文摘

循环流化床燃烧室(CFBC)脱硫渣是一种废渣排放来自煤电厂。在这篇文章中,膨胀特性和抗压强度的迫击炮包含CFBC脱硫渣进行评估,经过机械研磨时间、添加剂的数量,和化学激活。线性膨胀率和抗压强度之间的相关性。cement-slag胶凝体系的水化产物进行了分析,x射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)。结果表明,机械磨削可以增加扩张和包含CFBC脱硫渣混凝土的抗压强度,抗压强度和线性扩张可以协调发展。而增加的精脱硫渣、线性膨胀率增加,抗压强度达到最大时是30%。温和的硫酸钠作为激活剂既能促进抗压强度,提高迫击炮的扩张。

1。介绍

2012年,煤炭约占30%的主要能源,扮演了一个角色在世界上41%的发电。作为世界上的煤炭消耗量最大的国家,中国在2013年消耗29.43亿吨标准煤,占全球总量的一半以上。据估计,全球煤炭消费量将增加超过50%,相比之下,97%在发展中国家,到2030年(1,2]。循环流化床燃烧室(CFBC)技术是一种环保,高效,清洁燃煤技术,可以使用常见的烟煤、无烟煤、褐煤、泥炭和煤矸石燃料(3- - - - - -6]。在过去二十年里迅速CFBC推广。因为CFBC添加石灰石作为脱硫剂,卸灰和渣CFBC 30%多-40%比煤粉燃烧。他们中的大多数不能利用和直接堆放存储网站,这不仅占用土地,污染环境,还浪费了。CFBC灰和渣的综合利用已引起关注。

CFBC脱硫渣的废渣排放从底部CFBC [7]。CFBC脱硫渣生产在850∼900°C,这是不同于煤粉燃烧灰烬。CFBC脱硫渣的物理和化学性质也不同于煤粉燃烧灰烬(8,9]。以前的研究已经表明CFBC脱硫渣具有火山灰活性,自硬属性,吸水率大,和高可扩展性。卡索含量更高₄和f-CaO导致大体积膨胀,影响产品的属性与CFBC准备脱硫渣,限制了其使用的建筑材料10]。

一些研究人员(9,11,12)进行调查的膨胀特性和机械性能CFBC脱硫渣。他们得出的结论是,扩展性密切相关的内容₃(通常是硬石膏)和f-CaO,机械研磨和化学激活能增加CFBC脱硫渣的力量。然而,CFBC脱硫矿渣来自不同地区或不同类型的煤有不同的化学成分含量,导致重大活动和发展性之间的差距。机械研磨,特别是超细磨,可以提高脱硫渣的活动,但磨在扩张的影响机制还不清楚。使用硫酸等化学活化剂和其他材料可以提高脱硫渣的活动但增加体积膨胀。后期水化的扩张可能导致强度降低甚至消除了(13- - - - - -15]。此外,有很少的研究报告CFBC脱硫渣在砂浆或混凝土作为一种添加剂。有必要研究脱硫渣作为添加剂,以验证的可能性CFBC脱硫渣作为砂浆或混凝土添加剂。

摘要迫击炮含CFBC脱硫渣的准备,迫击炮的线性膨胀率和抗压强度进行了测试,磨时间的影响机制,CFBC脱硫渣和硫酸钠的扩张特性,被调查的迫击炮和抗压强度,此外,扩张特征之间的相关性和砂浆的抗压强度进行了分析。

2。实验

2.1。材料和样品制备

生CFBC脱硫渣从Pingshuo煤矸石电厂在中国山西省。它是由一个标准的地面球磨13分钟,25分钟,39分钟,55分钟和72分钟,分别。磨后,样品被通过一个80μ方孔筛。样本标记为T1、T2、T3、T4, T5,然后在这个实验中使用。CFBC脱硫渣的物理和化学性质是由陆军研究实验室的9800 xp + x射线荧光(XRD),结果在表1和图1。

