煤系固體廢物的資源化課件

5煤系固體廢物的資源化煤系固體廢物煤矸石:煤的開(kāi)采、加工過(guò)程產(chǎn)生。粉煤灰和鍋爐渣：煤的利用過(guò)程（火力發(fā)電）產(chǎn)生。一座105kW裝機(jī)容量的發(fā)電廠一年要排出105t煤灰渣!沉積于爐底高溫?zé)煔?100μmT>1300℃煤破碎焚燒爐懸浮燃燒集塵器捕集粉煤灰(飛灰)鍋爐渣(底灰)占總灰渣量的10～20%占總灰渣量的80～90%1謝謝觀賞2019-5-215.1煤矸石的資源化煤矸石的產(chǎn)生量約占我國(guó)工業(yè)廢渣年排放總量的1/4。一般每采1t原煤排矸石0.2t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤矸石每年以0.8×108～1.0×108噸的速度增加。

一、煤矸石的組成有機(jī)物（含碳物）和無(wú)機(jī)物（巖石物質(zhì)）組成的混合物。一般，煤矸石的熱值：837～418kJ/kg。2謝謝觀賞2019-5-21表5-1煤矸石的化學(xué)組成，%SiO2Al2O3CaO

MgOFe2O3Na2O+K2O燒失量51～6516～361～71～42～91～2.52～17主要礦物包括高嶺土、石英、蒙脫石、長(zhǎng)石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁等。3謝謝觀賞2019-5-214謝謝觀賞2019-5-21自燃過(guò)的煤矸石5謝謝觀賞2019-5-21目前我國(guó)煤矸石的主要資源化途徑有：

1)回收能源：作為大型沸騰爐燃料供熱或發(fā)電：熱值>8360kJ/kg。1975年在四川永榮礦務(wù)局建立了中國(guó)第一座流化床煤矸石電廠。2)生產(chǎn)建筑材料：煤矸石的成分中主要為粘土礦物。水泥、燒結(jié)磚瓦、免燒磚瓦、空心砌塊、建筑陶瓷、輕骨料（陶粒）、巖棉等；3)用作建筑材料：代替河砂、碎石等鋪路、井下回填、造地復(fù)墾。6謝謝觀賞2019-5-214)生產(chǎn)化工原料：聚合鋁、分子篩等。與鹽酸反應(yīng)生成（2A1Cl3.H2O），再生成聚鋁。5)用作農(nóng)用肥料：鉬、鋅、錳、銅、硼等元素，可作為農(nóng)作物生長(zhǎng)的刺激劑6)回收硫化鐵：有的煤矸石含有較多的硫化鐵，可通過(guò)分選回收作為制取硫酸的原料。我國(guó)有七個(gè)選煤廠建立了硫化鐵回收車間，從煤矸石中回收硫化鐵，總設(shè)計(jì)能力為7.5×105t／a。7謝謝觀賞2019-5-215.2粉煤灰的資源化8謝謝觀賞2019-5-219謝謝觀賞2019-5-2110謝謝觀賞2019-5-21粉煤灰的化學(xué)成分(％)產(chǎn)地?zé)Я縎iO2Al2O3Fe2O3TiO2CaO

MgOK2ONa2OSO3寶雞西安蘇州楊浦撫順邵武石家莊石景山鶴壁壩橋鄭州青島開(kāi)遠(yuǎn)銅陵新汶株洲南寧

3.356.258.351.33

2.814.971.995.183.537.243.146.026.154.264.643.5147.248.951.846.562.256.050.252.450.948.757.545.012.537.256.660.647.859.032.529.728.530.319.825.925.926.328.027.621.127.18.8221.822.135.737.620.211.010.14.5610.47.807.874.586.959.149.457.5612.15.453.278.822.745.684.371.321.051.301.05

1.00

1.051.151.901.050.581.210.731.100.741.124.063.123.702.652.423.3234.335.284.223.052.4261.627.211.280.801.330.811.020.980.762.951.270.111.131.540.961.822.333.341.001.662.161.172.131.351.111.40.87

