第十章煤系固體廢物的處理與利用第一節(jié)粉煤灰第二節(jié)煤矸石第一節(jié)粉煤灰一、粉煤灰的形成與排輸粉煤灰:燃煤電廠將煤磨細(xì)成100um以下的細(xì)粉，用預(yù)熱空氣噴入爐膛懸浮燃燒,產(chǎn)生高溫?zé)煔?，?jīng)由捕塵裝置捕集，就得到粉煤灰，也叫飛灰；占灰渣總量的80-90%;底灰:少量煤粉粒子在燃燒過過程中，由于碰撞黏結(jié)成塊，沉積于爐底，稱為底灰。占灰渣總量10一20％。粉煤灰的組成:由玻璃體、內(nèi)部結(jié)晶體、空心球體、碎片組成的外觀相近，顆粒較細(xì)但并不均勻的多相混合物。氣壓增大煤粉1300熔融液滴膨脹液滴湍流各種成分低溫段球體粉煤灰收集：煙氣除塵和底灰除渣兩個(gè)系統(tǒng)。干排是將收集到的飛灰直接輸入灰倉。粉煤灰的排輸：分濕法和干法排輸濕排是使粉煤灰通過管道和灰槳泵組成的排灰系統(tǒng)，用高壓水力輸送到貯灰場(chǎng)或江、河、湖、海。濕排又分灰渣分排和灰渣混排。二、粉煤灰的組成（一）粉煤灰的化學(xué)組成主要由母煤的化學(xué)組成和燃燒條件、溫度決定，還受煤粉細(xì)度、收集、排灰方法的影響總的來說，化學(xué)成分主要包括：Sio2Al2O3Fe2O3

CaO

和未燃燒盡的碳化學(xué)成分是評(píng)價(jià)粉煤灰質(zhì)量的重要技術(shù)參數(shù)粉煤灰的燒失量可以反映鍋爐燃燒狀況，燒失量越高，粉煤灰質(zhì)量越差。Sio2Al2O3Fe2O3的含量直接影響其作為建筑材料的優(yōu)劣高鈣灰和低鈣灰：CaO（２０％）含量高低，將其區(qū)分為高鈣灰和低鈣灰。母煤組成：鋁硅酸鹽類鋁土礦和氧化硅、黃鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、氮化物等礦物，而以鋁硅酸鹽類粘土礦（高嶺土頁巖礦形成偏高嶺土Al2O3．Sio2

）和氧化硅為主。

2．粉煤灰的主要礦物組分無定形相結(jié)晶相玻璃體未燃盡的碳粒50一80％，化學(xué)內(nèi)能化學(xué)活性莫來石、石英、云以、長石等３、礦物組分對(duì)粉煤灰性質(zhì)的影響低鈣粉煤灰的活性主要取決于無定形玻璃相礦物所以，從礦物組分來說，低鈣灰的玻璃體含量越高，粉煤灰的化學(xué)活性越好。高鈣粉煤灰中富鈣玻璃體含量多，且又有較多的氧化鈣結(jié)晶和水泥熟料的一些礦物結(jié)晶組分。而高鈣粉煤灰的化學(xué)活性均高于低鈣灰，這表明，高鈣灰的性質(zhì)既與玻璃相有關(guān)，又與結(jié)晶相有關(guān)。“沉珠”依其化學(xué)成分，可以分為富鈣玻璃微珠和富鐵玻璃微珠。前者富集氧化鈣，化學(xué)活性好；后者富集了氧化鐵，具有磁性，叫做“磁珠”。2．不規(guī)則多孔顆粒不規(guī)則多孔顆粒包括多孔碳粒和多孔鋁硅玻璃體

(1）多孔炭粒：有的呈球狀，有的為碎屑，屬惰性組分，比重和容重均小，粒徑和比表面積均大，對(duì)其性能有不良影響。

(2)多孔鋁硅玻璃體；富有含氧化硅、氧化鋁是粉煤灰中含量最多的顆粒（達(dá)70％以上）。（開放性孔穴，表面蜂窩狀；封閉孔穴，內(nèi)部蜂窩狀“漂珠”）關(guān)于“漂珠”占粉煤灰體積的１５－２０％，重量４-５％，是一種多功能的新材料。漂珠內(nèi)封閉氣體形成的最佳溫度１４００度，氧化鐵含量關(guān)系到漂珠的數(shù)量（＞８％），冷卻速度不能過快。（優(yōu)良的母煤、燃燒溫度、冷卻速度）（３）碎片：結(jié)晶礦物顆粒碎片、玻璃體碎片、碎屑狀碳粒

3、細(xì)度粉煤灰的顆粒粒徑極限為0.5-300um。大部分在４５um以下我國規(guī)定以45um篩余百分?jǐn)?shù)為細(xì)度指標(biāo)