的比表面积和粒度分布CFBC脱硫渣在不同研磨时间测试使用HELOS-RODOS (Clausthal-Zellerfeld Sympatec GmbH Co。, Ltd .,德国),如表所示2。微分和累积粒度分布曲线如图2。随着研磨时间的增加,比表面积也增加。然而,当时间超过55分钟和粉磨地面直到72分钟,比表面积减小。这是由于“聚集”现象(16]。

生渣和地面矿渣的形态是由场发射扫描电子显微镜(FE-SEM,日立S4800),如图3。通过扫描电子显微镜(SEM)观察,它可以观察到表面的原始脱硫渣松散多孔。虽然粉碎后的颗粒尺寸变得越来越小,表面仍然是松散和多孔15,16]。

阿宝42.5年级的水泥Chihoi水泥厂被用在这个实验。细集料是中国ISO标准砂,由厦门ISO标准砂有限公司有限公司固体硫酸钠是由天津Guangfu科技发展有限公司有限公司Polycarboxylate强塑剂用作减剂。

2.2。混合比例的迫击炮

迫击炮的混合比例如表所示3。胶结材料包括水泥和地面CFBC脱硫渣。胶结材料和标准砂的比例是1:2(质量比),water-to-binder比(W / B)为0.3,与地面矿渣使用从T1 T5。地面脱硫渣的用量分别为10%,20%,30%,40%,胶结材料总数的50%。硫酸钠用量的1%,1.5%,胶结材料总数的2%。13个类型的迫击炮(SJ1∼SJ13)创建,指JC / T 603 - 2004,“标准测试方法对砂浆的干缩。”

2.3。测试方法

砂浆抗压强度的测试根据中国标准GBT 17671 - 1999,“水泥砂浆的强度检验方法(ISO方法)。“标本放入一个标准养护箱后浇注。模具被24小时后在水中,然后治愈。

线性膨胀率测试是根据中国行业标准JC / T 603 - 2004,“标准测试方法砂浆的干缩。“养护条件与抗压强度相同标本”。脱模后,标本测量的初始长度值l₀在任何年龄和长度值测量 。表达式可以用来计算砂浆的线性膨胀率在每个时代。

矿物成分和水分的产品被确定通过x射线衍射(XRD)使用D / max-RB x射线衍射系统(日本Rigaku公司,日本东京)。水化产品检测到使用扫描电镜的微观结构(日立S4800;日立、日本东京)。

3所示。结果与讨论

3.1。在迫击炮的影响研磨时间

迫击炮的线性膨胀率曲线具有不同研磨时间如图4。迫击炮的线性膨胀率有很大的波动。切除模具后,有一段时间的扩张或收缩控制从第一个7天至14天。14天之后,迫击炮继续扩大或缩小,成为稳定后28天。SP1显示收缩特性,而SP2, SP3, SP4, SP5显示扩张的特征。矿渣磨时间越长,砂浆的线性膨胀率越大。

无水石膏和f-CaO脱硫渣的存在是迫击炮扩大的主要原因。接触水,无水石膏生产石膏和f-CaO产生Ca(哦)₂,然后,继续反应形成钙矾石水化产品。这些反应导致体积膨胀(17- - - - - -19]。在脱硫渣,无水石膏由f-CaO包裹。一方面,磨削可以增加f-CaO,提高碱度的内容,这将有助于产生Ca(哦)₂,加快硬石膏的水化;另一方面,磨削可以破坏包装结构和硬石膏,这将有助于生产石膏。研磨时间越长,越硬石膏和f-CaO将。因此,线性膨胀率越大。

混凝土的抗压强度与不同研磨时间图所示5。虽然治疗年龄的增加,混凝土的抗压强度包含脱硫渣各种研磨时间都会增加。在每个时代,研磨时间越长,抗压强度越大。

脱硫渣的水化产物主要是硅酸钙水合物(C-S-H)凝胶水化铝酸钙,石膏,氢化钙,钙矾石,等。其中,C-S-H凝胶和钙矾石是主要的材料形成胶结系统力量。磨削可以增加脱硫渣的表面积,提高活动的SiO等活性成分₂和艾尔₂O₃,使水化过程快20.]。研磨时间越长,更快、更好的水化将,C-S-H凝胶和钙矾石的生产规模也更大。同时,硬石膏水化的也快,可以填补空隙,提高强度。

