固体废弃物处置技术-煤矸石.ppt

第十章第十章 煤系固体废物的处理与利用煤系固体废物的处理与利用第一节第一节 粉煤灰粉煤灰第二节第二节 煤矸石煤矸石第一节第一节 粉煤灰粉煤灰一一 、粉煤灰的形成与排输、粉煤灰的形成与排输粉煤灰粉煤灰:燃煤电厂将煤磨细成燃煤电厂将煤磨细成100u m100u m以下的细粉，用预以下的细粉，用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧热空气喷入炉膛悬浮燃烧,产生高温烟气，经由捕尘装产生高温烟气，经由捕尘装置捕集，就得到粉煤灰，也叫飞灰；占灰渣总量的置捕集，就得到粉煤灰，也叫飞灰；占灰渣总量的80-80-90%;90%;底灰底灰:少量煤粉粒子在燃烧过过程中，由于碰撞黏结成块少量煤粉粒子在燃烧过过程中，由于碰撞黏结成块，沉积于炉底，称为底灰。占灰渣总量，沉积于炉底，称为底灰。占灰渣总量1010一一2020。粉煤灰的组成粉煤灰的组成:由玻璃体、内部结晶体、空心球体、由玻璃体、内部结晶体、空心球体、碎片组成的外碎片组成的外观相近，颗粒较细但并不均匀的多相混合物。观相近，颗粒较细但并不均匀的多相混合物。气压增大气压增大煤粉煤粉13001300熔融液滴熔融液滴膨胀液滴膨胀液滴湍流湍流各种成分各种成分低温段低温段球体球体碎片：冷却过快碎片：冷却过快空心球体：有气体夹裹空心球体：有气体夹裹 内部结晶体：大液滴内部结晶体：大液滴 冷却速度慢冷却速度慢玻璃体：小液滴玻璃体：小液滴 冷却速度快冷却速度快外观相近、颗粒较细、但并不均匀的多相混合物外观相近、颗粒较细、但并不均匀的多相混合物粉煤灰收集：烟气除尘和底灰除渣两个系统。粉煤灰收集：烟气除尘和底灰除渣两个系统。干排是将收集到的飞灰直接输入灰仓。干排是将收集到的飞灰直接输入灰仓。粉煤灰的排输：分湿法和干法排输粉煤灰的排输：分湿法和干法排输湿排是使粉煤灰通过管道和灰桨泵组成的排灰系统，湿排是使粉煤灰通过管道和灰桨泵组成的排灰系统，用高压水力输送到贮灰场或江、河、湖、海。湿用高压水力输送到贮灰场或江、河、湖、海。湿排又分灰渣分排和灰渣混排。排又分灰渣分排和灰渣混排。二、粉煤灰的组成二、粉煤灰的组成（一）粉煤灰的化学组成（一）粉煤灰的化学组成主要由母煤的化学组成和燃烧条件、温度决定，还主要由母煤的化学组成和燃烧条件、温度决定，还受煤粉细度、收集、排灰方法的影响受煤粉细度、收集、排灰方法的影响总的来说，化学成分主要包括：总的来说，化学成分主要包括：SioSio2 2 Al Al2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3 CaOCaO 和未燃烧尽的碳和未燃烧尽的碳化学成分是评价粉煤灰质量的重要技术参数化学成分是评价粉煤灰质量的重要技术参数粉煤灰的烧失量可以反映锅炉燃烧状况，烧失量越粉煤灰的烧失量可以反映锅炉燃烧状况，烧失量越高，粉煤灰质量越差。高，粉煤灰质量越差。SioSio2 2 Al Al2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3的含量直接影响其作为建筑材料的优劣的含量直接影响其作为建筑材料的优劣 高钙灰和低钙灰：高钙灰和低钙灰：CaO CaO（）含量高低，将其区分（）含量高低，将其区分为高钙灰和低钙灰。为高钙灰和低钙灰。