2.20

1.060.261.081.172.280.60

0.230.180.420.42

1.31

0.250.060.370.210.540.18

0.370.690.412.46

1.780.510.531.104.22

4.681.060.65微0.700.75未燃燼碳。含碳一般為5～7%，其中含碳大于10%的電廠占30%高鈣灰：CaO%20%低鈣灰：CaO%<20%高鈣灰活性>低鈣灰作為建材使用時(shí)：

SiO2、Al2O3、Fe2O3含量高為好。對(duì)于低鈣灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3>70%

對(duì)于高鈣灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3>50%MgO、SO3越低越好11謝謝觀賞2019-5-21

粉煤灰的礦物組成兩大類礦物

非晶態(tài)礦物

玻璃體：約占粉煤灰總量的50～80%

未燃燼炭

晶態(tài)礦物：主要來(lái)自原料，如石英、云母、長(zhǎng)石、磁鐵礦、赤鐵礦、游離石灰等。常常被玻璃體包裹存在。

粉煤灰的礦物組成對(duì)其性質(zhì)和應(yīng)用具有很大的影響。12謝謝觀賞2019-5-21礦物組成對(duì)粉煤灰活性的影響：

玻璃體含量，化學(xué)內(nèi)能，粉煤灰活性游離石灰含量，水化反應(yīng)能力，粉煤灰活性所以：高鈣灰的活性來(lái)源于兩個(gè)方面：玻璃體和CaO

而低鈣灰則主要取決于玻璃體含量的多少。高鈣灰的活性>低鈣灰的活性粉煤灰活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所顯示的凝結(jié)硬化性能。凝結(jié)硬化性能，粉煤灰活性13謝謝觀賞2019-5-21粉煤灰的活性是潛在的，需要激發(fā)劑的激發(fā)才能顯示。常用激發(fā)劑有：石灰、石膏、水泥等石灰激發(fā)機(jī)理：14謝謝觀賞2019-5-21粉煤灰的顆粒組成：粉煤灰是一種微細(xì)的分散物料。大部分呈球狀，表面光滑，微孔較小，小部分為表面粗糙、棱角較多的集合顆粒。因而，粉煤灰顆粒大小不一，形貌各異，主要的為球形顆粒和不規(guī)則多孔顆粒，且其中90%的顆粒粒度為-40μm或-60μm。15謝謝觀賞2019-5-2116謝謝觀賞2019-5-2117謝謝觀賞2019-5-21依化學(xué)成分，沉珠分

富鈣玻璃微珠：CaO含量高，化學(xué)活性好

富鐵玻璃微珠：氧化鐵（Fe3O4、Fe2O3）含量高，由鋁硅酸鹽包裹Fe3O4、Fe2O3而成，具有磁性，叫“磁珠”（1）球形顆粒：表面光滑，含量多者達(dá)25%，少的僅3～4%，粒徑一般從數(shù)微米到數(shù)千微米，密度和容重均大，在水中下沉，也叫“沉珠”。18謝謝觀賞2019-5-21多孔炭粒：呈球狀或碎屑狀、惰性、比重和容重均小、粒徑和比表面積均大，有一定的吸附性?？商崛『笾苯佑米鰹槲絼┗蛎嘿|(zhì)顆粒的活性炭。（2）不規(guī)則多孔顆粒多孔鋁硅玻璃體多孔炭粒19謝謝觀賞2019-5-21多孔鋁硅玻璃體：這類顆粒富含SiO2和Al2O3，是我國(guó)粉煤灰中為數(shù)最多的顆粒，有的多達(dá)70％以上。該顆粒具有較大的比表面積，粒徑從數(shù)十微米到數(shù)百微米，其中有一種密度很小（<1）、具有封閉性孔穴的顆粒、能浮于水面上，稱為“漂珠”。

漂珠含量可達(dá)粉煤灰總體積的15～20%，但重量?jī)H為總重量的4～5%，是一種多功能材料。20謝謝觀賞2019-5-21二、粉煤灰的資源化（1）回收有價(jià)組分：空心微珠、煤炭、鐵金屬物質(zhì)、A12O3