4．需水量比在水泥或混凝土中摻入粉煤灰，一般可以降低水泥或混凝土的用水量，這是粉煤灰的一個(gè)明顯的優(yōu)越性。含碳量較高的粉煤灰，則又會(huì)明顯地增加用水量。這個(gè)用水量稱作粉煤灰的需水量。(二)粉煤灰的品質(zhì)指標(biāo)分級(jí)近年來，國內(nèi)外提出許多有關(guān)粉煤灰的分級(jí)方法，其依據(jù)各不相同。我國1991年10月1日起開始施行的《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GＢ146—90)規(guī)定了考核粉煤灰品質(zhì)的三個(gè)等級(jí)四項(xiàng)指標(biāo)，見表10—3。一般情況下，低需水量的粉煤灰測(cè)定值為22—30％，中等需水量為30一40％，高需水量可達(dá)50一60％。四、粉煤灰的活性１、粉煤灰的活性概念④上述水化產(chǎn)物不論在空氣中，還是在水中都能硬化產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度。

(二)粉煤灰活性的激發(fā)粉煤灰的活性是潛在的，需用激發(fā)劑激發(fā)，才能發(fā)揮出來1、以石灰和石膏作激發(fā)劑的蒸汽養(yǎng)護(hù)方法

2．以石灰和水泥為激發(fā)劑的蒸壓養(yǎng)護(hù)方法3．以水泥熟料和石膏為激發(fā)劑的常溫激發(fā)方法

(三)粉煤灰活性的評(píng)定

1．石灰吸收法此法是將定量粉煤灰浸泡在石灰的飽和溶液內(nèi)，測(cè)定每克粉煤灰在一定時(shí)間內(nèi)的石灰吸收值。通常，石灰吸收值越大，粉煤灰活性越好。適用于低碳細(xì)灰但對(duì)密實(shí)度高、比表面積小的粉煤灰顆粒（物理吸附、化學(xué)吸附）不適用

2．溶出度試驗(yàn)法此法主要是用酸或堿處理粉煤灰，將其中可溶Sio2

和Al2O3

溶出，并測(cè)定其溶出量，作為評(píng)定粉煤灰活性的指標(biāo)。通常，可溶物越多，扮煤灰活性越好。

3．砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)法此法是在粉煤灰中摻入一定比例的石灰或水泥熟料，磨細(xì)到一定比表面積，配成石灰或水泥砂槳，做成一定尺寸試件、測(cè)定試件強(qiáng)度或與對(duì)比試件的強(qiáng)度比較，作為衡量粉煤灰活性的指標(biāo)。操作簡單活性是反映粉煤灰性能的主要指標(biāo)（一）回收碳、鐵、氧化鋁、空心微珠粉煤灰脫炭可以用浮選法，也可以用電選法。浮選法適用干濕法排放的粉煤灰，此方法是利用粉煤灰煤粒表面親水性能的差異而將其區(qū)分的一種方法。在灰漿中加入捕收劑(如柴油等)，疏水的煤粒被其侵潤而吸附在由于攪拌所產(chǎn)生的空氣泡上，上升至液面形成礦化泡沫層即為精煤。親水的粉煤灰粒則被作為尾礦排除。為了使空氣泡穩(wěn)定，還需要往灰漿水中起泡劑(如雜醇油、松尾油、X油等)以減少水的表面張力。粉煤灰選炭浮選流程見圖6—1。從粉煤灰中選鐵煤炭中除了可燃物炭外，還共生有許多合鐵礦物，如黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等。煤炭經(jīng)過電廠鍋爐高溫下燃燒，鐵礦物質(zhì)即轉(zhuǎn)變?yōu)榇判匝趸F，此種磁性氧化鐵可以直接經(jīng)磁選機(jī)選出。粉煤灰中合鐵量(一般以Fe2O3表示)的范圍在8~29%。選鐵可以濕選，也可以干選，目前各電廠采用的是濕式磁選工藝。主要設(shè)施是半逆流永磁式磁選機(jī)、沖洗泵和沉淀池。粉煤灰從濕式水膜除塵器下排出后，直接進(jìn)入磁選機(jī)的給礦箱，鐵粉選出后流入沉淀池沉淀，尾礦灰仍通過排灰溝徘出。一般電廠采用兩級(jí)磁選，在一、二級(jí)磁選機(jī)間加一臺(tái)沖洗水泵，這樣可以提高磁選效率。兩級(jí)磁選鐵精礦的品位可達(dá)到50一56%。干燥的粉煤灰磁選效果比濕灰磁選效果好，根據(jù)試驗(yàn)，經(jīng)過一級(jí)磁選，鐵精礦品位可達(dá)到55%。從粉煤灰中選鐵具有工藝簡單、投資省、成本低的優(yōu)點(diǎn)、所選出的鐵精礦可冶煉生鐵，并能達(dá)到國家一類生鐵標(biāo)準(zhǔn)。因此，它不僅是粉煤灰綜合利用的有效途徑，而旦也是重要的資源開發(fā)形式．從粉煤灰中提取氧化鋁用石灰石燒結(jié)工藝從粉煤灰中提取氧化鋁其主要工藝過程為熟料燒成、自粉化溶出、脫硅、炭分和鍛燒。從粉煤灰中回收玻璃微珠空心玻璃微珠具有顆粒細(xì)小、質(zhì)輕、空心、隔熱、隔音、耐高溫和低溫、耐磨、強(qiáng)度高及電絕緣等優(yōu)異的多功能特性。由于上述一些優(yōu)良性能，使得空心玻璃微珠成為一種多功能的材料，可廣泛用于下列幾方面：1)可作為輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐火、防火、隔熱保溫等建筑材料的原材料；2)可作塑料中較理想的填料，并能提高塑料的保溫性能。