我国燃煤电厂基本上是使用烟煤，粉煤灰中我国燃煤电厂基本上是使用烟煤，粉煤灰中caOcaO含量偏含量偏低，属低钙灰，但低，属低钙灰，但AlAl2 2O O3 3 含量一般比较高，烧失量含量一般比较高，烧失量也较高也较高(二二)粉煤灰的矿物组成粉煤灰的矿物组成 1 1粉煤灰的矿物来源粉煤灰的矿物来源母煤组成：铝硅酸盐类铝土矿和氧化硅、黄铁矿、赤母煤组成：铝硅酸盐类铝土矿和氧化硅、黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氮化物铁矿、磁铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氮化物等矿物，而以铝硅酸盐类粘土矿（高岭土页岩矿等矿物，而以铝硅酸盐类粘土矿（高岭土页岩矿形成偏高岭土形成偏高岭土AlAl2 2O O3 3 SioSio2 2 ）和氧化硅为主。）和氧化硅为主。2 2粉煤灰的主要矿物组分粉煤灰的主要矿物组分无定形相无定形相结晶相结晶相玻璃体玻璃体未燃尽的碳粒未燃尽的碳粒5050一一8080，化学内能化学内能化学活性化学活性莫来石、石英、云以、长石等莫来石、石英、云以、长石等、矿物组分对粉煤灰性质的影响、矿物组分对粉煤灰性质的影响 低钙粉煤灰的活性主要取决于无定形玻璃相矿物低钙粉煤灰的活性主要取决于无定形玻璃相矿物所以，从矿物组分来说，低钙灰的玻璃体含量越所以，从矿物组分来说，低钙灰的玻璃体含量越高，粉煤灰的化学活性越好。高，粉煤灰的化学活性越好。高钙粉煤灰中富钙玻璃体含量多，且又有较多的高钙粉煤灰中富钙玻璃体含量多，且又有较多的氧化钙结晶和水泥熟料的一些矿物结晶组分。而高氧化钙结晶和水泥熟料的一些矿物结晶组分。而高钙粉煤灰的化学活性均高于低钙灰，这表明，高钙钙粉煤灰的化学活性均高于低钙灰，这表明，高钙灰的性质既与玻璃相有关，又与结晶相有关。灰的性质既与玻璃相有关，又与结晶相有关。（三（三)粉煤灰的颗粒组成粉煤灰的颗粒组成粉煤灰是由各种大小不一，形貌各异的颗粒组成的。粉煤灰是由各种大小不一，形貌各异的颗粒组成的。1 1球形颗粒球形颗粒 球形颗粗大而光滑，有的圆球上还嵌有前面提球形颗粗大而光滑，有的圆球上还嵌有前面提到的晶体，我国粉煤灰中，此类颗粒含量由到的晶体，我国粉煤灰中，此类颗粒含量由-不等，粒径变化大（几几十不等，粒径变化大（几几十umum），比重和），比重和容重均大，在水中下沉，也称容重均大，在水中下沉，也称“沉珠沉珠”。“沉珠沉珠”依其化学成分，可以分为富钙玻璃微珠依其化学成分，可以分为富钙玻璃微珠和富铁玻璃微珠。前者富集氧化钙，化学活性好；和富铁玻璃微珠。前者富集氧化钙，化学活性好；后者富集了氧化铁，具有磁性，叫做后者富集了氧化铁，具有磁性，叫做“磁珠磁珠”。2 2不规则多孔颗粒不规则多孔颗粒不规则多孔颗粒包括多孔碳粒和多孔铝硅玻璃体不规则多孔颗粒包括多孔碳粒和多孔铝硅玻璃体 (1(1）多孔炭粒：有的呈球状，有的为碎屑，属惰性）多孔炭粒：有的呈球状，有的为碎屑，属惰性组分，比重和容重均小，粒径和比表面积均大，对组分，比重和容重均小，粒径和比表面积均大，对其性能有不良影响。其性能有不良影响。(2)(2)多孔铝硅玻璃体；富有含氧化硅、氧化铝多孔铝硅玻璃体；富有含氧化硅、氧化铝是粉煤灰中含量最多的颗粒（达是粉煤灰中含量最多的颗粒（达7070以上）。以上）。（开放性孔穴，表面蜂窝状；封闭孔穴，内部蜂（开放性孔穴，表面蜂窝状；封闭孔穴，内部蜂窝状窝状“漂珠漂珠”）关于关于“漂珠漂珠”占粉煤灰体积的，重量占粉煤灰体积的，重量-，是一种多，是一种多功能的新材料。功能的新材料。