2025《煤矸石制备地质聚合物实验研究》开题报告文献综述7000字.docVIP

开题报告

题目

煤矸石制备地质聚合物实验研究

选题类型

一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况,说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：

（一）选题目的、意义

煤炭作为我国主体能源，也是重要工业原料之一，近年来，伴随我国能源需求日益增加，煤炭产量持续增长,2021年煤炭产量达到41.3亿吨，为历史最高水平。煤炭产量不断提高，势必造成煤及其伴生资源被大量采出，并以煤矸石为主要伴生岩石开采煤炭，占煤炭产量10~15%，累计堆存超过70亿吨，并仍然保持着3~3.5亿吨的年增长率，已形成矸石山1700多座，面积20多万亩。大宗煤矸石固废既浪费了土地资源，也容易出现煤矸石山的自燃现象、爆炸乃至滑坡的灾害事故，排放有毒有害气体，污染空气环境等，煤矸石重金属元素被雨水淋溶和地表水淋溶、地下水在土壤中的长时间浸泡和排放、水环境对生态的威胁，并且可通过生物蓄积方式对人类健康造成危害。有效地控制煤矸石对环境的污染是当务之急，煤矸石处置与利用的研究，历来受到学者们的重视。

煤矸石资源化、以无害化利用为主要途径，对煤矸石进行处理和利用。当前以能源燃料为重点、建筑材料的配制、化工产品和元素提取，土壤调节等、矿井充填等等。2019年国家科技部重点研发计划“固废资源化”项目指南设立了“大宗铝硅酸盐无机固废物相重构与转化利用科学基础、大宗工业固废协同制备低成本胶凝材料及应用技术”等项目。2020年我国颁布《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》提出“国家鼓励采取先进工艺对尾矿、煤矸石、废石等矿业固体废物进行综合利用”。这些计划与工程为煤矸石资源化利用指出了方向，其中，对胶凝材料进行研究就是一个热门方向。2021年中国煤炭工业协会印发《煤炭工业“十四五”科技发展指导意见》指出“以煤矸石、尾煤、粉煤灰等大宗固废资源多元化利用为对象，建设矿区固废资源利用示范工程，主要研究矿区大宗固废资源化及协同处置技术，高效低成本煤矸石充填置换技术，扩大矿井充填材料来源，拓宽其它大宗固废的处置途径。

煤矸石的主要化学成分是二氧化硅（SiO2）和三氧化二铝（Al2O3），是硅铝质矿物的极好原材料。当前大规模使用井下充填多集中在物理特性方面，例如，散体煤矸石充填材料压实力学特征和胶结充填材料骨料比例研究，对煤矸石各成分物理，化学特性的开发和利用很少。地质聚合物，是指可以用硅铝质矿物原料和碱性或者酸性溶液，在室温下配制而成的一类无机聚合物材料，它具有优异的胶凝性和高强度，快硬，耐酸碱等特点、耐高温等特点。原料除了天然矿物高岭石以外，已经延伸到各种工业副产品中，例如矿渣，粉煤灰，赤泥和废玻璃，目前，以偏高岭土为主、矿渣及粉煤灰基地质聚合物。硅铝酸盐矿物的性质是上述原料在地质聚合物合成中应用的主要因素。煤矸石中硅铝质矿物含量丰富，使得它在地质聚合物领域中有着潜在利用价值，与当前应用较为广泛高能耗水泥胶凝材料相比较，在矿井充填中应用新型绿色全煤矸石基材料，则有较大的优越性。

煤矸石固废资源化利用及污染防治技术在“十四五”中国煤炭工业科技创新中占有重要地位，迫切需要针对煤矸石固废的特点进行清洁利用与污染协同控制技术研究。通过研究可对地质聚合反应的相关理论进行革新，构建了活化煤矸石基地质聚合工艺基础理论体系，进一步发展煤矸石基材料低碳清洁利用技术与方法，实现了绿色胶凝新材料在矿井充填中的应用，有较大学术价值，满足工程应用需求，这对于煤矸石固废绿色化利用，绿色矿山建设具有重要促进作用。

而天然煤矸石中的无机矿物组分主要以稳定的硅铝相矿物（如高岭石等）存在，结构稳定，一般不容易和别的物质起反应。根据偏高岭石基聚合物的反应机理，用机械力磨细煤矸石、经过煅烧或者自燃热活化处理，稳定硅铝相矿物组分得以活化，进一步在常温常压下同碱溶液反应，得到地质聚合物材料。目前人们对煤矸石混合各种工业固废用作地质聚合物原料进行了大量研究，例如掺矿渣，粉煤灰等制得力学性能良好的地质聚合物；和热活化污泥、将赤泥和废弃混凝土与其他物质按不同比例混合，制得地质聚合物，等等。这些研究结果集中在对不同混合材料比例的试验研究上，以及不同学者所使用的素材、活化方式和配比方案有很大的不同，煤矸石基地质聚合物性质很难获得规律性结果，且将煤矸石基地质聚合物与煤矸石骨料混合的材料性能及环境友好性分析较少，因此，进一步深入研究煤矸石活化特征及胶凝固结型煤矸石骨料性能具有十分重要的意义。

本论文选择单一煤矸石作为主要的研究对象，分析了煤矸石在机械力活化与热活化作用下活性结构的变化特点，并对活化煤矸石基地质聚合物的制备进行了正交试验，对不同机械力的研磨时间进行了分析、碱溶液模数，固含量和液固比对煤矸石基地质聚合物抗压力学性能影响规律，对不同力学性能煤矸石基地质聚合物宏微观结构特征进行了研究，对煤矸石基地质聚合物胶固化结型煤矸石骨料进