煤系固体废物的资源化oweroinr

5煤系固体废物的资源化煤系固体废物煤矸石:煤的开采、加工过程产生。粉煤灰和锅炉渣：煤的利用过程（火力发电）产生。一座105kW装机容量的发电厂一年要排出105t煤灰渣!沉积于炉底高温烟气-100μmT>1300℃煤破碎焚烧炉悬浮燃烧集尘器捕集粉煤灰(飞灰)锅炉渣(底灰)占总灰渣量的10～20%占总灰渣量的80～90%5.1煤矸石的资源化煤矸石的产生量约占我国工业废渣年排放总量的1/4。一般每采1t原煤排矸石0.2t。据统计，煤矸石每年以0.8×108～1.0×108吨的速度增加。

一、煤矸石的组成有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成的混合物。一般，煤矸石的热值：837～418kJ/kg。表5-1煤矸石的化学组成，%SiO2Al2O3CaO

MgOFe2O3Na2O+K2O烧失量51～6516～361～71～42～91～2.52～17主要矿物包括高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。自燃过的煤矸石目前我国煤矸石的主要资源化途径有：

1)回收能源：作为大型沸腾炉燃料供热或发电：热值>8360kJ/kg。1975年在四川永荣矿务局建立了中国第一座流化床煤矸石电厂。2)生产建筑材料：煤矸石的成分中主要为粘土矿物。水泥、烧结砖瓦、免烧砖瓦、空心砌块、建筑陶瓷、轻骨料（陶粒）、岩棉等；3)用作建筑材料：代替河砂、碎石等铺路、井下回填、造地复垦。4)生产化工原料：聚合铝、分子筛等。与盐酸反应生成（2A1Cl3.H2O），再生成聚铝。5)用作农用肥料：钼、锌、锰、铜、硼等元素，可作为农作物生长的刺激剂6)回收硫化铁：有的煤矸石含有较多的硫化铁，可通过分选回收作为制取硫酸的原料。我国有七个选煤厂建立了硫化铁回收车间，从煤矸石中回收硫化铁，总设计能力为7.5×105t／a。5.2粉煤灰的资源化粉煤煤灰灰的的化化学学成成分分(％％)产地烧失量SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaO

MgOK2ONa2OSO3宝鸡西安苏州杨浦抚顺邵武石家庄石景山鹤壁坝桥郑州青岛开远铜陵新汶株洲南宁

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未燃燃烬烬碳碳。。含含碳碳一一般般为为5～～7%，，其其中中含含碳碳大大于于10%的的电电厂厂占占30%高钙钙灰灰：：CaO%20%低钙钙灰灰：：CaO%<20%高钙钙灰灰活活性性>低低钙钙灰灰作为为建建材材使使用用时时：：SiO2、Al2O3、Fe2O3含量量高高为为好好。。对于于低低钙钙灰灰：：SiO2+Al2O3+Fe2O3>70%对于于高高钙钙灰灰：：SiO2+Al2O3+Fe2O3>50%MgO、、SO3越低低越越好好粉煤煤灰灰的的矿矿物物组组成成两大类矿物

非晶态矿物

玻璃体：约占粉煤灰总量的50～80%

未燃烬炭

晶态矿物：主要来自原料，如石英、云母、长石、磁铁矿、赤铁矿、游离石灰等。常常被玻璃体包裹存在。粉煤煤灰灰的的矿矿物物组组成成对对其其性性质质和和应应用用具具有有很很大大的的影影响响。。矿物物组组成成对对粉粉煤煤灰灰活活性性的的影影响响：：玻璃璃体体含含量量，，化化学学内内能能，，粉粉煤煤灰灰活活性性游离离石石灰灰含含量量，，水水化化反反应应能能力力，，粉粉煤煤灰灰活活性性所以：高钙灰灰的活性来源源于两个方面面：玻璃体和和CaO而低钙灰则主主要取决于玻玻璃体含量的的多少。高钙灰的活性性>低钙灰的的活性粉煤灰活性：指粉煤灰在在和石灰、水水混合后所显显示的凝结硬化性性能。凝结硬化性能能，粉煤灰灰活性粉煤灰的活性性是潜在的，需要激发剂的激发才能显显示。常用激发剂有有：石灰、石石膏、水泥等等石灰激发机理理：粉煤灰的颗粒粒组成：粉煤灰是一一种微细的分分散物料。大大部分呈球状状，表面光滑滑，微孔较小小，小部分为为表面粗糙、、棱角较多的的集合颗粒。。因而，粉煤煤灰颗粒大小小不一，形貌貌各异，主要要的为球形颗粒和不不规则多孔颗颗粒，且其中90%的颗粒粒粒度为-40µm或-60µm。依化学成分，沉珠分

