煤系固废利用ppt课件.ppt
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1、第九章 煤系固体废物的处理与利用n粉煤灰n煤矸石我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物9.1 粉煤灰(coal ash)的处理和利用n粉煤灰的性质n粉煤灰的分选处理n粉煤灰的利用我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放
2、在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物9.1.1 粉煤灰(coal ash)的性质粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂排出的废弃物。电厂烟气经除尘器收集的细灰称为粉煤灰或飞灰。由炉底排出的废渣称为炉渣或熔渣。每一万千瓦发电机组排灰渣量约为0.91.0万吨。粉煤灰是一种火山灰质材料,具有火山灰活性。粉煤灰的物质组成粉煤灰的颗粒组成粉煤灰的物理性质粉煤灰的活性我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(1)粉煤灰的物质组成n粉煤灰的化学成分(chemical com
3、position)n粉煤灰的矿物成分(mineral constituent)我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物a. a. 粉煤灰的化学成分粉煤灰的化学成分(chemical composition)粉煤灰的化学成分类似于粘土粉煤灰的化学成分类似于粘土, ,主要有主要有SiOSiO2 2、FeFe2 2O O3 3、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO和未燃尽的煤炭,以和未燃尽的煤炭,以SiOSiO2 2和和A1A12 2O O3 3为主要成分。由于产地、为主要成分。由于产地、煤的品种和燃
4、烧条件的不同,粉煤灰的化学成分变化范围煤的品种和燃烧条件的不同,粉煤灰的化学成分变化范围较大较大, ,粉煤灰的化学成分是评价其质量优劣的重要技术参数。粉煤灰的化学成分是评价其质量优劣的重要技术参数。nCaOCaO:根据根据CaOCaO的含量分为高钙粉煤灰的含量分为高钙粉煤灰( (CaO20CaO20) )和低钙粉和低钙粉煤灰煤灰( (CaO20%)CaO7070。nMgOMgO和和SOSO3 3:粉煤灰中的粉煤灰中的MgOMgO和和SOSO3 3对水泥和混凝土是有害成分对水泥和混凝土是有害成分,必须加以控制。,必须加以控制。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世
5、界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物b. b. 粉煤灰的矿物成分粉煤灰的矿物成分(mineral constituent)粉煤灰的矿物成分取决于所用燃煤的化学成分和矿物成分。粉煤灰中的矿物粉煤灰的矿物成分取决于所用燃煤的化学成分和矿物成分。粉煤灰中的矿物大部分是在燃烧过程中熔融结晶所得。因此,粉煤灰的矿物成分很复杂。大部分是在燃烧过程中熔融结晶所得。因此,粉煤灰的矿物成分很复杂。主要分为主要分为无定形相和结晶相无定形相和结晶相两大类。两大类。无定形相无定形相(amorphous phase):主要是主要是Si-A1Si-A1质玻璃体,约占质玻璃体,约占505080
6、80, ,和少量未燃烬的碳粒。玻璃体含量多,火山灰活性高。和少量未燃烬的碳粒。玻璃体含量多,火山灰活性高。结晶相结晶相(crystallization phase):主要有石英、莫来石、长石、云母、主要有石英、莫来石、长石、云母、赤铁矿、金属铁、硅化铁、磁铁矿;在高钙粉煤灰中还含有一些水泥熟赤铁矿、金属铁、硅化铁、磁铁矿;在高钙粉煤灰中还含有一些水泥熟料矿物如料矿物如C C2 2S S,铝酸钙、钙长石、方镁石、石灰等。铝酸钙、钙长石、方镁石、石灰等。粉煤灰的矿物成分是影响粉煤灰活性的重要因素之一,低钙粉煤灰的活粉煤灰的矿物成分是影响粉煤灰活性的重要因素之一,低钙粉煤灰的活性主要取决于无定形性主
