固废课程课件

第八章粉煤灰工业8.1粉煤灰来源

燃煤工业最主要的工厂是燃煤热电厂，这类工业产生以下四类固体废物：

①由除尘器收集的小颗粒飞灰，即粉煤灰，分为干排和湿排两种；

②由锅炉炉底产生的大颗粒底灰；

③熔化成团的炉渣；

④烟气脱硫污泥。

对于这类废物，常用的贮存或处置形式为：

土地填埋；尾矿坝(坝内装满后覆盖或送至填埋场)；堆放在采矿场、矿井或废物堆放场。

粉煤灰堆场

目前，世界各国对于燃煤工业产生的废物都制定了废物减量化计划：

①通过改变能源结构、用清洁能源代煤、提高热效率等措施，从源头减少废物的产生量；

②开发废物综合利用技术，如粉煤灰用于生产水泥，底渣用于筑路或各种建筑材料等。8.2粉煤灰组成

(1)化学组成

粉煤灰的化学组成类似于粘土的化学成分，主要包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃尽炭，其组成随煤的品种和燃烧条件不同而异。

煤粉灰化学成分是评价其质量的重要参数：

a根据粉煤灰中CaO含量的高低，将其分为高钙灰(CaO含量大于20％)和低钙灰。

b粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量直接关系到它用作建材原料的优劣。

c粉煤灰中的MgO和SO3对水泥和混凝土是有害成分，在应用中对其含量有一定限制要求。

d粉煤灰的烧失量可以反映锅炉燃烧状况，烧失量越高，粉煤灰质量越差。

我国燃煤电厂基本燃用烟煤，粉煤灰中CaO含量偏低，Al2O3含量较高，烧失量高。少数电厂用褐煤发电，或为了脱硫而喷烧石灰石、白云石，产生高钙粉煤灰。

(3)粉煤灰的颗粒组成

粉煤灰由各种大小不一、形貌各异的颗粒组成：

ａ球形颗粒球形颗粒表面光滑，有的圆球上还嵌有晶体。

粒径一般从数微米到数十微米，比重和容重均大，在水中下沉，也称“沉珠”，可分为富钙玻璃微珠和富铁玻璃微珠。前者富集了氧化钙，化学活性好；后者富集了氧化铁，具有磁性。ｂ不规则多孔颗粒

包括多孔炭粒、多孔铝硅玻璃体和碎片。

多孔炭粒：呈球状或碎屑，属惰性组分，比重和容重均小，粒径和比表面积均大。粉煤灰制品的强度和性能均随着含炭量的增加而下降。CarboninFlyAsh

多孔铝硅玻璃体：富含氧化硅和氧化铝，是我国粉煤灰中为数最多的颗粒。这类玻璃体，有的具有开放性孔穴，有的具有封闭性孔穴。

碎片：包括结晶矿物颗粒碎片和玻璃体碎片。此外，还有碎屑状炭粒。

碎片：包括结晶矿物颗粒碎片和玻璃体碎片。此外，还有碎屑状炭粒。

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SEMimage8.3粉煤灰物性

(1)外观和颜色

粉煤灰外观象水泥。

颜色是商品粉煤灰的重要指标。

粉煤灰的含炭量使其具有由乳白到灰黑等不同颜色，含碳量越高，颜色越深，品质越低。

炭粒存在于粉煤灰的粗颗粒中，粉煤灰的颜色可在一定程度上反映粉煤灰的细度。(3)细度

粒径范围为0.5-300μm，大部分在45μm。(3)需水量比

需水量比是粉煤灰水泥胶砂需水量与基准水泥胶砂需水量的比值，是粉煤灰的重要品质指标。

需水量比与粉煤灰含碳量、细度有关。

掺入需水量比大的粉煤灰会降低混凝土强度。(4)粉煤灰的品质指标分级

国内外提出多种粉煤灰分级方法，其依据各不相同。我国1991年10月1日起开始施行的《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GB146-90)规定了考核粉煤灰品质的三个等级四项指标。粉煤灰已广泛地应用于建筑材料、建筑工程、道路工程、农业以及环境工程。

粉煤灰的预处理

(1)回收炭及降低粉煤灰的含碳量

粉煤灰含碳量一般以烧失量(LOI)表示，与燃烧控制条件有关。

降低粉煤灰中碳含量的方法：

使煤充分燃烧，排灰前降低碳的含量；

高碳粉煤灰除碳。

ｂ用电选法从干排粉煤灰中回收炭灰的比电阻为1010～1012Ω，是非导体，炭的比电阻为104～105Ω，是良导体。

电选法回收炭是利用粉煤灰在高压电场的作用下，因灰与炭的导电性不同而实现分离。

ｃ燃烧法将电厂等燃煤企业排放的高碳粉煤灰再次放入燃烧装置中进行燃烧，降低粉煤灰的含碳量。(2)从粉煤灰中回收铁

煤炭中共生含铁矿物，经过高温燃烧，铁矿物质转变为磁性氧化铁(Fe3O4)，可用磁选分离。

粉煤灰中，当Fe2O3＞7%时，即有回收价值。

粉煤灰选铁可以湿选(半逆流永磁式磁选机，两级)，也可以干选。

从粉煤灰中分选出的铁精矿可冶炼生铁。

(3)从粉煤灰中提取氧化铝

粉煤灰中添加石灰，用烧结法提取氧化铝，在国外已投入工业生产。其主要工艺过程为熟料烧成、自粉化溶出、脱硅、炭分和锻烧。

(4)从粉煤灰中提取空心玻璃微珠

空心玻璃微珠具有颗粒细小、空心、隔热、隔音、耐高温、电绝缘等特点，应用广泛。

可采用干法机械分选、湿式分选法从粉煤灰中分选空心玻璃微珠。

用粉煤灰制白炭黑：先用碱反应获得Na2O·SiO2，然后酸化获得含水轻质二氧化硅。

(6)粉煤灰筑路材料

粉煤灰可用于修筑路堤和作基层材料，耗渣量大。粉煤灰石灰碎石、粉煤灰石灰土混合料基层具有较高的强度和较好的板体性。

(7)粉煤灰混凝土

粉煤灰是一种理想的砂浆和混凝土的掺合料，在泵送混凝土、商品混凝土以及压浆、灌缝混凝土中广泛掺用。

(8)粉煤灰在农业方面的应用

a

煤灰改良土壤

粘土粒度细、粘性大、质重、怕涝、易板结、透气性差，可利用粉煤灰改善粘土的性质。

b粉煤灰肥料粉煤灰富含Si、Ca、Fe、Mg，一定量的K，以及微量元素，如S、B、Zn、Cu等，是良好的Si、Ca肥及其他中微量元素资源。

粉煤灰往往含有对植物有害的元素(砷、汞)和放射性物质，用于农田应提倡科学性、计划性。(9)粉煤灰在其它方面的应用

a用于烟气净化

可用于脱除烟气中的SO2和NOx，同时粉煤灰中未燃尽碳又是烟气脱硫和脱氮的吸附剂。

b在废水处理中的应用

粉煤灰中含有大量的多孔性物质，是很好的吸附材料。主要用于：

除去工业废水中的重金属离子

有效地滞留阴离子

处理有机废水

用于废水处理后的粉煤灰可与适量粘土混合焙烧成砖块，再次利用，不产生二次污染