電廠粉煤灰礦山充填膠凝機理研究及水化反應動力學特性.pdf

1、作為金屬礦山地下開采使用最有效、最廣泛的方法之一的充填采礦法，因要消耗大量水泥作為采空區(qū)的充填膠凝材料，造成采礦成本太高，成為地下礦山使用該采礦方法的重大技術(shù)難題之一。而我國火力發(fā)電廠每年排放的工業(yè)固體廢料——粉煤灰上億噸，堆放在地表，嚴重污染環(huán)境。因此開展粉煤灰的綜合利用研究對環(huán)境保護、資源的綜合回收利用具有重要的戰(zhàn)略意義。本文針對粉煤灰因含有潛在膠凝活性，可以開發(fā)成為一種來源廣、價格低廉的充填膠凝材料的特點，進行了較為全面、系統(tǒng)的研

2、究： (1)綜合利用有機化學、膠體化學、熱力學、物相分析等基礎(chǔ)理論，從粉煤灰的物理性質(zhì)、化學成分，活化機理、充填料漿體結(jié)構(gòu)的形成過程，探討了粉煤狄、水泥、尾砂膠結(jié)充填料漿的水化反應機理及用于礦山膠結(jié)充填時作為膠凝劑的可能性； (2)借助于X衍射分析儀及掃描電鏡SEM對充填料和充填體的組成成分及微觀結(jié)構(gòu)進行了觀測分析，揭示了充填體的微觀形態(tài)：它是由尾砂，水化生成物、未水化的粉煤灰顆粒、水及少量的空氣構(gòu)成，是一個固-液-氣的

3、三相多孔體系； (3)粉煤灰的活性可以通過外加劑來激發(fā)，3％石灰、2％石膏和0.5％CaCl2的加入可以明顯地提高粉煤灰的水化活性，從而提高充填體的強度； (4)根據(jù)粉煤灰、水泥、尾砂系統(tǒng)的反應過程特點，建立了粉煤灰、水泥水化反應的物理模型，依據(jù)水化反應物理模型，采用TG、DT、SEM、EDT、XRD等化學分析以及宏觀抗壓強度等方法，結(jié)合硅酸鹽水泥和石灰的有關(guān)水化反應理論，揭示了水泥、粉煤灰、尾砂體系是一個分階段、多層次

4、的水化反應過程； (5)以Ca(OH)2作為膠結(jié)充填砂漿中粉煤灰火山灰反應和水泥熟料水化反應的橋梁建立的水化反應動力學模型，基本上與漿體實際水化反應過程相符；從水化反應動力學模型來看，提高粉煤灰水化反應程度和漿體濃度是提高硬化體強度的關(guān)鍵所在，特別是砂漿濃度從65％提高到70％時，系統(tǒng)的水化反應度提高了25％左右，而粉煤灰的則提高了55％以上；而濃度提高到75％時，則系統(tǒng)水化反應度提高了58％以上，粉煤灰的提高了1.5倍以上；

5、 (6)激發(fā)劑作用下的粉煤灰火山狄反應是階段性的吸收反應，激發(fā)劑的作用是通過離子獨立進行的，OH-和Na+能增強四面體網(wǎng)絡(luò)的解體能力，而Ca2+和SO42-則促進水化產(chǎn)物的形成；粉煤灰對Ca(OH)2的吸收是非平衡吸收，原因一方面在于粉煤灰中的Ca2+溶出，另一方面也與水化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變和水化產(chǎn)物中Ca2+、OH-的含量不同有關(guān)； (7)粉煤灰在礦山膠結(jié)充填中，不僅可以提高充填體強度、改善充填體結(jié)構(gòu)，而且可以降低充填漿體的泌水