7、要取决于无定形Si-A1Si-A1质玻璃体,因此玻璃体越多化学活性越高。质玻璃体,因此玻璃体越多化学活性越高。高钙粉煤灰中富钙玻璃体较多,并含有较多富含高钙粉煤灰中富钙玻璃体较多,并含有较多富含CaOCaO的水泥热料矿物的结的水泥热料矿物的结晶相。水泥的化学活性主要取决于富晶相。水泥的化学活性主要取决于富CaOCaO的结晶相。因此,高钙粉煤灰的的结晶相。因此,高钙粉煤灰的化学活性比低钙粉煤灰高,而且其活性既与玻璃体有关,又与其结晶相化学活性比低钙粉煤灰高,而且其活性既与玻璃体有关,又与其结晶相有关。有关。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到
8、愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(2 2)粉煤灰的)粉煤灰的颗粒组成颗粒组成( (Particle composition) )粉煤灰是由形状各异粉煤灰是由形状各异, ,大小不同的大小不同的球粒,多孔颗粒和碎屑颗球粒,多孔颗粒和碎屑颗粒构成。粒构成。玻璃微珠玻璃微珠( (microbeads)microbeads) 表面光滑的球粒,粒径一般为表面光滑的球粒,粒径一般为0.50.5100100mm,平均为平均为10103030mm,比重大,在水中下
9、沉,也称为沉珠,含量多者可达比重大,在水中下沉,也称为沉珠,含量多者可达2525,少者,少者3 34%4%,有些颗粒表面还生长着一些石英、莫来,有些颗粒表面还生长着一些石英、莫来石的微晶。石的微晶。 按其化学成分可分为:按其化学成分可分为: 富富CaCa玻璃微珠,玻璃微珠,CaOCaO含量高,化学活性高。含量高,化学活性高。 富富FeFe玻璃微珠玻璃微珠,SiSiA1A1玻璃微珠富含赤铁矿、磁铁矿包体,玻璃微珠富含赤铁矿、磁铁矿包体,具有磁性,也称磁珠。具有磁性,也称磁珠。多孔颗粒多孔颗粒 有多孔炭粒和多孔玻璃体之分。有多孔炭粒和多孔玻璃体之分。 多孔玻璃体富含多孔玻璃体富含SiOSiO2 2
10、、A1A12 2O O3 3,含量高达含量高达7070以上,有的颗粒以上,有的颗粒表面呈蜂窝状,有的颗粒为封闭性孔穴,内部为蜂窝状。比表面呈蜂窝状,有的颗粒为封闭性孔穴,内部为蜂窝状。比表面积较大,粒径往往表面积较大,粒径往往4545mm。封闭性孔穴颗粒比重一般小封闭性孔穴颗粒比重一般小于于1,1,能漂浮于水面上,称为漂珠能漂浮于水面上,称为漂珠, ,其体积含量可达其体积含量可达15152020,重量含量可,重量含量可4 45 5,是一种保温隔热材料。,是一种保温隔热材料。碎屑碎屑 结晶相和玻璃相的碎片,也有碳粒碎屑。结晶相和玻璃相的碎片,也有碳粒碎屑。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,
11、为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(3)粉煤灰的物理性质 外观特点 比重与容重 细度我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物外观特点外观特点 粉煤灰外观象水泥,呈灰白色,随着含碳量的增加,颜色变深可呈黑色,而且碳粒主要赋存于粗颗粒中; 因此,粉煤灰的颜色在一定程度反映了粉煤灰的含碳量和细度,颜色越深,粒度
12、越粗,质量越差。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物比重和容重比重和容重 低Ca灰:比重1.82.8; 高Ca灰:比重2.52.8; 粉煤灰的松散干容重为6001000kgm3 压实容重约为13001600 kgm3;我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物细度细度 粉煤灰的粒径为0.5300m,表面积30004000 cm2g我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里
13、呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物(4)粉煤灰的活性(activity )n火山灰(volcanic ash)物质及其活性n火山灰活性(activity)的评定n提高粉煤灰活性的方法我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物a. a. 火山灰火山灰(volcanic ash)物质及其活性物质及其活性( (activity) ) 天然产出的喷出岩天然产出的喷出岩, ,火山碎屑岩火山碎屑岩, ,如玻璃质流纹岩(松如玻璃质流纹岩(松脂岩、珍珠岩、黑曜岩、浮岩)和凝灰岩、硅藻土、脂