漂珠内封闭气体形成的最佳温度度，氧化铁含漂珠内封闭气体形成的最佳温度度，氧化铁含量关系到漂珠的数量（），冷却速度不能过快。量关系到漂珠的数量（），冷却速度不能过快。（优良的母煤、燃烧温度、冷却速度）（优良的母煤、燃烧温度、冷却速度）（）碎片：结晶矿物颗粒碎片、玻璃体碎片、碎（）碎片：结晶矿物颗粒碎片、玻璃体碎片、碎屑状碳粒屑状碳粒三、粉煤灰的物理性质和品质指标三、粉煤灰的物理性质和品质指标、外观、颜色、外观、颜色外观像水泥，由乳白到灰黑不等（碳）外观像水泥，由乳白到灰黑不等（碳）、比重、容重、比重、容重低钙灰比重低钙灰比重.-.；高钙灰比重；高钙灰比重.-.粉煤灰的松散干容重变化范围为粉煤灰的松散干容重变化范围为600600一一1000kg1000kgm m3 3，压，压实容重为实容重为13001600kg13001600kgm m3 3 3 3、细度、细度粉煤灰的颗粒粒径极限为。大部分在粉煤灰的颗粒粒径极限为。大部分在umum以下以下我国规定以我国规定以45um45um筛余百分数为细度指标筛余百分数为细度指标 4 4需水量比需水量比 在水泥或混凝土中掺入粉煤灰，一般可以降低水泥在水泥或混凝土中掺入粉煤灰，一般可以降低水泥或混凝土的用水量，这是粉煤灰的一个明显的优越或混凝土的用水量，这是粉煤灰的一个明显的优越性。含碳量较高的粉煤灰，则又会明显地增加用水性。含碳量较高的粉煤灰，则又会明显地增加用水量。这个用水量称作粉煤灰的需水量。量。这个用水量称作粉煤灰的需水量。(二二)粉煤灰的品质指标分级粉煤灰的品质指标分级 近年来，国内外提出许多有关粉煤灰的分级方法，其近年来，国内外提出许多有关粉煤灰的分级方法，其依据各不相同。我国依据各不相同。我国19911991年年1010月月1 1日起开始施行的日起开始施行的粉煤灰混凝土应用技术规范粉煤灰混凝土应用技术规范(G(G14690)14690)规定规定了考核粉煤灰品质的三个等级四项指标，见表了考核粉煤灰品质的三个等级四项指标，见表103103。一般情况下，低需水量的粉煤灰测定值为一般情况下，低需水量的粉煤灰测定值为22302230，中等需水量为中等需水量为3030一一4040，高需水量可达，高需水量可达5050一一6060。四、粉煤灰的活性四、粉煤灰的活性、粉煤灰的活性概念、粉煤灰的活性概念 粉煤灰的活性也叫粉煤灰的活性也叫“火山灰活性火山灰活性”。火山灰活性是指。火山灰活性是指火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等天然火山灰类物质火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等天然火山灰类物质所具有的这样一些性能：所具有的这样一些性能：其成分中以其成分中以Si0Si02 2和和A1A1O O为主为主(758(758)，且含有，且含有相当多的玻璃体或其他无定形物质；相当多的玻璃体或其他无定形物质；其本身无水硬性；其本身无水硬性；在潮湿环境，能与在潮湿环境，能与Ca(OH)Ca(OH)等发生反应，生成一系列水等发生反应，生成一系列水化产物化产物凝胶；凝胶；上述水化产物不论在空气中，还是在水中都能硬上述水化产物不论在空气中，还是在水中都能硬化产生明显的强度。化产生明显的强度。