煤系固体废物的资源化课件

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%1谢谢观赏2019-5-215.1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。2谢谢观赏2019-5-21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。3谢谢观赏2019-5-214谢谢观赏2019-5-21自燃过的煤矸石5谢谢观赏2019-5-21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。6谢谢观赏2019-5-214)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。7谢谢观赏2019-5-215.2粉煤灰的资源化8谢谢观赏2019-5-219谢谢观赏2019-5-2110谢谢观赏2019-5-21粉煤灰的化学成分(％)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未燃烬碳。含碳一般为5～7%，其中含碳大于10%的电厂占30%高钙灰：CaO%20%低钙灰：CaO%<20%高钙灰活性>低钙灰作为建材使用时：

SiO2、Al2O3、Fe2O3含量高为好。对于低钙灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3>70%

对于高钙灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3>50%MgO、SO3越低越好11谢谢观赏2019-5-21

粉煤灰的矿物组成两大类矿物

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。

粉煤灰的矿物组成对其性质和应用具有很大的影响。12谢谢观赏2019-5-21矿物组成对粉煤灰活性的影响：

玻璃体含量，化学内能，粉煤灰活性游离石灰含量，水化反应能力，粉煤灰活性所以：高钙灰的活性来源于两个方面：玻璃体和CaO

而低钙灰则主要取决于玻璃体含量的多少。高钙灰的活性>低钙灰的活性粉煤灰活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。凝结硬化性能，粉煤灰活性13谢谢观赏2019-5-21粉煤灰的活性是潜在的，需要激发剂的激发才能显示。常用激发剂有：石灰、石膏、水泥等石灰激发机理：14谢谢观赏2019-5-21粉煤灰的颗粒组成：粉煤灰是一种微细的分散物料。大部分呈球状，表面光滑，微孔较小，小部分为表面粗糙、棱角较多的集合颗粒。因而，粉煤灰颗粒大小不一，形貌各异，主要的为球形颗粒和不规则多孔颗粒，且其中90%的颗粒粒度为-40µm或-60µm。15谢谢观赏2019-5-2116谢谢观赏2019-5-2117谢谢观赏2019-5-21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，含量多者达25%，少的仅3～4%，粒径一般从数微米到数千微米，密度和容重均大，在水中下沉，也叫“沉珠”。18谢谢观赏2019-5-21多孔炭粒：呈球状或碎屑状、惰性、比重和容重均小、粒径和比表面积均大，有一定的吸附性。可提取后直接用做为吸附剂或煤质颗粒的活性炭。（2）不规则多孔颗粒多孔铝硅玻璃体多孔炭粒19谢谢观赏2019-5-21多孔铝硅玻璃体：这类颗粒富含SiO2和Al2O3，是我国粉煤灰中为数最多的颗粒，有的多达70％以上。该颗粒具有较大的比表面积，粒径从数十微米到数百微米，其中有一种密度很小（<1）、具有封闭性孔穴的颗粒、能浮于水面上，称为“漂珠”。

漂珠含量可达粉煤灰总体积的15～20%，但重量仅为总重量的4～5%，是一种多功能材料。20谢谢观赏2019-5-21二、粉煤灰的资源化（1）回收有价组分：空心微珠、煤炭、铁金属物质、A12O3