富钙玻璃微珠：CaO含量高，化学活性好

富铁玻璃微珠：氧化铁（Fe3O4、Fe2O3）含量高，由铝硅酸盐包裹Fe3O4、Fe2O3而成，具有磁性，叫“磁珠”（1）球形颗粒：：表面光滑，含含量多者达25%，少的的仅3～4%，粒径一般般从数微米到到数千微米，，密度和容重重均大，在水水中下沉，也也叫“沉珠”。多孔炭粒：呈球状或碎碎屑状、惰性性、比重和容容重均小、粒粒径和比表面面积均大，有有一定的吸附附性。可提取后直接接用做为吸附附剂或煤质颗颗粒的活性炭炭。（2）不规则多孔颗粒多孔铝硅玻璃体多孔炭粒多孔铝硅玻璃璃体：这类颗粒富富含SiO2和Al2O3，是我国粉煤煤灰中为数最最多的颗粒，，有的多达70％以上。。该颗粒具有有较大的比表表面积，粒径径从数十微米米到数百微米米，其中有一一种密度很小小（<1）、、具有封闭性性孔穴的颗粒粒、能浮于水水面上，称为为“漂珠”。漂珠含量可达粉煤煤灰总体积的的15～20%，但重量量仅为总重量量的4～5%，是一种多多功能材料。。二、粉煤灰的的资源化（1）回收有有价组分：空心微珠、煤煤炭、铁金属属物质、A12O3等粉煤灰中含有有50～80%的空心玻玻璃微珠漂珠：480kg/m3厚壁空心微珠：沉珠：800kg/m3包括空心微珠，具具有多种优异异性能：①具耐热、隔隔热、阻燃的的特点，是新型保温、低低温制冷绝热热材料与超轻轻质耐火原料料，利用它可生生产多种保温温、绝（隔））热、耐火产产品。②是塑料，尤其是是耐高温塑料料的理想填料料，其用于聚氯氯乙烯制品，，可以提高软软化点10℃℃以上，并提提高硬度和抗抗压强度。改改善流动性。。用环氧树脂脂作粘结剂，，聚氯乙烯掺掺合空心微珠珠材料可制成成复合泡沫材材料。用它作作聚乙稀、苯苯乙稀的充填填材料，不仅仅可提高其光光泽、弹性、、耐磨性，而而且具有吸声声、减振和耐耐磨效果。③空心微珠表表面多微孔，，可作石油化化工的裂化催催化剂和化学学工业的化学学反应催化剂，也可用作化化工、医药、、酿造、水工工业等行业的的无机球状填充充剂、吸附剂剂、过滤剂，它由于硬度度大、耐磨性性能好，常被被作为染料工工业的研磨介质，作墙面地板板的装饰材料，利用厚壁微微珠还可生产产耐磨涂料。在军工领域域，它被用作作航天航空设设备的表面复复合材料和防防热系统材料料，并常被用用于坦克刹车车。④空心微珠比比电阻高，且且随温度升高高而升高，是是电瓷和轻型电电器绝缘材料料的极好原料料，利用它可制制成绝缘陶瓷瓷和渣绒绝缘缘物。图3.29粉粉煤灰灰中空心微珠珠的分选流程程水力分级-74µm+74µm飘珠粉煤灰水力分级空心微珠粗选碳粒密实微珠铁质微珠粗选扫选空心微珠精选碳粒密实微珠铁质微珠精选扫选分选煤炭：浮选和电选两两种方法粉煤灰浮选槽非极性捕收剂上浮产品：煤炭槽中不上浮产品：尾灰柴油作捕收剂，用用松油为起泡剂回收率85～～94%，精精煤热值>20950kJ/kg，，每吨精煤成本本约10元，，浮选回收的的精煤具有一一定的吸附性性，可直接作作吸附剂，也也可用于制作作粒状活性炭炭。尾灰含炭量小小于5%在高压电场的的作用下发生生煤、灰分离离的过程。电电选回收炭要要求干料，水水分小于1%，温度保持持在80℃以以上。粉煤灰电选机煤炭尾灰煤与灰的介电电性能不同煤的比电阻一般104～105Ωcm灰的比电阻一般在1012Ωcm左右提取A12O3A12O3是粉煤灰的主主要成分，一般含17～～35%，可作为宝贵贵的铝资源。。