等粉煤灰中含有50～80%的空心玻璃微珠漂珠：480kg/m3厚壁空心微珠：沉珠：800kg/m3包括21謝謝觀賞2019-5-21空心微珠，具有多種優(yōu)異性能：①具耐熱、隔熱、阻燃的特點(diǎn)，是新型保溫、低溫制冷絕熱材料與超輕質(zhì)耐火原料，利用它可生產(chǎn)多種保溫、絕（隔）熱、耐火產(chǎn)品。②是塑料，尤其是耐高溫塑料的理想填料，其用于聚氯乙烯制品，可以提高軟化點(diǎn)10℃以上，并提高硬度和抗壓強(qiáng)度。改善流動(dòng)性。用環(huán)氧樹(shù)脂作粘結(jié)劑，聚氯乙烯摻合空心微珠材料可制成復(fù)合泡沫材料。用它作聚乙稀、苯乙稀的充填材料，不僅可提高其光澤、彈性、耐磨性，而且具有吸聲、減振和耐磨效果。22謝謝觀賞2019-5-21③空心微珠表面多微孔，可作石油化工的裂化催化劑和化學(xué)工業(yè)的化學(xué)反應(yīng)催化劑，也可用作化工、醫(yī)藥、釀造、水工業(yè)等行業(yè)的無(wú)機(jī)球狀填充劑、吸附劑、過(guò)濾劑，它由于硬度大、耐磨性能好，常被作為染料工業(yè)的研磨介質(zhì)，作墻面地板的裝飾材料，利用厚壁微珠還可生產(chǎn)耐磨涂料。在軍工領(lǐng)域，它被用作航天航空設(shè)備的表面復(fù)合材料和防熱系統(tǒng)材料，并常被用于坦克剎車。④空心微珠比電阻高，且隨溫度升高而升高，是電瓷和輕型電器絕緣材料的極好原料，利用它可制成絕緣陶瓷和渣絨絕緣物。23謝謝觀賞2019-5-21圖3.29粉煤灰中空心微珠的分選流程水力分級(jí)-74μm+74μm飄珠粉煤灰水力分級(jí)空心微珠粗選碳粒密實(shí)微珠鐵質(zhì)微珠粗選掃選空心微珠精選碳粒密實(shí)微珠鐵質(zhì)微珠精選掃選24謝謝觀賞2019-5-21分選煤炭：浮選和電選兩種方法粉煤灰浮選槽非極性捕收劑上浮產(chǎn)品：煤炭槽中不上浮產(chǎn)品：尾灰柴油作捕收劑，用松油為起泡劑回收率85～94%，精煤熱值>20950kJ/kg，每噸精煤成本約10元，浮選回收的精煤具有一定的吸附性，可直接作吸附劑，也可用于制作粒狀活性炭。尾灰含炭量小于5%25謝謝觀賞2019-5-21在高壓電場(chǎng)的作用下發(fā)生煤、灰分離的過(guò)程。電選回收炭要求干料，水分小于1%，溫度保持在80℃以上。粉煤灰電選機(jī)煤炭尾灰煤與灰的介電性能不同煤的比電阻一般104～105Ωcm灰的比電阻一般在1012Ωcm左右26謝謝觀賞2019-5-21提取A12O3A12O3是粉煤灰的主要成分，一般含17～35%，可作為寶貴的鋁資源。一般認(rèn)為，粉煤灰中A12O3高于25%才有回收價(jià)值。1320～1400℃CO2濾渣（Ca2SiO4）CaCO3Na2CO3溶液循環(huán)粉煤灰粉磨燒結(jié)自粉化冷卻溶出Na2CO3過(guò)濾NaAlO2粗液脫硅CaO控制過(guò)濾NaAlO2精液碳分過(guò)濾Al2O3·3H2O煅燒Al2O3產(chǎn)品圖5-15石灰石燒結(jié)法提取粉煤灰中氧化鋁的工藝流程27謝謝觀賞2019-5-21（2）粉煤灰用作建材和建材的生產(chǎn)原料制水泥、制磚、配制混凝土、輕質(zhì)混凝土和加氣混凝土、骨料等。質(zhì)量較差的灰渣可用來(lái)鋪路，作基礎(chǔ)以及作填充料等。