等粉煤灰中含有50～80%的空心玻璃微珠漂珠：480kg/m3厚壁空心微珠：沉珠：800kg/m3包括21谢谢观赏2019-5-21空心微珠，具有多种优异性能：①具耐热、隔热、阻燃的特点，是新型保温、低温制冷绝热材料与超轻质耐火原料，利用它可生产多种保温、绝（隔）热、耐火产品。②是塑料，尤其是耐高温塑料的理想填料，其用于聚氯乙烯制品，可以提高软化点10℃以上，并提高硬度和抗压强度。改善流动性。用环氧树脂作粘结剂，聚氯乙烯掺合空心微珠材料可制成复合泡沫材料。用它作聚乙稀、苯乙稀的充填材料，不仅可提高其光泽、弹性、耐磨性，而且具有吸声、减振和耐磨效果。22谢谢观赏2019-5-21③空心微珠表面多微孔，可作石油化工的裂化催化剂和化学工业的化学反应催化剂，也可用作化工、医药、酿造、水工业等行业的无机球状填充剂、吸附剂、过滤剂，它由于硬度大、耐磨性能好，常被作为染料工业的研磨介质，作墙面地板的装饰材料，利用厚壁微珠还可生产耐磨涂料。在军工领域，它被用作航天航空设备的表面复合材料和防热系统材料，并常被用于坦克刹车。④空心微珠比电阻高，且随温度升高而升高，是电瓷和轻型电器绝缘材料的极好原料，利用它可制成绝缘陶瓷和渣绒绝缘物。23谢谢观赏2019-5-21图3.29粉煤灰中空心微珠的分选流程水力分级-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24谢谢观赏2019-5-21分选煤炭：浮选和电选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，用松油为起泡剂回收率85～94%，精煤热值>20950kJ/kg，每吨精煤成本约10元，浮选回收的精煤具有一定的吸附性，可直接作吸附剂，也可用于制作粒状活性炭。尾灰含炭量小于5%25谢谢观赏2019-5-21在高压电场的作用下发生煤、灰分离的过程。电选回收炭要求干料，水分小于1%，温度保持在80℃以上。粉煤灰电选机煤炭尾灰煤与灰的介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26谢谢观赏2019-5-21提取A12O3A12O3是粉煤灰的主要成分，一般含17～35%，可作为宝贵的铝资源。一般认为，粉煤灰中A12O3高于25%才有回收价值。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石灰石烧结法提取粉煤灰中氧化铝的工艺流程27谢谢观赏2019-5-21（2）粉煤灰用作建材和建材的生产原料制水泥、制砖、配制混凝土、轻质混凝土和加气混凝土、骨料等。质量较差的灰渣可用来铺路，作基础以及作填充料等。粉煤灰水泥的组成：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泥熟料时，称无熟料水泥掺入不同比例的熟料，得到不同规格的水泥28谢谢观赏2019-5-21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粉煤灰硅酸盐砌块生产工艺流程表5-16粉煤灰砌块混合料的配合比，%粉煤灰炉渣生石灰石膏用水量315512230～3629谢谢观赏2019-5-21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粉煤灰加气混凝土生产工艺流程生产密度为500kg/m3的高压养护粉煤灰加气混凝土，其配合比为：水泥（525号硅酸盐水泥）10%、生石灰（有效氧化钙以14.5%计）20%、二水石膏（占水泥和石灰用量）10%、粉煤灰约70%、铝粉6%、气泡稳定剂少量、水料比0.6～0.7。30谢谢观赏2019-5-21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粉煤灰陶粒生产工艺流程据估计，每生产1t粉煤灰陶粒需用干粉煤灰800～850kg（湿粉煤灰1100～1200kg）。一个年产10万m3的粉煤灰陶粒厂，每年可处理干粉煤灰6万t左右（湿粉煤灰10万t左右）。31谢谢观赏2019-5-21（3）粉煤灰生产化工产品粉煤灰中SiO2和Al2O3含量较高，可用于生产化工产品，如絮凝剂、分子筛、白炭黑（沉淀SiO2）、水玻璃、无水氯化铝、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粉煤灰综合利用工艺流程32谢谢观赏2019-5-2133谢谢观赏2019-5-21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酸溶法制取水玻璃和白炭黑工艺流程34谢谢观赏2019-5-2135谢谢观赏2019-5-21活性白炭黑的化学组成与沉淀白炭黑相同，但性能较沉淀白炭黑优越，

活性白炭黑是一种超细、具有高度的表面活性的SiO2微粉，其比表面积为沉淀白炭黑的4～5倍，粒径一般在0.05μm以下。在橡胶中有透明性和半透明性，广泛用于橡胶、乳胶、塑料薄膜、皮革、涂料、粘合剂、合成树脂、造纸、农药、炸药、日用化工等领域，是透明和彩色胶制品中不可缺少的材料。而沉淀白炭黑：外观白色无定形微细粉末，其真比重为2.0～2