(二二)粉煤灰活性的激发粉煤灰活性的激发粉煤灰的活性是潜在的，需用激发剂激发，才能发挥粉煤灰的活性是潜在的，需用激发剂激发，才能发挥出来出来1 1、以石灰和石膏作激发剂的蒸汽养护方法、以石灰和石膏作激发剂的蒸汽养护方法 2 2以石灰和水泥为激发剂的蒸压养护方法以石灰和水泥为激发剂的蒸压养护方法3 3以水泥熟料和石膏为激发剂的常温激发方法以水泥熟料和石膏为激发剂的常温激发方法 (三三)粉煤灰活性的评定粉煤灰活性的评定 1 1石灰吸收法石灰吸收法 此法是将定量粉煤灰浸泡在石灰的饱和溶液内，测此法是将定量粉煤灰浸泡在石灰的饱和溶液内，测定每克粉煤灰在一定时间内的石灰吸收值。通常，定每克粉煤灰在一定时间内的石灰吸收值。通常，石灰吸收值越大，粉煤灰活性越好。石灰吸收值越大，粉煤灰活性越好。适用于低碳细灰但对密实度高、比表面积小的粉煤适用于低碳细灰但对密实度高、比表面积小的粉煤灰颗粒（物理吸附、化学吸附）不适用灰颗粒（物理吸附、化学吸附）不适用 2 2溶出度试验法溶出度试验法 此法主要是用酸或碱处理粉煤灰，将其中可溶此法主要是用酸或碱处理粉煤灰，将其中可溶SioSio2 2 和和AlAl2 2O O3 3 溶出，并测定其溶出量，作为评定粉煤灰活性的指标。溶出，并测定其溶出量，作为评定粉煤灰活性的指标。通常，可溶物越多，扮煤灰活性越好。通常，可溶物越多，扮煤灰活性越好。3 3砂浆强度试验法砂浆强度试验法 此法是在粉煤灰中掺入一定比例的石灰或水泥熟料，此法是在粉煤灰中掺入一定比例的石灰或水泥熟料，磨细到一定比表面积，配成石灰或水泥砂桨，做成一磨细到一定比表面积，配成石灰或水泥砂桨，做成一定尺寸试件、测定试件强度或与对比试件的强度比较，定尺寸试件、测定试件强度或与对比试件的强度比较，作为衡量粉煤灰活性的指标。操作简单活性是反映作为衡量粉煤灰活性的指标。操作简单活性是反映粉煤灰性能的主要指标粉煤灰性能的主要指标四、粉煤灰综合利用情况四、粉煤灰综合利用情况（一）回收碳、铁、氧化铝、空心微珠粉煤灰脱炭可以用浮选法，也可以用电选法。浮选法适用干湿法排放的粉煤灰，此方法是利用粉煤灰煤粒表面亲水性能的差异而将其区分的一种方法。在灰浆中加入捕收剂(如柴油等)，疏水的煤粒被其侵润而吸附在由于搅拌所产生的空气泡上，上升至液面形成矿化泡沫层即为精煤。亲水的粉煤灰粒则被作为尾矿排除。为了使空气泡稳定，还需要往灰浆水中起泡剂(如杂醇油、松尾油、X油等)以减少水的表面张力。粉煤灰选炭浮选流程见图61。电选适用于干法排放的粉煤灰。其原理是利用粉煤灰在高压电场作用下，因灰与炭导电性能不同，而进行分离的方法。粉煤灰是非导体物料(比电阻1010一1012欧厘米)；炭粒是良导体物料(比电阻为104一105欧厘米)。在圆形电晕电场中，当粉煤灰获得电荷后，炭粒因导电性能良好。很快地将所获电荷通过圆筒带走，便在重力惯性离心力作用下，脱离圆筒表面，被抛入导体产品槽中，而非导体的粉煤灰所获电荷在表面释放速度石慢，故在电场力作用下，吸收在圆筒表面上，被旋转圆筒带到后部，由卸科毛刷排人非导体产品槽中，从而达到灰炭分离。从粉煤灰中选铁煤炭中除了可燃物炭外，还共生有许多合铁矿物，如黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等。煤炭经过电厂锅炉高温下燃烧，铁矿物质即转变为磁性氧化铁，此种磁性氧化铁可以直接经磁选机选出。粉煤灰中合铁量(一般以Fe 2O 3表示)的范围在829%。选铁可以湿选，也可以干选，目前各电厂采用的是湿式磁选工艺。主要设施是半逆流永磁式磁选机、冲洗泵和沉淀池。粉煤灰从湿式水膜除尘器下排出后，直接进入磁选机的给矿箱，铁粉选出后流入沉淀池沉淀，尾矿灰仍通过排灰沟徘出。一般电厂采用两级磁选，在一、二级磁选机间加一台冲洗水泵，这样可以提高磁选效率。