使其在吸附领域也有着良好的应用。
4. 气凝胶毡的性能：气凝胶毡是由气凝胶纤维交织而成的一种新型材料，具有更好的韧性和强度。
同时，由于其纳米多孔结构，使其在过滤、隔音、隔热等方面具有更优异的性能。
四、实验结果与讨论通过实验，我们成功以煤矸石为源制备了SiO2气凝胶及气凝胶毡。
通过对产品的结构性能、隔热性能、吸附性能等进行测试和分析，我们发现：1. 制备的SiO2气凝胶具有较高的比表面积和孔隙率，其隔热性能和吸附性能均优于传统材料。
2. 气凝胶毡具有较好的韧性和强度，同时保持了气凝胶的纳米多孔结构，使其在过滤、隔音、隔热等方面具有优异性能。
219336534_煤矸石基地聚合物的制备与性能研究
堆放占用大量土地ꎬ同时污染地下水以及空
兆洋等[１０] 选用工业废渣和废弃混凝土替代水
气 [２] ꎮ Ｊ Ｄａｖｉｄｏｖｉｔｓ [３] 认为地聚合物 是 一 种
泥和天然石材制备地聚合物再生骨料混凝土ꎬ
体网状结构的无机聚合物ꎬ他将其反应机理
有效地提升再生骨料混凝土的抗压强度ꎮ
废弃物ꎬ是一种黑灰色岩石
[１]
占固体掺量的为 １５％ ꎬ２０％ ꎬ２５％ 和 ３０％ ꎻ去
ＸＲＤ 对比分析结果ꎮ 自燃煤矸石中处于稳
反应温 度 分 别 为 ７０、８０、９０ ℃ꎬ 试 验 方 案 见
英、无定形 ＳｉＯ２ 、κ￣Ａｌ２ Ｏ３ 和无定形 Ａｌ２ Ｏ３ 等
离子水水固比为 ３０％ ꎻ经查阅文献ꎬ笔者设置
态的 晶 体 被 断 裂 分 解ꎬ 促 使 无 定 型 的 α￣石
ｒｉｇｈｔ ｂｙ １０ ~ ３０ ｃｍ － １ ꎬｆｏｒｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ ｂｏｎｄｓ. ＳＥＭ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｋａｌｉ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ
收稿日期:２０２１ － １１ － １５
基金项目:国家自然科学基金项目(５１９０８３７８) ꎻ沈阳市重点研发计划项目( Ｚ１９ － ４ － ０１１)
１ 试 验
达 ３２７ ＭＰａꎬ 抗 剪 强 度 达 １４ ＭＰａꎮ 王 玉 江
等 [７] 以经煅烧的黏土作为原料ꎬ选用 Ｎａ２ Ｏ
作为碱性激发剂ꎬ制备的地聚合物 ２８ ｄ 抗压
强度最高值能够到 １０６ ＭＰａꎮ 王爱国等
[８]
１ １ 原材料
煤矸石取自辽宁省铁法煤业(集团) 有限
选
责任公司ꎬ砖红色ꎬ主要成分包括石英、方解石、
ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ. Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ
干粉激发煤矸石基地质聚合物的性能研究
Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｙ， ｔ Ｆ ｕ ｘ ｉ ｎ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ １ ２ ３ ０ ０ ０ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｓ ｏ ｄｉ ｕ ｍ ｈ ｙｄ ｒ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｉ ｕ ｍ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎａ ｔ ｅ ｐ ｏ ｗｄｅ ｒ ｗａ ｓ ｍｉ ｘ ｅ ｄ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｈｅ ｒ ｔ ｏ ｐｒ ｏｄ ｕ ｃ ｅ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｙ ｐ ｏ ｗｄ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｏ ｒ ．Ｇｅ ｏ ｐ ｏ ｌ ｙｍｅ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎｔ ｉ ｎｇ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｗａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｎｇ ｕ ｅ ，ｆ ｌｙ ａ ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｄ ｒ ｙ ｐ ｏ ｗｄ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｏ ｒ ． Ｃｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ｄ ｙ ｒ ｐ ｏ ｗｄ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖａ ｔ ｏ ｒ ，ｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ， ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅ ｄ ．Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｏ ｓ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｏ ｄ ｉ ｕ ｍ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｘｉ ｄ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ．
Ｚ ｈａ ｎ ｇ Ｄａ ｎｉ ｒ ｎ ｇ Ｒｅ ｎ Ｆｅ ｎ ｇ ｙ ｕ
自燃煤矸石地质聚合物配体优化研究
自燃煤矸石地质聚合物配体优化研究摘要：地质聚合物作为一种新型绿色胶凝材料，由于其具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀、耐高温等诸多特性，且多种富含活性硅铝成分的固体废弃物，如矿渣、粉煤灰和煤矸石等均可作为地质聚合物的主要原料，实现“灰色”水泥向“绿色”的转变，因此备受关注，已经成为研究热点。
本文以大宗固体废弃物煤矸石、矿渣和粉煤灰为主要原材料，采用碱激活的方式制备地质聚合物，重点研究碱激活配体的优化。
首先进行激发剂品种、激发剂掺量和水玻璃模数三因素、四水平的正交试验，研究三因素对自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度的影响及规律，以此确定激发剂品种、水玻璃模数以及较优的配体参数取值范围。
试验结果表明：自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物最优的配合比为水玻璃模数为1.0，配体掺量20%。
激发剂品种对自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物胶砂强度影响最大，水玻璃模数和配体掺量对胶砂强度的影响也比较显著。
配体掺量对地质聚合物的工作性影响最大。
关键词：自燃煤矸石；地质聚合物；正交设计一、试验方案本试验采用机械和化学的激活方式对自燃煤矸石进行复合激活。
选择正交试验设计，根据前期的试配结果最终选取三个影响因素，分别为水玻璃模数、激发剂掺量和激发剂种类。
每个因素分别选取了四个水平，水玻璃模数分别为1.0、1.5、2.0和2.2；激发剂掺量分别选取10%、15%、20%和25%，其中激发剂掺量为占胶凝材料的百分比；激发剂种类选取水玻璃、水玻璃和氢氧化钾、水玻璃和碳酸钠、水玻璃和硫酸钠；因素水平表见表1。
根据试验因素选用L16（45）正交表。
试验选取自燃煤矸石、矿渣、粉煤灰为主体材料，自燃煤矸石：矿渣：粉煤灰=50：30：20，灰质量为450g，试验灰砂比为1：3，液固比为0.5，标准砂质量为1350，液体为225g。
试件尺寸为40mm×40mm×160mm。
将制备的试块养护至龄期，分别测出16组水泥胶砂试块3d、28d的抗折和抗压强度，对所得数据进行极差、方差，判断出每个因素对强度的影响规律和显著性，选出最优范围。
煤矸石在地质聚合物制备中的应用
煤矸石在地质聚合物制备中的应用陶莹;顾路;谭天禹;姜震【摘要】The paper expounds the resource utilization of coal gangue , and the usage of coal gangue on the field of preparing geopolyer including the process flow , preparition condition and properties , moreover, also analyses the existed problems of coal gangue -based geppolyer.%阐述了煤矸石的资源化利用现状，煤矸石在地质聚合物制备中的应用进展，包括煤矸石基地质聚合物制备的工艺流程、制备条件和性能研究，并对煤矸石基地质聚合物制备中存在的问题进行了分析。
【期刊名称】《辽宁科技学院学报》【年(卷),期】2016(018)003【总页数】3页(P13-15)【关键词】煤矸石;地质聚合物;工艺流程;耐久性【作者】陶莹;顾路;谭天禹;姜震【作者单位】辽宁科技学院冶金工程学院，辽宁本溪117004;辽宁科技学院资源与土木工程学院，辽宁本溪117004;辽宁科技学院冶金工程学院，辽宁本溪117004;辽宁科技学院冶金工程学院，辽宁本溪117004【正文语种】中文【中图分类】TD985煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中产生的主要工业固体废弃物，排放量约占煤炭总产量的10%～15%。
