1、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: 燃煤電廠將煤磨細成100u m以下的細粉，用預(yù)熱空氣噴入爐膛懸浮燃燒,產(chǎn)生高溫?zé)煔猓?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,碎片：冷卻過快,空心球體：有氣體夾裹,內(nèi)部結(jié)晶體：

2、大液滴 冷卻速度慢,玻璃體：小液滴 冷卻速度快,外觀相近、顆粒較細、但并不均勻的多相混合物,粉煤灰收集：煙氣除塵和底灰除渣兩個系統(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，還受煤粉細度、收集、排灰方法的影響,總的來說，化學(xué)成分主要包括：Sio2 Al2O3 Fe2O3 CaO 和未燃燒盡的碳,化學(xué)成分是評價粉煤灰質(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，

3、燒失量越高，粉煤灰質(zhì)量越差。,Sio2 Al2O3 Fe2O3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 （）含量高低，將其區(qū)分為高鈣灰和低鈣灰。,我國燃煤電廠基本上是使用煙煤，粉煤灰中caO含量偏低，屬低鈣灰，但Al2O3 含量一般比較高，燒失量也較高,(二)粉煤灰的礦物組成,1粉煤灰的礦物來源,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

4、來石、石英、云以、長石等,、礦物組分對粉煤灰性質(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)。,（三)粉煤灰的顆粒組成,粉煤灰是由各種大小不一，形貌各異的顆粒組成的。,1球形顆粒,球形顆粗大而光滑，有的圓球上還嵌有前面提到的晶體，我國粉煤灰中，此類顆粒含量由-不等，粒徑變化大（幾幾十um），比重和容重均大，在水中下沉，也稱“沉珠”。,“沉珠”依其化學(xué)

5、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，重量-，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度，氧化鐵含量關(guān)系到漂珠的數(shù)量（），冷卻速度不能過快。 （優(yōu)良的母煤、燃燒溫度、冷

6、卻速度）,（）碎片：結(jié)晶礦物顆粒碎片、玻璃體碎片、碎屑狀碳粒,三、粉煤灰的物理性質(zhì)和品質(zhì)指標(biāo),、外觀、顏色 外觀像水泥，由乳白到灰黑不等（碳）,、比重、容重 低鈣灰比重.-.；高鈣灰比重.-. 粉煤灰的松散干容重變化范圍為600一1000kgm3，壓實容重為13001600kgm3,3、細度 粉煤灰的顆粒粒徑極限為0.5-300um。大部分在um以下 我國規(guī)定以45um篩余百分?jǐn)?shù)為細度指標(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，這是粉煤灰的一個明顯的優(yōu)越性。含碳量較高的粉煤灰，則又會明顯地增加用水量。這個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

7、,近年來，國內(nèi)外提出許多有關(guān)粉煤灰的分級方法，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(G14690)規(guī)定了考核粉煤灰品質(zhì)的三個等級四項指標(biāo)，見表103。,一般情況下，低需水量的粉煤灰測定值為2230，中等需水量為30一40，高需水量可達50一60。,四、粉煤灰的活性 、粉煤灰的活性概念,粉煤灰的活性也叫“火山灰活性”?；鹕交一钚允侵富鹕交?、凝灰?guī)r、浮石、硅藻土等天然火山灰類物質(zhì)所具有的這樣一些性能：,其成分中以Si02和A1O為主(758)，且含有相當(dāng)多的玻璃體或其他無定形物質(zhì)；,其本身無水硬性；,在潮濕環(huán)境，能與Ca(OH)等發(fā)生反應(yīng)，生成一系列水化產(chǎn)物

8、凝膠；,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)護方法,2以石灰和水泥為激發(fā)劑的蒸壓養(yǎng)護方法,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)，測定每克粉煤灰在一定時間內(nèi)的石灰吸收值。通常，石灰吸收值越大，粉煤灰活性越好。 適用于低碳細灰但對密實度高、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，并測定其

9、溶出量，作為評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砂漿強度試驗法,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、測定試件強度或與對比試件的強度比較，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),四、粉煤灰綜合利用情況,（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

10、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61。,電選適用于干法排放的粉煤灰。其原理是利用粉煤灰在高壓電場作用下，因灰與炭導(dǎo)電性能不同，而進行分離的方法。粉煤灰是非導(dǎo)體物料(比電阻1010一1012歐厘米)；炭粒是良導(dǎo)體物 料(比電阻為104一105歐厘米)。在圓形電暈電場中，當(dāng)粉煤灰獲得電荷后，炭粒因?qū)щ娦阅芰己?。很快地將所獲電荷通過圓筒帶走，便在重力慣性離心力作用下，脫離圓筒表面，被拋入導(dǎo)體產(chǎn)品槽中，而非導(dǎo)體的粉煤灰所獲電荷在表面釋放速度石慢，故在電場力作用下，吸收在圓筒表面上，被旋轉(zhuǎn)

11、圓筒帶到后部，由卸科毛刷排人非導(dǎo)體產(chǎn)品槽中，從而達到灰炭分離。,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)磁選機選出。,粉煤灰中合鐵量(一般以Fe 2O 3表示)的范圍在829%。,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、沖洗泵和沉淀池。粉煤灰從濕式水膜除塵器下排出后，直接進入磁選機的給礦箱，鐵粉選出后流入沉淀池沉淀，尾礦灰仍通過排灰溝徘出。一般電廠采用兩級磁選，在一、二級磁選機間加一臺沖洗水泵，這樣可以提高磁選

12、效率。兩級磁選鐵精礦的品位可達到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，經(jīng)過一級磁選，鐵精礦品位可達到55%。,從粉煤灰中選鐵具有工藝簡單、投資省、成本低的優(yōu)點、所選出的鐵精礦可冶煉生鐵，并能達到國家一類生鐵標(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小、質(zhì)輕、空心、隔熱、隔音、耐高溫和低溫、耐磨、強度高及電絕緣等優(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

13、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、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。一是干法機械分選法；二是濕法分選法。 (1)干法機械分選 利用重力選礦原理,粉煤灰分選器是采用重力分離的方法。分選器是由三個大小不等的沉降箱所組成，在每個沉降箱的下部，都設(shè)有卸料裝置。當(dāng)含有粉煤灰的氣流，由進氣管道進入沉降箱時，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

14、的玻璃體、石英、莫來石、實心珠、鐵球和大顆粒炭粒等大部分都分別沉降在分選器內(nèi)；還有大部分細小的空心玻璃微珠、超細微珠等隨氣流進入分離器。,(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,凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰，加入適量石膏磨細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,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

15、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-,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(30um)顆粒均勻分布于水泥漿體的基相之中因而具有微細集料的優(yōu)良性能,微珠本身強度高，有的達700MPa以土， 微細集料使水泥漿體的結(jié)構(gòu)強度增強； 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