2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——煤炭廢棄物資源化學(xué)資源化利用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項(xiàng)不屬于典型的煤炭開采和加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物？A.煤矸石B.粉煤灰C.煤泥D.天然氣水合物2.煤矸石通常具有酸性，其主要酸性來源是其中的哪種礦物成分與水反應(yīng)？A.石英(SiO2)B.煤炭本身有機(jī)質(zhì)C.硫鐵礦(FeS2)D.氧化鋁(Al2O3)3.在煤矸石山淋溶水中，通常含量較高且對環(huán)境危害較大的陽離子是？A.Na+B.K+C.Ca2+D.Mg2+4.粉煤灰在建材領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其主要活性成分是？A.氧化鐵(Fe2O3,FeO)B.氧化鋁(Al2O3)C.氧化鈣(CaO)D.玻璃體相5.下列哪種技術(shù)主要利用煤炭廢棄物中的熱值進(jìn)行能源回收？A.煤矸石制磚B.粉煤灰提取氧化鋁C.煤矸石山復(fù)墾綠化D.粉煤灰發(fā)電6.煤泥作為低階煤，其資源化利用中比較經(jīng)濟(jì)可行的途徑是？A.直接填埋B.作為燃料直接燃燒C.通過洗選提純后作為配煤或單獨(dú)利用D.用于制備高附加值化學(xué)品7.礦井水中通常含有較高濃度的鹽類和懸浮物，其主要的處理難點(diǎn)在于？A.pH值調(diào)節(jié)B.酸性物質(zhì)去除C.高鹽分去除D.氮氧化物去除8.下列哪種資源化利用途徑屬于煤炭廢棄物向高附加值化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的典型例子？A.粉煤灰制備水泥B.煤矸石制備建筑用磚C.煤泥氣化制備合成氣D.粉煤灰用于土壤改良9.在評價(jià)一項(xiàng)煤炭廢棄物資源化利用技術(shù)的可行性時(shí)，以下哪個(gè)因素不是主要考慮因素？A.技術(shù)成熟度和穩(wěn)定性B.產(chǎn)品市場需求和價(jià)格C.投資成本和運(yùn)行費(fèi)用D.廢棄物產(chǎn)生量的大小10.煤炭廢棄物資源化利用所體現(xiàn)的資源化學(xué)核心思想是？A.盡可能降低處理成本B.徹底消除所有有害成分C.實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化、高值化和無害化D.替代傳統(tǒng)化石能源二、填空題1.粉煤灰的主要危害之一是其中的______可能導(dǎo)致土壤和水源的污染。2.煤矸石的綜合利用途徑主要包括______、建材利用和化工利用等。3.礦井水回用是煤礦資源化利用的重要組成部分，其回用方向包括______和工業(yè)用水等。4.煤炭廢棄物資源化利用過程中，需要關(guān)注其對______、______和土壤環(huán)境的影響。5.利用粉煤灰制備地質(zhì)聚合物，其主要活性成分（SiO2,Al2O3）與______發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。三、名詞解釋1.煤矸石山淋溶污染2.粉煤灰的活性3.煤泥4.礦井水復(fù)用5.煤炭氣化四、簡答題1.簡述煤矸石用于制備水泥的主要化學(xué)反應(yīng)原理。2.與傳統(tǒng)粘土磚相比，利用粉煤灰制備水泥或磚塊有哪些優(yōu)點(diǎn)？3.簡述礦井水pH值調(diào)節(jié)的一般方法和目的。4.簡述煤泥作為燃料直接燃燒可能面臨的主要技術(shù)問題。5.簡述資源化學(xué)理念在煤炭廢棄物資源化利用中的具體體現(xiàn)。五、論述題論述粉煤灰在建材領(lǐng)域的主要資源化利用途徑，并分析其在利用過程中可能存在的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)的控制措施。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.D5.D6.B7.C8.C9.D10.C二、填空題1.