随着煤炭资源的不断开采与利用，截至目前煤矸石的堆积量已超过50亿吨，并以3～3.5亿吨/年的速度不断增长〔1〕。
煤矸石的大量堆积不仅造成严重的大气、水体及土壤污染，而且也会发生矸石山坍塌、滑坡和泥石流等灾害，而处理煤矸石的最主要途径就是对其进行资源化利用。
目前，地质聚合物的制备原料已从早期的高岭土发展到现在的粉煤灰、矿渣等，而利用煤矸石为原料制备地质聚合物的相关研究正处于起步阶段，具有极大的发展空间和应用潜力。
煤矸石地质聚合物
煤矸石地质聚合物摘要：硅酸盐水泥的生产和应用至今已有近200年的历史，并且已成为世界范围内最大宗的工业产品，同时也为全人类的社会经济发展奠定了雄厚的物质基础。
但是硅酸盐水泥的生产伴随着大量的资源和能源消耗和CO2：等废气物的排放，因而面临着可持续发展的挑战。
为把水泥工业转变为绿色胶凝材料工业，人们一直对环保节约型水泥品种进行广泛深入的研究。
地质聚合物水泥则是几年来研究的新热点，并且已得到了国内外许多专家、学者的广泛关注。
本文拟对煤矸石地质聚合物的研究和应用进展进行简单介绍．关键词:矿物聚合材料；煤矸石；水泥；Abstract: Production of Portland cement and its application has been nearly 200 years of history, and has become the world's largest range of industrial products, but also for the whole of mankind's social and economic development has laid a solid material Foundation.But the production of Portland cement with a large amount of resources and energy consumption and CO2: exhaust gas emissions, thus faces the challenge of sustainable development.For binder cement industry into green industry, people have been saving of cement varieties to extensive research on environmental protection.Geopolymer cement is the new focus of research over the years, and has been a concern of many experts and scholars at home and abroad.This article intends on geopolymer concrete progress in research and application of coal gangue are described in brief.Keywords: geopolymer；Gangue; Cement;0 引言地质聚合物(Geopolymer)是一种无机聚合铝硅酸盐材料，由法国化学家J．Davidovits 教授于上世纪70年代末发现并命名，国内又称土壤聚合物、地聚物、土聚物、矿物键合材料、矿物聚合材料等。
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煤矸石地质聚合物的制备及研究摘要通过正交试验揭示自燃煤矸石、水玻璃及矿渣掺量对胶结料强度的影响关系。
极差、方差分析显示，各因素影响程度大小顺序为煤矸石掺量>矿渣掺量>水玻璃掺量。
试验结果表明：以阜新高德矿煤矸石、矿渣、粉煤灰为主要原料，水玻璃和氢氧化钾为激发剂，可以制备煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合材料。
且当煤矸石：矿渣：粉煤灰=2:1:1，水玻璃：氢氧化钾=7:3，可以制备出满足42.5强度等级要求的水泥。
本试验不仅拓宽了自燃煤矸石应用领域和掺混合材料硅酸盐水泥的品种，且可消纳大量的煤矸石，缓解堆积造成的环境污染，符合21世纪建材工业节约能源、减少污染、保护环境，且使其向高性能、绿色化等方向发展的先进理念。
关键词自燃煤矸石；正交设计；方差分析；地质聚合物1.引言地质聚合物作为新型绿色胶凝材料，可代替硅酸盐水泥制配出耐腐蚀性强、抗压强度高、凝结速度快的砂浆及混凝土。
因此，被广泛应用于新型建筑材料、早强胶凝材料、替代金属陶瓷的高强结构材料。