2．分選空心玻璃微珠的方法目前國內(nèi)外從粉煤灰中提選空心玻璃微珠，大致可以分為兩種方法。一是干法機(jī)械分選法；二是濕法分選法。(1)干法機(jī)械分選利用重力選礦原理粉煤灰分選器是采用重力分離的方法。分選器是由三個(gè)大小不等的沉降箱所組成，在每個(gè)沉降箱的下部，都設(shè)有卸料裝置。當(dāng)含有粉煤灰的氣流，由進(jìn)氣管道進(jìn)入沉降箱時(shí)，由于氣流通道斷面的增大，使氣體流速迅速下降，粉煤灰借本身重力的作用，有一部分逐漸下落到沉降箱中。根據(jù)等降原理，較重的粗顆粒，蜂窩狀的玻璃體、石英、莫來石、實(shí)心珠、鐵球和大顆粒炭粒等大部分都分別沉降在分選器內(nèi)；還有大部分細(xì)小的空心玻璃微珠、超細(xì)微珠等隨氣流進(jìn)入分離器。(2)濕法分選空心玻璃微珠（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、粉煤灰混凝土和生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚、粉煤灰蒸養(yǎng)磚、粉煤灰砌塊、粉煤灰陶粒等。粉煤灰水泥1．粉煤灰水泥定義反其質(zhì)量等級(jí)凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰，加入適量石膏磨細(xì)制成的水硬膠凝材料，稱為粉煤灰水泥。也叫做粉煤灰硅酸鹽水泥

(2)粉煤灰水泥的質(zhì)量等級(jí)

2．幾種粉煤灰水泥

(1)用粉煤灰生產(chǎn)的“普通硅酸鹽水泥”以硅酸鹽水泥熟料為主，摻入＜15％粉煤灰磨制而成，其性能與用等量的其他混合料摻配成的普通硅酸鹽水泥無太大差異，統(tǒng)稱普通硅酸鹽水泥。

(2)礦渣硅酸鹽水泥是用硅酸鹽水泥熟料與高爐水淬渣按一定配比摻配磨制成摻入＜15％粉煤灰代替部分高爐水淬渣．(3)粉煤灰硅酸鹽水泥以硅酸鹽水泥熟料為主，加入２０-４０％粉煤灰和石膏制成粉煤灰混凝土混凝土是以硅酸鹽水泥為膠結(jié)料，砂、石等為骨料，加水拌和而成的構(gòu)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。

1．粉煤灰在混凝土中的基本效應(yīng)形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)(1)形態(tài)效應(yīng)：該效應(yīng)泛指粉煤灰中各種礦物顆粒所具有的物理性狀在混凝土所產(chǎn)生的減水作用、致密作用、均質(zhì)化作用等。(2)活性效應(yīng)：該效應(yīng)是指粉煤灰中的活性成分所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)。(3)微集料效應(yīng)；該效應(yīng)是指粉煤灰中的微細(xì)(＜30um))顆粒均勻分布于水泥漿體的基相之中因而具有微細(xì)集料的優(yōu)良性能①微珠本身強(qiáng)度高，有的達(dá)700MPa以土，②微細(xì)集料使水泥漿體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)；③微粒在水泥漿體中分散狀態(tài)良好，有助于新拌混凝土和硬化混輕土均勻性的改善和孔隙的充填。

2．粉煤灰混凝土的性能（1)和易性(2)強(qiáng)度(3)水化熱(4)耐久性抗?jié)B、抗侵蝕抗凍差(5)干縮率干縮率小、抗拉強(qiáng)度高可提高制品的干縮抗裂性能