不同产地煤矸石化学性质比较研究.docx

不同产地煤矸石化学性质比较研究 不同产地煤矸石化学性质比较研究 引言 煤矸石是采煤和洗煤过程中产生的固体废物，是一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。在煤炭产出地，尤其是西部地区，煤矸石大量堆积，占用场地且侵蚀环境，对人类生产生活产生了许多不利的影响。多年来，专家学者就煤矸石开发利用问题做了大量研究，如制砖、生产水泥、回收燃烧利热能等，但工艺复杂，对煤矸石要求高且利用量有限。随着西部大开发的进行，高速公路建设飞速发展，若将煤矸石作为路用材料，必将成为其变废为宝的有效途径，可带来显著的经济、社会和生态效益。 通过室内模拟煤矸石的化学风化，测定烧失量等化学指标，并借助XRD分析其化学成分，对各地煤矸石与沥青集料进行了比较，从化学性质层面验证煤矸石的路用可行性。 1煤矸石与沥青集料 1）一号产地煤矸石2）二号产地煤矸石 3）三号产地煤矸石4）沥青集料 图1 试验原材料 表1 原材料的外观 样品 颜色 硬度 形状 光泽 岩性 1号产地煤矸石 黑色 小于小刀 固体且含有较多的粉末 土状光泽 泥质页岩 2号产地煤矸石 黑灰色 小于小刀 固体块状 土状光泽 砂岩 3号产地煤矸石 灰黑色 小于小刀 固体块状 油脂光泽 炭质页岩 沥青集料 灰白色 小于小刀 块状 2室内化学风化试验 2.1化学风化及溶失性作用机理 （1）溶解作用： Al2O3+2OH-1=2AlO2-1+H2O CaO+H2O=Ca(OH)2； CaCO3+ H2O+CO2=Ca+2+2HCO3-1； （2）水化作用：所含矿物本文由收集整理与水结合成水化物，引起体积膨胀，而发生不同程度的化学风化。 2.2溶失性试验 原料粉碎后过筛，粒径在0.6-1.18之间的样品各取三份烘干至恒重，称取各粒料样本200g各两组。第一组编号1-1#，2-1#，3-1#，4-1#；第一组编号1-2#；2-2#，3-2#，4-2#。第一组浸入碳酸钠溶液中（PH=9.5）；第二组放入水中；浸泡7d，每24小时测PH值变化并绘制曲线如图2所示。 图2样本pH值变化曲线 过滤后，样品在高温下干燥，称取浸饱后的质量，计算水溶性: 表2水溶性试验结果 样品 1号产地煤矸石 2号产地煤矸石 3号产地煤矸石 沥青集料 碳酸钠溶液浸泡 9.1 7.8 6.7 4.7 自来水浸泡 6.1 5.1 4.6 2.9 可见，不同产地煤矸石化学性质差异较大；对于化学稳定性， 3号产地煤矸石最好，与沥青集料性质接近；对于溶失性，3号产地煤矸石所得结果最小且与沥青集料较接近，2号煤矸石次之，综上分析，3号产地煤矸石在采取一定措施后可满足路用基层材料的抗风化性能。 3煤矸石的烧失量 煤矸石可能含有残留煤、有机质以及部分软岩，其在长期堆放过程中聚焦热量，可能会发生自然现象，自然后有机质出现灰化或浸水后软化，导致过量的压缩变形与强度降低，因此，应尽量选用烧失量小的煤矸石，避免使用富含残留煤与有机质的煤矸石。 3.1实验结果 表3烧失量计算结果 样品 烧失量（%）： 1号产地煤矸石 2号产地煤矸石 3号产地煤矸石 沥青集料 平均值 26.2 17.3 13.1 9.1 注：式中：X烧失量（%）；mo试料的质量；mn灼烧后试料的质量。 可见，煤矸石的烧失量普遍较小，1号产地煤矸石烧失量最接近集料，最适合用作路基填料。 4化学成分分析 由XRD曲线得到各样品的微量元素含量，并计算出摩尔比（SiO2、Al2O3）。见表4、表5。 表4微量元素含量 成分 As Ba Cd Co Cr Mn Ni Pb Se Sr Zn 1号产地煤矸石 12.2 274.2 0.724 13.95 113.3 164.4 40.5 28.2 77.3 114 103 2号产地煤矸石 6.1 299.7 0.07 14.3 72.4 657.7 28.8 17.1 16.4 140 301 3号产地煤矸石 13.9 402.5 0.16 12.6 58 292.1 19.2 12.5 39.9 114 84.4 沥青集料 4.2 198.5 0.09 13.5 90.1 290 30.2 8.5 5.03 100 98.4 由表4可见，三地煤矸石中重金属的含量均低于国家建筑行业标准限值。 表5样品的摩尔比 样品 1号产地煤矸石 2号产地煤矸石 3号产地煤矸石 沥青集料 摩尔比 1.89 2.88 3.16 6.18 5结语 综上，煤矸石的化学性质离散型较大，但对于如3号产地的煤矸石，化学性质接近沥青集料，经处理可用来制作轻骨料原料，路基填料；对于如1号产地的煤矸石，化学性质与沥青集料差异较