煤炭行业固体废弃物的处理与利用

煤炭行业固体废弃物的处理与利用第1页，共18页，2023年，2月20日，星期一内容粉煤灰(coalash)的处理和利用1煤矸石(gangue)的处理与利用2第2页，共18页，2023年，2月20日，星期一一、粉煤灰(coalash)的处理和利用粉煤灰的性质与成分粉煤灰的分选处理粉煤灰的利用第3页，共18页，2023年，2月20日，星期一1.粉煤灰的性质与成分粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂排出的废弃物。电厂烟气经除尘器收集的细灰称为粉煤灰或飞灰。由炉底排出的废渣称为炉渣或熔渣。每一万千瓦发电机组排灰渣量约为0.9～1.0万吨。粉煤灰是一种火山灰质材料，具有火山灰活性。粉煤灰的化学成分类似于粘土,主要有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和未燃尽的煤炭，以SiO2和A12O3为主要成分。第4页，共18页，2023年，2月20日，星期一2.粉煤灰的分选处理（1）未燃碳的分选（2）铁质产品的分选（3）空心微珠(hollowmicrosphere)的分选（4）分选产品的应用第5页，共18页，2023年，2月20日，星期一（1）未燃碳的分选目前我国有许多电厂的粉煤灰中有较多的未燃碳，表现在粉煤灰中有较高的烧失量，可达10～30％。未燃碳的存在既是资源的浪费，也对粉煤灰的利用带来不利影响。未燃碳的分选技术主要有：干排灰采用电选，湿排灰采用浮选的方法。a.干排灰采用电选粉煤灰电选脱碳是利用粉煤灰中的碳粒和灰粒导电性能的差异进行的。采用圆筒形电选机。当粉煤灰进入高压直流电场后，碳粒、灰粒均带上电荷。导电性能比较好的碳粒与旋转的金属圆筒接触时，将所带电荷传递给圆筒，随着旋转的惯性离心力和重力的作用，掉入圆筒前部的碳粒收集槽中。导电性能较差的灰粒不能将所带的电荷给出，而继续荷电，在电场力作用下，克服离心力和重力的作用而吸附在圆筒上，随着圆筒和旋转被带到圆筒后部，用毛刷强行刷落，掉入灰收集槽中，达到碳粒、灰粒分离的目的。b.湿排灰采用浮选的方法碳颗粒的表面是疏水亲油的，灰粒表面是亲水的。利用粉煤灰中碳粒与灰粒的表面疏水、亲水特性，在浮选药剂的作用下并借助于浮选剂所产生的气泡，将二者分离。第6页，共18页，2023年，2月20日，星期一（2）铁质产品的分选粉煤灰中的铁质矿物主要有金属铁粒，磁铁矿、赤铁矿等氧化铁矿物。通常呈溶融状的滚圆小球珠，约占铁矿物的90％，粒径约为0.06～0.1mm，单一的磁铁矿形成的圆球粒仅占约10％，粒径约为0.007～0.02mm，主要是磁铁矿、赤铁矿、硅化铁和非金属矿物组成的小球粒，形态有磁铁矿形成的空心球粒，中间核部由硅化铁等矿物充填，磁铁矿呈规则的格子状，格子空间由非金属矿物充填，小球粒边缘为赤铁矿。粉煤灰中的铁质通常用磁选机分选，也可用摇床，磁力脱水槽，球磨—细筛等工艺分选。第7页，共18页，2023年，2月20日，星期一（3）空心微珠(hollowmicrosphere)的分选空心微珠分选方法有干法机械分选和湿法分选两种。干法机械分选：通常用立式倒宝塔式分选工艺。