14、岩、珍珠岩、黑曜岩、浮岩)和凝灰岩、硅藻土、蛋白岩等蛋白岩等SiOSiO2 2和和A1A12 2O O3 3含量较高含量较高( (总和总和707085%)85%)且含有相且含有相当多玻璃质或其它无定形一隐晶质物质的岩石,在潮当多玻璃质或其它无定形一隐晶质物质的岩石,在潮湿环境下能与湿环境下能与Ca(OH)Ca(OH)2 2发生反应发生反应, ,生成一系列水化硅酸生成一系列水化硅酸钙,铝酸钙钙,铝酸钙C-S(A)-HC-S(A)-H凝胶,在空气或水中都能产生明凝胶,在空气或水中都能产生明显的强度,这就是显的强度,这就是火山灰活性。火山灰活性。 此外,烧页岩、烧粘土、煤矸石烧渣、炉渣、粉煤灰此外,
15、烧页岩、烧粘土、煤矸石烧渣、炉渣、粉煤灰等人工火山灰类物质,同样具有上述火山灰活性,即等人工火山灰类物质,同样具有上述火山灰活性,即它们同样能在潮湿环境下与它们同样能在潮湿环境下与Ca(OH)Ca(OH)2 2反应生成水化硅反应生成水化硅( (铝铝) )酸钙系列水化产物,而具有水化硬化性能。酸钙系列水化产物,而具有水化硬化性能。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物b. 火山灰活性的评定火山灰活性决定了上述物质的可利用性。这些物质由火山灰活性决定了上述物质的可利用性。这些物质由于其成因、化学成分、
16、矿物成分和物理状态的差异而于其成因、化学成分、矿物成分和物理状态的差异而导致活性的差异,必须采用一定的方法评定它们的活导致活性的差异,必须采用一定的方法评定它们的活性性, ,主要有化学方法和物理方法两类。具体有三种主要有化学方法和物理方法两类。具体有三种:石灰吸收法石灰吸收法SiSi、A1A1溶出法溶出法胶砂强度实验法胶砂强度实验法我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物石灰吸收法 将一定量的火山灰物质浸泡在石灰饱和溶液中,经将一定量的火山灰物质浸泡在石灰饱和溶液中,经过一定时间后,测定每克火山灰物
17、质吸收石灰的量;过一定时间后,测定每克火山灰物质吸收石灰的量; 一般情况下,石灰吸收量越高,其活性越好;一般情况下,石灰吸收量越高,其活性越好; 该法在区别活性材料和惰性材料方面有一定效果,该法在区别活性材料和惰性材料方面有一定效果,但不能充分地评定火山灰物质的使用价值。因为石但不能充分地评定火山灰物质的使用价值。因为石灰吸收值是化学吸收和物理吸附的总和,而物理吸灰吸收值是化学吸收和物理吸附的总和,而物理吸附主要决定于材料的内比表面积的大小,并不能反附主要决定于材料的内比表面积的大小,并不能反映材料的活性。映材料的活性。 因此火山灰物质的石灰吸收值的大小,有时与其制因此火山灰物质的石灰吸收值的
18、大小,有时与其制品的强度不一致。例如,石灰吸收值很高的硅藻土,品的强度不一致。例如,石灰吸收值很高的硅藻土,由于本身疏松多孔,内比表面积大,需水量大,制由于本身疏松多孔,内比表面积大,需水量大,制品强度低,而石灰吸收值低的液态渣,强度却较高。品强度低,而石灰吸收值低的液态渣,强度却较高。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物Si、A1溶出法 用酸或碱处理火山灰物质,溶出其中的可溶性用酸或碱处理火山灰物质,溶出其中的可溶性SiOSiO2 2和和A1A12 2O O3 3,测定其溶出量,在一定程度上可
19、反映材料的活性;测定其溶出量,在一定程度上可反映材料的活性; 该法不能很好地表达材料的潜在活性。该法不能很好地表达材料的潜在活性。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物砂浆强度试验法此法是按一定比例,将火山灰物质与硅酸盐水泥混合配制成此法是按一定比例,将火山灰物质与硅酸盐水泥混合配制成水泥砂浆,做成一定尺寸的试件,同时制作硅酸盐水泥砂浆水泥砂浆,做成一定尺寸的试件,同时制作硅酸盐水泥砂浆试件,测定两试件的强度比,作为火山灰活性的指标。试件,测定两试件的强度比,作为火山灰活性的指标。按国家标准按国家
