离子固化剂固化煤矸石粉作用机理

摘要

现存有大量煤矸石危害环境,为高效规模化利用煤矸石,课题组研发了煤矸石专用离子型固化剂(ICG)。以阜新新邱矿区高值精选后的煤矸石粉为研究对象,采用不同掺量的离子固化剂(0,2,4 L/m^(3))进行固化处理,开展热重试验(TG),通过TG-DTG-DTA联合法对吸附水类型和脱附区间以及质量占比情况进行了分析,采用X射线衍射(XRD)与压汞试验(MIP),分析了不同孔径的孔隙结构特征,以及基于压汞试验数据,对孔隙分形特征进行分析,通过扫描电子显微镜和X射线能谱点扫联合测定法(SEM-EDS),观测固化后煤矸石粉表面形貌特征及表面元素的演变,运用氯化钡缓冲溶液法和电感耦合等离子体发射光谱联合试验(ICP-OES)对阳离子交换量(CEC)及交换种类进行探究。此外,通过吸附水特性和孔隙特征以及阳离子交换量对ICG固化煤矸石粉作用机理进行探究。试验结果表明:固化后煤矸石矿物胶体表面和层间的一部分弱阳离子被ICG水溶液中电离出的的强阳离子和强阳离子基团交换,表面空缺的负电荷被ICG中强阳离子吸附中和,表面负电荷的静电引力减弱,另一部分弱阳离子被ICG中烷基磺酸根的磺基以离子键形式结合,导致阳离子交换量减少,疏水端烷基朝外,减少阳离子的水合作用,减弱材料的亲水性能,进而减少表面结合水的含量,在相同外力作用下固化后煤矸石粉的孔径和孔隙体积更小、孔隙率降低、孔隙结构更加简单,密实度更大。