我国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家。
煤炭的开采导致大量煤矸石的堆积，占用耕地的增大，环境污染的越发严重，而且大多煤矸石含有粘土类矿物，具有和粘土相似的化学成分，若对其进行煅烧，可制得具有火山灰活性的煅烧煤矸石，能够作为地质聚合物的原料。
以煤矸石为原材料制备地质聚合物是对固体废弃物资源化的利用。
因此，针对我国丰富的原材料和设备条件，对煤矸石地质聚合物的制备工艺、形成机理等方面进行深入系统的研究，不但具有较高的学术价值，而且必将对我国的经济建设产生深远而有意的影响。
2.试验原材料（1）自燃煤矸石本试验所选用的煤矸石为辽宁省阜新市高德矿的自燃煤矸石，密度2.77g/cm3，比表面积为925m2/Kg，粒度分布见图1。
化学成分分析见表1。
图1 自燃煤矸石粉筛分析曲线Fig1 The sieve analysis curve of spontaneous coal gangue powder表1 自燃煤矸石的化学成分Tab1 Chemical composition of spontaneous combustion of coal gangue（2）粉煤灰本试验采用的是阜新发电厂I级粉煤灰，密度为 2.6g/cm3，比表面积为1100m2/kg，化学成分见表2。
表2 阜新粉煤灰的主要化学成分／%Tab2 Chemical composition of fly ash in Fuxin／%（3）矿渣本试验采用的水淬高炉矿渣再磨细，化学成分见表3。
表3 矿渣的主要化学成分／%Tab3 Chemical composition of slag／%（4）激发剂1）水玻璃本试验采用钠基水玻璃，工业纯，颜色为半透明液体，水玻璃模数为2.2，浓度为40%。
2）氢氧化钾本试验选用的氢氧化钾为纯度为88%的化学试剂，常温下是片状晶体。
（5）标准砂按照GB/T17671—1999，选用厦门艾思欧标准砂有限公司生产的中国ISO 标准砂，每袋净含量为1350g。
3.试验过程3.1试验方法本试验采用复合激活的方法对自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物进行激活。
选择自燃煤矸石、水玻璃、矿渣的掺量作为正交设计的三个因素，安排三因素、四水平组织试验，各影响因素水平表见4，由于在方差分析中需要空列计算误差，故选择了L16(45)的正交设计表，试验配合比见表5。
测出水泥胶砂3d、28d的抗折和抗压强度，并对数据进行极差和方差分析，判断各因素对强度的影响规律及显著性，选择最优配合比。
并参照《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》GB1344-1999的规定要求，最终确定自燃煤矸石地质聚合物可以达到的强度等级。
试验过程严格执行GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)，胶凝材料总量450g、标准砂1350g、水225ml，试件尺寸：40mm ×40mm ×160mm 立方体。
试件成型后在室温下养护243h脱模，由于自燃煤矸石需在激发剂作用下才发生二次反应，因此胶结料前期强度较低，所以前期试件最好放在养护架上养护，避免过早与水接触，本试验试件采取的是自然养护。
表4 因素水平表Tab4 The table of factor and level注：A、C掺量占胶凝材料的百分比；B占激发剂掺量的百分比（激发剂掺量固定为胶凝材料的15%，即67.5g）。
表5 自燃煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合物试验配合比/gTab5 Spontaneous combustion coal gangue- slag-Fly Ash Geopolymer test mix proportion /g注：通过掺入NaOH将模数为2.2的水玻璃调整为1.5。
如：第一组激发剂配合比为：水玻璃：KOH=9:1，模数为1.5的水玻璃掺量为67.5×90%=61g，KOH 掺量为67.5×10%=6.8g。
3.2 试验结果与分析表6 L16(45) 自燃煤矸石地质聚合材料胶砂强度试验结果Tab6 The test results of mortar strength on L16(45) spontaneous combustion coal gangue geological polymer3.2.1 正交试验极差分析对正交试验结果进行极差分析，结果见表7。
由表7可知：各因素对胶砂强度影响程度大小顺序为煤矸石掺量>矿渣掺量>水玻璃掺量。
胶砂强度最大的最优配合比是：煤矸石：矿渣：粉煤灰=2:1:1，水玻璃：氢氧化钾=7:3（激发剂掺量占胶凝材料的15%）。