20、标准GB2847-2005GB2847-2005规定,用含量规定,用含量3030火山灰物质的火火山灰物质的火山灰水泥胶砂与对比用硅酸盐水泥胶砂山灰水泥胶砂与对比用硅酸盐水泥胶砂2828天强度比应不低于天强度比应不低于6262。因为胶砂强度能够反映火山灰物质与因为胶砂强度能够反映火山灰物质与Ca(OHCa(OH)2 2的反应能力和的反应能力和最终形成的水泥石的结构特点,且比较接近生产实际,试验最终形成的水泥石的结构特点,且比较接近生产实际,试验操作也简单,是迄今国内外公认的火山灰活性评定方法。操作也简单,是迄今国内外公认的火山灰活性评定方法。粉煤灰属人工火山灰物质,具有火山灰活性,粉煤灰的活性粉
21、煤灰属人工火山灰物质,具有火山灰活性,粉煤灰的活性主要来自于无定形相,即主要来自于无定形相,即Si-AlSi-Al质玻璃体火山灰活性是潜在的,质玻璃体火山灰活性是潜在的,必须在一定的激发条件下进行处理后才能显现出来。粉煤灰必须在一定的激发条件下进行处理后才能显现出来。粉煤灰的活性也可用火山灰活性定方法进行评定。的活性也可用火山灰活性定方法进行评定。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物c. 提高粉煤灰活性的方法n粉磨(pulverizing)n增钙燃烧(Calcining combustion)n
22、化学处理(chemical treatment)我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物粉磨粉煤灰中的玻璃体颗粒在水化过程中不可能象水泥熟料颗粒粉煤灰中的玻璃体颗粒在水化过程中不可能象水泥熟料颗粒那样发生解体和分散,反应只能通过颗粒表面层进行,在磨那样发生解体和分散,反应只能通过颗粒表面层进行,在磨细过程中玻璃体颗粒被粉碎形成许多新生表面,粒度变细,细过程中玻璃体颗粒被粉碎形成许多新生表面,粒度变细,比表面积增加,提高界面反应能力,从而提高了粉煤灰的活比表面积增加,提高界面反应能力,从而提高了粉煤灰
23、的活性。性。随着粉磨时间的延续,粉煤灰的比重增加,容重减小,表面随着粉磨时间的延续,粉煤灰的比重增加,容重减小,表面积明显增大,原来的多孔玻璃体、多孔炭粒、颗粒集合体和积明显增大,原来的多孔玻璃体、多孔炭粒、颗粒集合体和开放性空洞中可以储存大量水分,磨细后蓄水空腔减少,标开放性空洞中可以储存大量水分,磨细后蓄水空腔减少,标稠用水量明显减少;稠用水量明显减少;但是磨到一定时间后,粉煤灰的性能将不会进一步改善,需但是磨到一定时间后,粉煤灰的性能将不会进一步改善,需水量不再减少,同时不适当的延长粉磨时间增加了能耗,实水量不再减少,同时不适当的延长粉磨时间增加了能耗,实际收效不大,一般情况下粉磨际收效
24、不大,一般情况下粉磨0.50.51 1小时的比较经济的。也小时的比较经济的。也可采用助磨剂降低粉磨功耗。可采用助磨剂降低粉磨功耗。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物增钙燃烧(Calcining combustion) 在燃煤中掺加一定量的石灰石,共同粉磨,送入旋风炉燃烧,在燃煤中掺加一定量的石灰石,共同粉磨,送入旋风炉燃烧,在高温中形成硅酸钙相或富在高温中形成硅酸钙相或富CaCaSiSi、AlAl玻璃体,改变了普通玻璃体,改变了普通粉煤灰的化学组成,形成高钙粉煤灰,其活性大大提高;粉煤灰的化学
25、组成,形成高钙粉煤灰,其活性大大提高; 增钙燃烧后的粉煤灰经粉磨后,形成比表面积大,表面能大增钙燃烧后的粉煤灰经粉磨后,形成比表面积大,表面能大的细粉,在水化初期能生成较多的碱性胶体,后期生成水化的细粉,在水化初期能生成较多的碱性胶体,后期生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质。硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物化学处理用碱或酸处理使粉煤灰玻璃体的用碱或酸处理使粉煤灰玻璃体的Si-AlSi-Al和和Al-OAl-O长键裂断,降低长键裂断,降低SiOSiO2 2、Al
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