粉煤灰水泥的組成：粉煤灰+硅酸鹽水泥熟料+適量石膏磨細(xì)粉煤灰水泥不加硅酸鹽水泥熟料時(shí)，稱無(wú)熟料水泥摻入不同比例的熟料，得到不同規(guī)格的水泥28謝謝觀賞2019-5-21粉煤灰粉煤灰砌塊振動(dòng)成型攪拌水生石灰石膏爐渣配料蒸汽養(yǎng)護(hù)拆模圖5-23粉煤灰硅酸鹽砌塊生產(chǎn)工藝流程表5-16粉煤灰砌塊混合料的配合比，%粉煤灰爐渣生石灰石膏用水量315512230～3629謝謝觀賞2019-5-21粉煤灰粉煤灰加氣混凝土水生石灰石膏球磨機(jī)高壓養(yǎng)護(hù)模具計(jì)量罐澆注車鋁粉計(jì)量機(jī)球磨機(jī)水泥計(jì)量計(jì)量切割出釜圖5-24粉煤灰加氣混凝土生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)密度為500kg/m3的高壓養(yǎng)護(hù)粉煤灰加氣混凝土，其配合比為：水泥（525號(hào)硅酸鹽水泥）10%、生石灰（有效氧化鈣以14.5%計(jì)）20%、二水石膏（占水泥和石灰用量）10%、粉煤灰約70%、鋁粉6%、氣泡穩(wěn)定劑少量、水料比0.6～0.7。30謝謝觀賞2019-5-21粉煤灰煤球磨混合攪拌破碎篩分成球烘干燒結(jié)粉煤灰陶粒粘土烘干球磨圖5-25粉煤灰陶粒生產(chǎn)工藝流程據(jù)估計(jì)，每生產(chǎn)1t粉煤灰陶粒需用干粉煤灰800～850kg（濕粉煤灰1100～1200kg）。一個(gè)年產(chǎn)10萬(wàn)m3的粉煤灰陶粒廠，每年可處理干粉煤灰6萬(wàn)t左右（濕粉煤灰10萬(wàn)t左右）。31謝謝觀賞2019-5-21（3）粉煤灰生產(chǎn)化工產(chǎn)品粉煤灰中SiO2和Al2O3含量較高，可用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，如絮凝劑、分子篩、白炭黑（沉淀SiO2）、水玻璃、無(wú)水氯化鋁、硫酸鋁等。熱解聚合粉煤灰700℃灼燒粉碎篩分（60～100目）細(xì)粉硫酸浸取過(guò)濾蒸發(fā)結(jié)晶分離烘干硫酸鋁鹽酸浸取過(guò)濾烘干粉碎聚合鋁濾渣漂洗干燥粉磨白炭黑直接作水泥填料蒸發(fā)圖5-26粉煤灰綜合利用工藝流程32謝謝觀賞2019-5-2133謝謝觀賞2019-5-21濾液H2SO4溶液硫酸處理鹽析HCl溶液+NH4F粉煤灰酸浸過(guò)濾堿解水玻璃含硅殘?jiān)麼aOH溶液過(guò)濾濾渣濾液濃縮濾液活性白炭黑HCl、NaCl過(guò)濾濾餅烘干沉淀白炭黑凝結(jié)溶膠H2SO4溶液洗滌干燥圖5-27酸溶法制取水玻璃和白炭黑工藝流程34謝謝觀賞2019-5-2135謝謝觀賞2019-5-21活性白炭黑的化學(xué)組成與沉淀白炭黑相同，但性能較沉淀白炭黑優(yōu)越，

活性白炭黑是一種超細(xì)、具有高度的表面活性的SiO2微粉，其比表面積為沉淀白炭黑的4～5倍，粒徑一般在0.05μm以下。在橡膠中有透明性和半透明性，廣泛用于橡膠、乳膠、塑料薄膜、皮革、涂料、粘合劑、合成樹(shù)脂、造紙、農(nóng)藥、炸藥、日用化工等領(lǐng)域，是透明和彩色膠制品中不可缺少的材料。而沉淀白炭黑：外觀白色無(wú)定形微細(xì)粉末，其真比重為2.0～2