一般认为，，粉煤灰中A12O3高于25%才才有回收价值值。1320～1400℃CO2滤渣（Ca2SiO4）CaCO3Na2CO3溶液循环粉煤灰粉磨烧结自粉化冷却溶出Na2CO3过滤NaAlO2粗液脱硅CaO控制过滤NaAlO2精液碳分过滤Al2O3·3H2O煅烧Al2O3产品图5-15石石灰石烧结结法提取粉煤煤灰中氧化铝铝的工艺流程程（2）粉煤灰灰用作建材和和建材的生产产原料制水泥、制砖、配制制混凝土、轻质混凝土土和加气混凝凝土、骨料等等。质量较差差的灰渣可用用来铺路，作作基础以及作作填充料等。。粉煤灰水泥的的组成：粉煤灰+硅酸盐水泥熟料+适量石膏磨细粉煤灰水泥不加硅酸盐水水泥熟料时，，称无熟料水水泥掺入不同比例例的熟料，得得到不同规格格的水泥粉煤灰粉煤灰砌块振动成型搅拌水生石灰石膏炉渣配料蒸汽养护拆模图5-23粉粉煤灰硅硅酸盐砌块生生产工艺流程程表5-16粉粉煤灰砌砌块混合料的的配合比，%粉煤灰炉渣生石灰石膏用水量315512230～36粉煤灰粉煤灰加气混凝土水生石灰石膏球磨机高压养护模具计量罐浇注车铝粉计量机球磨机水泥计量计量切割出釜图5-24粉粉煤灰加加气混凝土生生产工艺流程程生产密度为500kg/m3的高压养护粉粉煤灰加气混混凝土，其配配合比为：水水泥（525号硅酸盐水水泥）10%、生石灰（（有效氧化钙钙以14.5%计）20%、二水石石膏（占水泥泥和石灰用量量）10%、、粉煤灰约70%、铝粉粉6%、气泡泡稳定剂少量量、水料比0.6～0.7。粉煤灰煤球磨混合搅拌破碎筛分成球烘干烧结粉煤灰陶粒粘土烘干球磨图5-25粉粉煤灰陶陶粒生产工艺艺流程据估计，每生生产1t粉煤灰陶粒需需用干粉煤灰灰800～850kg（湿粉煤灰1100～1200kg）。一个年产10万m3的粉煤灰陶粒粒厂，每年可可处理干粉煤煤灰6万t左右（湿粉煤煤灰10万t左右）。（3）粉煤灰灰生产化工产产品粉煤灰中SiO2和Al2O3含量较高，可可用于生产化化工产品，如如絮凝剂、分分子筛、白炭炭黑（沉淀SiO2）、水玻璃、无水水氯化铝、硫硫酸铝等。热解聚合粉煤灰700℃灼烧粉碎筛分（60～100目）细粉硫酸浸取过滤蒸发结晶分离烘干硫酸铝盐酸浸取过滤烘干粉碎聚合铝滤渣漂洗干燥粉磨白炭黑直接作水泥填料蒸发图5-26粉粉煤灰综综合利用工艺艺流程滤液H2SO4溶液硫酸处理盐析HCl溶液+NH4F粉煤灰酸浸过滤碱解水玻璃含硅残渣NaOH溶液过滤滤渣滤液浓缩滤液活性白炭黑HCl、NaCl过滤滤饼烘干沉淀白炭黑凝结溶胶H2SO4溶液洗涤干燥图5-27酸酸溶法制制取水玻璃和和白炭黑工艺艺流程活性白炭黑的的化学组成与与沉淀白炭黑黑相同，但性性能较沉淀白白炭黑优越，活性白炭黑是一种超细、具有高度的的表面活性的的SiO2微粉，其比表表面积为沉淀淀白炭黑的4～5倍，粒径一般在在0.05μm以下。在橡胶胶中有透明性性和半透明性性，广泛用于于橡胶、乳胶胶、塑料薄膜膜、皮革、涂涂料、粘合剂剂、合成树脂脂、造纸、农农药、炸药、、日用化工等等领域，是透透明和彩色胶胶制品中不可可缺少的材料料。而沉淀白炭黑黑：外观白色无无定形微细粉粉末，其真比比重为2.0～2.6，，熔点1750℃，折光光率1.46。粒径一般般为10～25μm，含水率小于2%。广泛用用于橡胶和塑塑料工业，是是一种较理想想的补强填充充剂。在塑料料工业中，能能赋予制品以以低的吸水性性和良好的介介电性能。粉煤灰用于制制备吸附材