表7 正交试验极差分析表Tab7 Range analysis table of orthogonal test图2 各因素对3d胶砂抗折强度影响曲线图3 各因素对3d胶砂抗压强度影响曲线Fig2 The effect curve of various factors onFig3 The effect curve of various factors on 3d flexural strength of mortar 3d compressive strength of mortar图4各因素对28d胶砂抗折强度影响曲线图5各因素对28d胶砂抗压强度影响曲线Fig4 The effect curve of various factors on Fig5 The effect curve of various factors on28d flexural strength of mortar 28d compressive strength of mortar3.2.2正交试验方差分析对试验结果进行方差分析，结果见表8。
可见，因素A影响极显著，因素C 有一定影响，因素B影响不明显。
表8 正交试验方差分析表Tab8Range analysis table of orthogonal test注3）：Q为试验误差；“**”为特别显著，“*”为显著，“（*）”为有影响。
3.2.3强度影响分析（1）最优强度分析图6 煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合材料图7煤矸石-矿渣-粉煤灰地质聚合材料胶砂3d、28d抗折强度曲线胶砂3d、28d抗压强度曲线Fig6 The curve about 3d、28d flexural Fig7 The curve of 3d、28d compressivestrength of mortar on coal gangue - slag-flystrength of mortar about coal gangue-ash geological polymeric materialsslag-fly ash geological polymeric materials图8 不同配合比3d/28d胶砂抗折强度柱状图图9 不同配合比3d/28d胶砂抗压强度柱状图Fig8 The histogram of 3d/28d flexural strength Fig9 The histogram of 3d/28d compressive strength of mortar with different ratio ofmortar with different ratio为了便于分析，绘制了不同配合比下3d、28d两个龄期胶砂抗折强度柱形图及散点图。
从图中可知，3d第1、2、3和6组抗折强度较高，其中第2组最高，抗折强度达到6.0MPa。
其次是4、5、10和11组，也都保持在3.0MPa以上；28d 龄期第3、4、5、6和11组抗折强度较高，其中第三组最高，抗折强度达到7.2MPa。
1、2、7、8、9、10和12组，抗折强度也都保持在4.0MPa以上。
另外，第二组抗折强度出现了明显的回缩现象。
综合考虑到胶砂抗折强度的发展趋势，第三组无论是3d的前期强度5.29MPa，还是28d的7.2 MPa，都达到了令人满意的效果。
这组正是正交试验极差分析中的最佳配合比。
从图9中可以看出，第二组3d抗压强度最高，达到43.2MPa，其次为第三组，达到37.9MPa。
第四组28d抗压强度最高，达到43.07MPa，其次为第三组，抗压强度达到42.73MPa。
从图3.26中可以看出，第二组抗压强度同样出现回缩现象，第四组28d抗压强度达到最高，但是3d抗压强度相对较低。
综合考虑胶砂抗压强度随龄期发展的趋势，抗压强度最优配合比仍为第三组。
（2）自燃煤矸石地质聚合材料强度影响因素分析1）通过正交试验研究三个不同影响因素对自燃煤矸石地质聚合材料胶砂抗折、抗压强度的影响规律。
从图8、图9中可以看出，随煤矸石掺量的递增，胶砂强度呈现出递减的趋势，当煤矸石掺量超过65%时，抗折、抗压强度的递减趋势表现的更明显。
因此，煤矸石掺量最好控制在65%以下；矿渣和水玻璃掺量对强度有一定影响，二者存在一个最佳值。
即：煤矸石掺量50%、水玻璃掺量10.5%（15%×70%）、矿渣掺量25%时，自燃煤矸石地质聚合材料的胶砂强度最高。
2）第二组抗折、抗压强度都出现了明显的回缩现象，第一组也出现了类似现象，只是第二组表现的更明显。
课题组认为造成此现象的主要原因是：在硅铝酸盐聚合反应中，非晶相在强碱反应下发生溶解，形成富含硅、铝酸低聚体，这些低聚体进一步发生缩聚反应形成离子团，最终形成网状结构。
激发剂激发是一个定量反应的化学过程，合适的加碱量是保证强度的关键因素。
碱浓度过低，不能有效激发材料的活性；碱浓度过高，富余的Na2SiO3会在养护过程中获得结晶水形成Na2SiO3·9H2O，对材料形成潜在威胁。