重金屬2.發(fā)電3.農(nóng)業(yè)灌溉4.大氣環(huán)境水環(huán)境5.氫氧化鈉或氫氧化鈣三、名詞解釋1.煤矸石山淋溶污染：指煤矸石在雨水或地表水的淋溶作用下，使其中的酸性物質(zhì)（如硫酸）和重金屬離子溶出，污染周圍土壤和地下水的現(xiàn)象。2.粉煤灰的活性：指粉煤灰中的非晶態(tài)玻璃體相（主要含SiO2,Al2O3）在堿性激發(fā)劑（如石灰、水玻璃）作用下，能自身水化或參與水化反應(yīng)，生成具有膠凝性能的水化產(chǎn)物的性質(zhì)。3.煤泥：指從原煤洗選過程中排出的細(xì)粒級（通常小于0.5mm）煤料，含水量高，灰分也相對較高。4.礦井水復(fù)用：指對煤礦開采過程中產(chǎn)生的礦井水進(jìn)行處理，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，回用于礦井自身生產(chǎn)（如井下灑水、設(shè)備冷卻）、礦區(qū)生活或周邊農(nóng)業(yè)灌溉等用途的過程。5.煤炭氣化：指在高溫和有限氧或水蒸氣條件下，將煤炭轉(zhuǎn)化為含有CO、H2等可燃?xì)怏w（合成氣）和少量CO2、N2等的混合氣體的化學(xué)過程。四、簡答題1.簡述煤矸石用于制備水泥的主要化學(xué)反應(yīng)原理。解析思路：抓住煤矸石的主要成分（SiO2,Al2O3,CaO,Fe2O3,MgO等）和水泥熟料的主要成分（硅酸三鈣C3S,硅酸二鈣C2S,鋁酸三鈣C3A,鐵鋁酸四鈣C4AF）。理解煤矸石中的成分在高溫煅燒下可以替代部分天然石灰石（CaCO3）和粘土（提供SiO2,Al2O3）的作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水泥熟料礦物。例如：CaO+SiO2→C3S(或C2S)；Al2O3+CaO+SiO2→C4AF等。答案要點(diǎn)：煤矸石在高溫煅燒時(shí)，其含有的CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO等成分與自身有機(jī)物或吸附水發(fā)生分解和化學(xué)反應(yīng)，生成類似于水泥熟料中的硅酸鈣、鋁酸鈣、鐵鋁酸鈣等礦物。這些礦物在后續(xù)加水?dāng)嚢钑r(shí)發(fā)生水化反應(yīng)，形成水泥漿體，具有膠凝性能。關(guān)鍵反應(yīng)涉及CaO的提供和SiO2,Al2O3的參與水化。2.與傳統(tǒng)粘土磚相比，利用粉煤灰制備水泥或磚塊有哪些優(yōu)點(diǎn)？解析思路：從資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)三個(gè)角度比較。資源角度：利用工業(yè)廢棄物替代粘土，節(jié)約了寶貴的土地資源和不可再生的粘土資源。環(huán)境角度：減少了粘土開采對土地的破壞，降低了水泥或磚塊生產(chǎn)過程中由于粘土燒制產(chǎn)生的CO2等污染物排放，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色發(fā)展理念。經(jīng)濟(jì)角度：粉煤灰是燃煤電廠的副產(chǎn)品，價(jià)格低廉，利用粉煤灰可降低水泥或磚塊的生產(chǎn)成本。答案要點(diǎn)：①節(jié)約土地資源：利用工業(yè)廢棄物粉煤灰替代粘土，減少了粘土開采對土地的占用和破壞。②保護(hù)環(huán)境：減少了水泥生產(chǎn)中粘土高溫?zé)频腃O2排放；減少了粉煤灰堆存帶來的環(huán)境問題。③降低成本：粉煤灰來源廣泛、價(jià)格低廉，可降低水泥或磚塊的生產(chǎn)成本。④提高性能：粉煤灰活性成分參與水化，可能改善水泥或磚塊的某些性能（如后期強(qiáng)度、抗?jié)B性）。3.簡述礦井水pH值調(diào)節(jié)的一般方法和目的。解析思路：礦井水pH值通常較低（酸性），主要來源于煤層和圍巖中的硫化物（如FeS2,ZnS）氧化。調(diào)節(jié)pH值的目的主要是為了：①中和酸性，防止酸性水腐蝕管道設(shè)備；②使重金屬離子（如Cu2+,Zn2+,Fe2+,Mn2+等）能夠通過沉淀或吸附去除，提高水的可生化處理性或回用安全性。