两级磁选铁精矿的品位可达到50一56%。干燥的粉煤灰磁选效果比湿灰磁选效果好，根据试验，经过一级磁选，铁精矿品位可达到55%。从粉煤灰中选铁具有工艺简单、投资省、成本低的优点、所选出的铁精矿可冶炼生铁，并能达到国家一类生铁标准。因此，它不仅是粉煤灰综合利用的有效途径，而旦也是重要的资源开发形式 从粉煤灰中提取氧化铝用石灰石烧结工艺从粉煤灰中提取氧化铝其主要工艺过程为熟料烧成、自粉化溶出、脱硅、炭分和锻烧。从粉煤灰中回收玻璃微珠 空心玻璃微珠具有颗粒细小、质轻、空心、隔热、隔音、耐高温和低温、耐磨、强度高及电绝缘等优异的多功能特性。由于上述一些优良性能，使得空心玻璃微珠成为一种多功能的材料，可广泛用于下列几方面：1)可作为轻质、高强、耐火、防火、隔热保温等建筑材料的原材料；2)可作塑料中较理想的填料，并能提高塑料的保温性能。2分选空心玻璃微珠的方法 目前国内外从粉煤灰中提选空心玻璃微珠，大致可以分为两种方法。一是干法机械分选法；二是湿法分选法。(1)干法机械分选 利用重力选矿原理 粉煤灰分选器是采用重力分离的方法。分选器是由三个大小不等的沉降箱所组成，在每个沉降箱的下部，都设有卸料装置。当含有粉煤灰的气流，由进气管道进入沉降箱时，由于气流通道断面的增大，使气体流速迅速下降，粉煤灰借本身重力的作用，有一部分逐渐下落到沉降箱中。根据等降原理，较重的粗颗粒，蜂窝状的玻璃体、石英、莫来石、实心珠、铁球和大颗粒炭粒等大部分都分别沉降在分选器内；还有大部分细小的空心玻璃微珠、超细微珠等随气流进入分离器。(2)湿法分选空心玻璃微珠 （二）粉煤灰做建筑材料（二）粉煤灰做建筑材料在建筑材料方面的利用，主要是配制粉煤灰水泥、粉在建筑材料方面的利用，主要是配制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土和生产粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸养砖、粉煤灰煤灰混凝土和生产粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸养砖、粉煤灰砌块、粉煤灰陶粒等。砌块、粉煤灰陶粒等。粉煤灰水泥粉煤灰水泥1 1粉煤灰水泥定义反其质量等级粉煤灰水泥定义反其质量等级凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加入适量石凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加入适量石膏磨细制成的水硬胶凝材料，称为粉煤灰水泥。膏磨细制成的水硬胶凝材料，称为粉煤灰水泥。也叫做粉煤灰硅酸盐水泥也叫做粉煤灰硅酸盐水泥 (2)(2)粉煤灰水泥的质量等级粉煤灰水泥的质量等级 2 2几种粉煤灰水泥几种粉煤灰水泥 (1)(1)用粉煤灰生产的用粉煤灰生产的“普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥”以硅酸盐水泥熟料为主，掺入以硅酸盐水泥熟料为主，掺入1515粉煤灰磨粉煤灰磨制而成，其性能与用等量的其他混合料掺配成的制而成，其性能与用等量的其他混合料掺配成的普通硅酸盐水泥无太大差异，统称普通硅酸盐水普通硅酸盐水泥无太大差异，统称普通硅酸盐水泥。泥。