相关曲线的线性膨胀率和抗压强度下不同研磨时间的脱硫渣28 d年龄如图6。迫击炮的线性膨胀率和抗压强度增加而增加研磨时间。所以我们可以得出这样的结论:线性膨胀率呈正相关,不同研磨时间下的抗压强度。这表明机械磨削可以改善线性膨胀率和抗压强度的迫击炮、抗压强度和线性扩张可以协调发展。

迫击炮的XRD模式在不同年龄与不同研磨时间数据所示7和8。我们可以发现,随着研磨时间的增加,x射线衍射峰强度的Ca(哦)₂石膏在3 d年龄差别不大,而x射线衍射峰强度的Ca(哦)₂减少,和x射线衍射峰强度石膏在28 d年龄增加。这表明研磨时间越长,越快和更大的Ca(哦)₂与其他物质反应,无水石膏水合物,然后,C-S-H凝胶和钙矾石的生产规模也更大。这是脱硫渣的原因再研磨时间会导致更大的体积膨胀和更大的抗压强度。通过SEM,我们可以发现有大量的六角板Ca(哦)₂在SJ1和大量的棍棒状的石膏在SJ5 28 d年龄,如图9。

3.2。影响脱硫渣量的迫击炮

如图10,与SJ6相比,SJ1∼SJ5包含精脱硫渣显示明显扩张的特征。标本集中释放扩张了7天,然后收缩从7天到14天,在那之后,继续扩大,基本上稳定后28天。线性膨胀率密切相关的精脱硫渣。线性膨胀率增加的精脱硫渣,这显示了正相关。这是因为,精脱硫渣量越大,越组件,如无水石膏和f-CaO扩张,然后膨胀率越大。

从图可以看出11所有的抗压强度SJ1∼SJ5在3 d年龄减少精脱硫渣时补充道。精脱硫渣量越大,越大下降。在7 d的年龄,SJ3的抗压强度的内容SJ6高于30%。SJ9的抗压强度和SJ10也显著增加,这与SJ6减少差距。在28 d年纪,SJ3收益最高的抗压强度,比SJ6 SJ9也收益更高的抗压强度,SJ10最低的抗压强度,但与SJ6相比仅下降4.8%。结果表明,精脱硫渣对早期强度有负面影响的迫击炮。发生更大的不利影响更大数量的添加剂。与此同时,精脱硫渣可以促进增长速度迫击炮的后期抗压强度,抗压强度可以提出合理的精脱硫渣。

精脱硫渣包含SiO等活性成分₂,艾尔。₂O₃和曹。机械研磨后的活动进一步提高(21),所以渣具有良好的活动。但罚款脱硫渣也含有无水石膏,水合物慢慢在早期的年龄。所以它比水泥水化、硬化慢在早期时代(22- - - - - -24]。因此,在早期的年龄,精脱硫渣量越高,活性越低,硬化速度越慢,强度越低。虽然治疗年龄继续增加,产生更多的硬石膏水合物和石膏。石膏可以继续与Ca (OH)反应₂和水化铝酸钙,然后生成钙矾石。钙矾石可以填补毛孔和提高迫击炮的密实度25),所以抗压强度迅速增加。但是过多的精脱硫渣会导致伟大的扩张和硬石膏不能完全水合物,降低砂浆的抗压强度。所以存在一个合理的精脱硫渣。量为30%时,抗压强度在7 d时代和28 d时代获得最大抗压强度。

如图12在3 d时代,与脱硫渣的量的增加,迫击炮的线性膨胀率逐渐增加,而混凝土的抗压强度降低。线性膨胀率和抗压强度负相关。7 d和28岁的d,增加脱硫渣量的线性膨胀率逐渐增加,但抗压强度逐渐增加只有当金额20%∼30%。它表明扩张和抗压强度的迫击炮在协调发展只有当金额20%∼30%。量为30%时,抗压强度达到最大值。