分选装置由磁选、电选、风选、筛选和收尘五部分组成，按成分、粒径、电磁性、比重差异分选出铁氧化物、碳粒、空心薄壁、空心厚壁球，灰分等五种产品。湿法分选：a.用浮选法脱除细碳粒b.用重力沉降法分选漂珠微珠和尾灰漂珠粒径大，容重小，比重，可以漂浮水面进行回收，玻璃微珠颗粒小，容重大，采用重力沉降分选并与尾灰分离。第8页，共18页，2023年，2月20日，星期一（4）分选产品的应用a.碳粒利用掺入原煤中，返回锅炉作燃料选出的碳粒，精碳含量高，呈多孔状，可作为吸附剂或制造活性碳，经试验，直接作含重金属废水的吸附剂，对Hg、Cd、Pb的去除率都很高，而且对氰化物，硫化学，CO，P等均有吸附净化作用。用于碳素材料制品：煤质活性碳，碳球还原剂，铸模粉，碳化煤球，粘土内燃砖等。b.空心微珠应用作为塑料，特别耐高温塑料的填料生产建筑防火涂料。生产刹车片等各种耐磨制品。可作瓷及轻型电气绝缘材料。c.铁质的应用：炼铁原料d.尾灰应用：用于海港工程、水工工程、建筑墙体材料。第9页，共18页，2023年，2月20日，星期一3.粉煤灰的利用粉煤灰水泥(flyashcement)粉煤灰混凝土(flyashconcrete)非烧结粉煤灰硅酸盐制品(calciumsilicateconcrete)粉煤灰烧结砖(bakedbrick)粉煤灰在农业上的应用：a.粉煤灰改良土壤b.粉煤灰肥料粉煤灰筑路(constructaroad)粉煤灰制分子筛(molecularsieve)第10页，共18页，2023年，2月20日，星期一二、煤矸石(gangue)的处理与利用煤矸石的概述煤矸石的处理方法煤矸石的利用第11页，共18页，2023年，2月20日，星期一1.煤矸石的概述煤矸石是杂有可燃物质的岩石，其含煤量一般不超过20％，发热量在837～4187KJ／kg之间。灰分达60％以上。在采煤或洗煤过程中作为废石排出，一般每采一吨原煤排矸石约为0.2吨。我国已堆积的煤矸石达10亿吨以上。2000年我国原煤产量达12亿吨，煤矸石达2亿吨以上。我国煤矸石利用率低，利用率不到20％，大部分堆积存放，形成大大小小的煤矸石山，侵占农田、山沟、坡地，自燃煤矸石放出的烟灰粉尘及SO2等有害气体污染大气、水体，造成酸雨。从我国目前利用情况看，技术成熟、利用量比较大的途径是生产建筑材料，主要是生产水泥和烧结砖。煤矸石按其来源分为为三类：掘进矸石、开采矸石、洗选矸石。煤矸石在堆放过程中，由于其中可有—定量的可燃组分缓慢氧化、自燃，故又分为：自燃矸石和末燃矸石。

煤矸石主要由碳质页岩、泥质页岩、砂质页岩构成，主要矿物有高岭石、水云母(伊利石)、蒙脱石、绿泥石、长石、石英、方解石、黄铁矿、白铁矿等矿物。第12页，共18页，2023年，2月20日，星期一2.煤矸石的处理方法难以综合利用的煤矸石可以充填矿井，荒山沟谷和坍陷区，或覆土造田。暂时不能利用的煤矸石可以覆土、植树。自燃煤矸石可以浇洒石灰水，进行酸碱中和制止自燃。第13页，共18页，2023年，2月20日，星期一3.煤矸石的利用（1）煤矸石代替燃料煤矸石含有一定数量的固定炭和挥发分，一般烧失量在10%～30%，发热量可达4119～1216MJ/kg，所以，煤矸石可用来代替燃料。四川永荣矿务局发电厂用煤矸石掺入发电，5年间利用煤矸石2214万t，相当于节约原煤17万t。