常用方法是根據(jù)pH值情況，投加堿性物質(zhì)如石灰（CaO/Ca(OH)2）、石灰石（CaCO3）、純堿（Na2CO3）等。答案要點(diǎn)：方法：通常向酸性礦井水中投加堿性物質(zhì)，如石灰、石灰石粉末或乳液、氫氧化鈉、碳酸鈉等，以中和其中的酸性物質(zhì)。目的：①提高礦井水的pH值，防止其腐蝕井下設(shè)備和管道。②將pH值調(diào)節(jié)至適宜范圍（通常在中性或弱堿性，如6-9），使水中的重金屬離子易于形成沉淀而被去除，提高后續(xù)處理效率或保障回用安全。4.簡述煤泥作為燃料直接燃燒可能面臨的主要技術(shù)問題。解析思路：分析煤泥作為燃料的特殊性質(zhì)及其對燃燒過程的影響。主要問題點(diǎn)：水分含量高導(dǎo)致著火困難、燃燒效率低、排煙量大；灰分含量高可能導(dǎo)致爐膛結(jié)渣、磨損；粒度細(xì)易造成風(fēng)管堵塞、除塵系統(tǒng)負(fù)擔(dān)重；發(fā)熱量相對較低（除非是洗中煤）；可能含有較多硫化物和氮化物，導(dǎo)致燃燒污染物排放較高。答案要點(diǎn)：①高水分：煤泥水分通常很高（>15%甚至>30%），著火點(diǎn)高，著火困難，燃燒效率低，排煙量大，增加鍋爐熱耗。②高灰分：灰分含量高，易導(dǎo)致爐膛、煙道結(jié)渣，增加設(shè)備磨損，影響燃燒穩(wěn)定性。③易磨性和易堵灰：煤泥顆粒細(xì)，易被風(fēng)吹走造成風(fēng)管和除塵設(shè)備磨損、堵塞。④發(fā)熱量波動：煤泥發(fā)熱量受煤種和洗選過程影響，波動較大，影響鍋爐出力穩(wěn)定性。⑤污染物排放：煤泥常含有較高的硫和氮，直接燃燒可能導(dǎo)致SO2,NOx等污染物排放超標(biāo)。5.簡述資源化學(xué)理念在煤炭廢棄物資源化利用中的具體體現(xiàn)。解析思路：資源化學(xué)的核心思想是“變廢為寶”，即從資源的角度看待廢棄物，通過化學(xué)和物理方法提取其中的有價(jià)組分，實(shí)現(xiàn)其高值化利用，并注重過程的綠色化和可持續(xù)性。在煤炭廢棄物利用中，體現(xiàn)為：不是簡單處理或填埋，而是分析其化學(xué)成分，尋找其可作為原料或能源的途徑，開發(fā)轉(zhuǎn)化為建材、化工原料、能源等高附加值產(chǎn)品，并關(guān)注利用過程的環(huán)境影響，力求物質(zhì)循環(huán)和資源可持續(xù)利用。答案要點(diǎn)：①成分分析導(dǎo)向：深入分析煤炭廢棄物的化學(xué)組成和性質(zhì)，尋找其中可利用的有價(jià)組分。②高值化利用：通過化學(xué)轉(zhuǎn)化等手段，將廢棄物轉(zhuǎn)化為建材（如地聚合物）、化工產(chǎn)品（如氧化鋁、硅酸鈣）、能源（如發(fā)電、氣化）等附加值較高的產(chǎn)品，而非低值化或簡單利用。③資源循環(huán)：將廢棄物視為二次資源，在利用過程中盡可能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的循環(huán)流動，減少對原生資源的開采。④綠色化與無害化：在資源化利用過程中，采用環(huán)境友好的技術(shù)，控制污染物的排放，實(shí)現(xiàn)廢棄物的無害化處理。⑤可持續(xù)發(fā)展：通過資源化利用，減少環(huán)境污染，節(jié)約原生資源，推動煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。五、論述題論述粉煤灰在建材領(lǐng)域的主要資源化利用途徑，并分析其在利用過程中可能存在的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)的控制措施。解析思路：1.主要利用途徑:梳理粉煤灰在建材領(lǐng)域的幾個(gè)主要方向。①水泥混合材：作為水泥生產(chǎn)過程中的摻合料，替代部分水泥熟料，改善水泥性能，降低成本。②混凝土摻合料：直接加入混凝土攪拌中，改善混凝土的和易性、后期強(qiáng)度、耐久性等。③建筑砂漿摻合料：用于砌筑砂漿、抹灰砂漿等，提高砂漿的強(qiáng)度和耐久性。