如图13在3 d时代,石膏的衍射峰强度随数量的增加,而Ca(哦)₂不是非常不同。这表明,在早期的年龄,脱硫渣的数量越高,越无水石膏溶解,石膏。Ca(哦)₂由氧化钙和Ca(哦)₂参与水化反应几乎是平等的。如图14在28 d年龄,数量的增加,衍射峰强度的Ca(哦)₂是越来越小,而石膏的衍射峰强度越来越大。这表明金额越高,越Ca(哦)₂消耗,更无水石膏水化石膏,这意味着C-S-H和钙矾石的生产规模也更大。

当脱硫渣的数量太多,硬石膏不能完全水合物。如图15可以发现,大量块状无水石膏,这意味着仍存在未水化硬石膏。图15SJ10还显示不存在裂缝,表明扩张没有造成损坏标本。

3.3。硫酸钠在迫击炮的影响

如图16、线性膨胀率SP11 SP12, SP13大于SP3。硫酸钠量越大,线性膨胀率越大。这表明硫酸钠可以提高迫击炮的扩张。可以看到从图17,硫酸钠还可以提高砂浆的抗压强度,特别是早期抗压强度。如图18,硫酸钠的量的增加,线性膨胀率和抗压强度均增加,这意味着线性膨胀率和抗压强度在不同数量的硫酸钠呈正相关。我们可以得出结论,线性扩张和抗压强度可以开发配合添加硫酸钠。

脱硫渣包含₃在无水石膏的一种形式,和硬石膏水合物非常缓慢26- - - - - -29日]。研究表明,碱和硫酸可以改善改性脱硫灰的活性(30.,31日]。在这项工作中,我们使用硫酸钠作为催化剂。

之前的研究表明,适量硫酸钠可以提高早期硬石膏水化速率及其设置和硬化速度大大增加,但它几乎没有对后期的影响(32]。无水石膏水合物石膏,然后生成钙矾石,所有会导致体积膨胀。所以灰浆的线性膨胀率增加。硫酸钠还可以提高砂浆的早期抗压强度,因为生产更多的钙矾石。

如数据所示19和20.,没有硫酸钠与砂浆相比,Ca (OH)的衍射强度₂和石膏是弱的,而钙矾石更强的衍射强度的砂浆1.5%硫酸钠。这表明水化消耗更多的Ca(哦)₂石膏和产生更多的钙矾石。因此,混凝土的抗压强度和膨胀率都提高了。通过SEM,如图21,大量的棍棒状的针状钙矾石和石膏砂浆中发现1.5%的硫酸钠在3 d时代。

4所示。结论

在这个工作中,一系列的迫击炮含地面在循环流化床燃烧脱硫渣的准备。线性膨胀率和抗压强度进行测试来评估扩张特性和力学性能。XRD和SEM是用于验证机理分析以及线性膨胀率和抗压强度的测试。根据调查可以得出几个结论;他们如下:

机械磨可以改善线性膨胀率和抗压强度的迫击炮。研磨时间越长,线性膨胀率和抗压强度越大。线性膨胀率呈正相关,抗压强度在不同研磨时间。

线性膨胀率增加的精脱硫渣。在3 d时代,所有的抗压强度SJ1∼SJ5添加精脱硫渣下降。线性膨胀率和抗压强度负相关。年龄在28 d,抗压强度逐渐增加只有当金额20%∼30%,和砂浆有30%涨幅最高的抗压强度。存在一个合理的精脱硫渣对砂浆的抗压强度。

硫酸钠积极激励影响水化与适量的无水石膏脱硫渣,可促进抗压强度,提高迫击炮的扩张。用硫酸钠的量的增加,线性膨胀率和抗压强度均增加,他们表现出正相关。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财务支持的山西省研究生教育创新项目(没有。2016163)和山西省科学基础研究项目(没有。201601 d202048)。

补充材料

补充材料包括图像(图S1)的线性膨胀率和抗压强度测试,以及抗压强度的原始数据表(S1)和线性膨胀率(表S2)的迫击炮。(补充材料)