近10年来，煤矸石被用于代替燃料的比例相当大，一些矿山的矸石山甚至消失。目前，采用煤矸石作燃料的工业生产主要由以下4个方面：化铁、烧锅炉、烧石灰及回收煤炭。（2）生产水泥煤矸石中的二氧化硅、三氧化二铝及三氧化二铁的总含量一般在80%以上，它是一种天然粘土质原料，可以代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥和无熟料水泥等。（3）煤矸石生产烧结砖。烧结砖以煤矸石为主要原料，一般占坯料质量的80%以上，有的甚至全部以煤矸石为原料，有的外掺少量粘土，其各种原料的参考配比为：煤矸石70%～80%，粘土10%～15%，砂10%～15%。有的利用纯煤矸石。适用制烧结砖的煤矸石化学成分有一定的要求。一般要求二氧第14页，共18页，2023年，2月20日，星期一化硅含量在50%～70%，三氧化二铁含量在2%～8%，氧化镁含量在3%以下，硫含量在1%以下，钾、钠等的主要物理性能也应满足适当的要求，塑性指数一般为7%～15%，发热量一般为318～5MJ/kg。（4）煤矸石生产轻骨料轻骨料是为了减少混凝土的相对密度而选用的一类多孔骨料，轻骨料应比一般卵石、碎石的密度小得多，有些轻骨料甚至可以浮在水上。用煤矸石生产轻骨料的工艺大致可分为两类：一类是用烧结剂生产烧结型的煤矸石多孔烧结料；另一类是用回转窖生产膨胀型的煤矸石陶粒。（5）生产煤矸石棉煤矸石棉是利用煤矸石和石灰为原料，经高温融化，喷吹而成的一种建筑材料。其原料配比为：煤矸石60%、石灰石40%，或煤矸石60%、石灰石30%、萤石6%～10%。煤矸石的熔化设备可采用以焦炭为燃料的冲天炉。焦炭与原料的配比为1∶213～5。（6）制结晶三氯化铝。结晶三氯化铝是以煤矸石和化工工业副产品盐酸为主要原料，经过破碎、焙烧、磨碎、酸浸、沉淀、浓缩结晶和脱水等生产工艺而制成。结晶三氯化铝分子式为AlCl3·6H2O，外观为浅黄色结晶颗粒，易溶于水，是一种新型净水剂，制取结晶三氯化铝的煤矸石要求含铝量较高第15页，共18页，2023年，2月20日，星期一含铁量较低。煤矸石在酸浸前须经焙烧，脱掉附着水和结晶水，改变晶体结构使之活化，以利酸浸。将焙烧后的煤矸石渣排到凉渣场自然冷却后，送入球磨机磨碎。然后经过酸浸、沉淀、过滤、浓缩结晶和脱水，就得到三氯化铝结晶。（7）制水玻璃用煤矸石制水玻璃的特点是煤矸石经盐酸处理后，渣中的二氧化硅活性提高，在较低压力或常压下即可与液体烧碱反应生成水玻璃。水玻璃可广泛应用于纸制品、建筑等行业，也可进一步压蒸、碳酸化、中和等加工过程生产出橡胶补强剂白炭黑。（8）生产硫酸铵煤矸石内的硫化铁在高温下生成二氧化硫，再氧化而生成三氧化硫，三氧化硫遇水生成硫酸，并与氨的化合物生成硫酸铵。经过实验，这种硫酸铵是一种很好的肥料。用煤矸石生产硫酸氨的生产工艺包括焙烧、选料粉碎、浸泡过滤、中和、浓缩结晶、干燥包装和成品。（9）制备分子筛利用煤矸石制备分子筛主要是利用煤矸石中高含量的三氯化铝的特点，在煤矸石经过破碎、磨细、煅烧、碱浸、沉淀、浓缩结晶和脱水干燥等流程后可制得0.4nm分子筛。0.4nm分子筛可广泛用于洗涤助剂，代替原来使用的三聚磷酸钠，从而减少毒性，保护生态环境。第16页，共18页，2023年，2月2