(2)(2)矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥是用硅酸盐水泥熟料与高炉水淬渣按一定配比掺配是用硅酸盐水泥熟料与高炉水淬渣按一定配比掺配磨制成磨制成掺入掺入1515粉煤灰代替部分高炉水淬渣粉煤灰代替部分高炉水淬渣(3)(3)粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥以硅酸盐水泥熟料为主，加入以硅酸盐水泥熟料为主，加入-粉煤灰和石膏制成粉煤灰和石膏制成粉煤灰混凝土粉煤灰混凝土 混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石等为骨料，混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石等为骨料，加水拌和而成的构筑材料。粉煤灰混凝土是用粉加水拌和而成的构筑材料。粉煤灰混凝土是用粉煤灰取代部分水泥拌和而成的混凝土。煤灰取代部分水泥拌和而成的混凝土。1 1粉煤灰在混凝土中的基本效应粉煤灰在混凝土中的基本效应形态效应、活性效应和微集料效应形态效应、活性效应和微集料效应(1)(1)形态效应：该效应泛指粉煤灰中各种矿物颗粒所形态效应：该效应泛指粉煤灰中各种矿物颗粒所具有的物理性状在混凝土所产生的减水作用、致具有的物理性状在混凝土所产生的减水作用、致密作用、均质化作用等。密作用、均质化作用等。(2)(2)活性效应：该效应是指粉煤灰中的活性成分所活性效应：该效应是指粉煤灰中的活性成分所产生的化学效应。产生的化学效应。(3)(3)微集料效应；该效应是指粉煤灰中的微细微集料效应；该效应是指粉煤灰中的微细(30um)30um)颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中因而具颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中因而具有微细集料的优良性能有微细集料的优良性能微珠本身强度高，有的达微珠本身强度高，有的达700MPa700MPa以土，以土，微细集料使水泥浆体的结构强度增强；微细集料使水泥浆体的结构强度增强；微粒在水泥浆体中分散状态良好，有助于新拌混微粒在水泥浆体中分散状态良好，有助于新拌混凝土和硬化混轻土均匀性的改善和孔隙的充填。凝土和硬化混轻土均匀性的改善和孔隙的充填。2 2粉煤灰混凝土的性能粉煤灰混凝土的性能（1)1)和易性和易性(2)(2)强度强度(3)(3)水化热水化热(4)(4)耐久性抗渗、耐久性抗渗、抗侵蚀抗冻差抗侵蚀抗冻差(5)(5)干缩率干缩率小、抗拉强干缩率干缩率小、抗拉强度高可提高制品的干缩抗裂性能度高可提高制品的干缩抗裂性能 (6)“(6)“碳化作用碳化作用”Ca(OH)Ca(OH)2 2+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3六、粉煤灰的农业利用六、粉煤灰的农业利用粉煤灰农用包括改良土壤和制备化肥粉煤灰农用包括改良土壤和制备化肥(一）粉煤灰的改土与增产作用一）粉煤灰的改土与增产作用 1 1粉煤灰的孔度与土壤性能的关系粉煤灰的孔度与土壤性能的关系 2 2施灰对土壤机械组成的影响施灰对土壤机械组成的影响疏松土壤改良盐碱地疏松土壤改良盐碱地 3 3粉煤灰对土层温度的影响粉煤灰对土层温度的影响 4 4粉煤灰的增产作用粉煤灰的增产作用(二二)粉煤灰肥料粉煤灰肥料1 1粉煤灰硅钾肥粉煤灰硅钾肥 2 2粉煤灰钙钾肥粉煤灰钙钾肥 3 3粉煤灰磁化肥粉煤灰磁化肥 4 4粉煤灰磷肥粉煤灰磷肥