④制備新型墻體材料：如粉煤灰磚、砌塊、加氣混凝土、陶粒等。⑤制備地質(zhì)聚合物：利用粉煤灰活性SiO2和Al2O3，在堿性激發(fā)劑作用下，制備具有優(yōu)異性能的地質(zhì)聚合物材料。2.潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn):*重金屬污染:粉煤灰可能含有鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、砷(As)等重金屬，若管理不當(dāng)或在利用過程中（如生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、處置）發(fā)生泄漏，可能污染土壤和地下水。*放射性風(fēng)險(xiǎn):部分煤種燃燒產(chǎn)生的粉煤灰可能含有天然放射性核素（如鈾、釷系列），長期大量堆存或用于建材可能存在外部輻射暴露或向環(huán)境釋放的風(fēng)險(xiǎn)（盡管通常風(fēng)險(xiǎn)較低）。*堿性物質(zhì)腐蝕:用于混凝土或砂漿時(shí)，粉煤灰水化或火山灰反應(yīng)會產(chǎn)生堿性物質(zhì)，可能對鋼筋產(chǎn)生銹蝕（堿骨料反應(yīng)，若與活性二氧化硅反應(yīng)），或?qū)饘俾窦a(chǎn)生腐蝕。*粉塵污染:粉煤灰的運(yùn)輸、儲存和施用過程中可能產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染空氣。*堆存場地生態(tài)破壞:大量粉煤灰堆存可能占用土地，淋溶水污染周邊環(huán)境，堆體垮塌風(fēng)險(xiǎn)等。3.控制措施:*源頭控制與分類:對燃煤電廠排放的粉煤灰進(jìn)行分類處理，如根據(jù)放射性水平、重金屬含量等進(jìn)行分級，優(yōu)先利用低風(fēng)險(xiǎn)粉煤灰。改進(jìn)燃燒技術(shù)和煙氣凈化過程，從源頭上減少有害物質(zhì)（如重金屬）的排放。*標(biāo)準(zhǔn)制定與執(zhí)行:制定嚴(yán)格的粉煤灰產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T1596），限制重金屬、放射性核素等有害物質(zhì)的含量上限。在建材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定粉煤灰的摻量要求。*規(guī)范利用過程:規(guī)范粉煤灰的運(yùn)輸、儲存（建設(shè)符合標(biāo)準(zhǔn)的儲灰場，防止揚(yáng)塵和淋溶），以及施工過程中的操作管理。*環(huán)境監(jiān)測:對粉煤灰堆存場、周邊土壤、水體進(jìn)行定期環(huán)境監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置污染問題。對利用粉煤灰生產(chǎn)的產(chǎn)品（特別是用于重要基礎(chǔ)設(shè)施的）進(jìn)行質(zhì)量檢測和長期跟蹤。*安全處置:對于無法利用或風(fēng)險(xiǎn)較高的粉煤灰，應(yīng)進(jìn)行安全的填埋處置，建設(shè)符合標(biāo)準(zhǔn)的填埋場，進(jìn)行分層壓實(shí)、覆土、監(jiān)測等，防止污染擴(kuò)散。*科學(xué)研究:持續(xù)研究粉煤灰成分特性、環(huán)境影響機(jī)理，開發(fā)更安全、更高效的利用技術(shù)和固化技術(shù)。答案要點(diǎn)：粉煤灰在建材領(lǐng)域的利用途徑主要包括：1)作為水泥混合材，替代部分水泥熟料；2)作為混凝土和建筑砂漿的摻合料，改善性能、降低成本；3)制備新型墻體材料，如粉煤灰磚、砌塊等；4)利用其活性成分制備地質(zhì)聚合物材料。在利用過程中可能存在的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)有：1)重金屬（如Cd,Pb,Hg,As等）污染土壤和水源的風(fēng)險(xiǎn)；2)部分粉煤灰的放射性可能帶來的環(huán)境輻射風(fēng)險(xiǎn)；3)堿