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1、10煤系固体废物的资源化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。一般每采1t原煤排矸石0.2t。据统计，在现有煤矿矿区中约堆存煤矸石30亿吨，每年还以0.81.0亿吨的速度增加。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-100mT1300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1020%占总灰渣量的8090%5.1煤矸石的资源化煤矸石的资源化表5-1煤矸石的化学组成，%一、煤矸石的组成煤矸石：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：8
2、37418kJ/kg。SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3Na2O+K2O烧失量5165163617142912.5217煤矸石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。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（2
3、A1Cl3.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7.5105ta。粉煤灰的化学成分()产地烧失量SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2OSO3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3.356.258.351.332.814.971.995.183.537.243.146.026.154.264.643.5147.2848.9151.874
4、6.5162.2656.0350.2252.4050.9848.7057.5945.0812.5437.2556.6160.6347.8059.0432.5529.7528.5230.3119.8025.9225.9726.3728.0927.6821.1227.158.8221.8722.1835.7437.6520.2511.0110.134.5610.457.807.874.586.959.149.457.5612.165.453.278.822.745.684.371.321.051.301.051.001.051.151.901.050.581.210.731.100.741.124
5、.063.123.702.652.423.3234.335.284.223.052.4261.627.211.280.801.330.811.020.980.762.951.270.111.131.540.961.822.333.341.001.662.161.172.131.351.111.40.872.201.060.261.081.172.280.600.230.180.420.421.310.250.060.370.210.540.180.370.690.412.461.780.510.531.104.224.681.060.65微0.700.75未燃烬碳。含碳一般为57%，其中含碳大
6、于10%的电厂占30%高钙灰：CaO%20%低钙灰：CaO%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+Fe2O370%对于高钙灰：SiO2+Al2O3+Fe2O350%MgO、SO3越低越好粉煤灰的化学组成是评价粉煤灰质量优劣的重要技术参数！5.2粉煤灰的资源化粉煤灰的资源化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5080%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。玻璃体含量，化学内能，粉煤灰活性游离石灰含量，水
7、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：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-40m或-60m。依化学成分，沉珠分富钙玻璃微珠：CaO含量高，化学活性好富
8、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”球形颗粒：表面光滑，含量多者达25%，少的仅34%，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”。不规则多孔颗粒多孔铝硅玻璃体：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（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%在高压电场的作用下发生煤、灰分离的过程。电选回
9、收炭要求干料，水分小于1%，温度保持在80以上。静电分选炭回收率一般在85%90%，发热量在2093kJ/kg以上，尾灰含炭量在5.5%左右，吨回收成本约为1.65元。回收煤炭后的灰渣利于作建筑原料使用。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104105cm灰的比电阻一般在1012cm左右提取提取A12O3 A12O3是粉煤灰的主要成分，一般含1735%，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。CO2滤渣（Ca2SiO4）CaCO313201400Na2CO3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N
10、aAlO2精液碳分过滤Al2O33H2O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（2）粉煤灰用作建材和建材的生产原料）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。粉煤灰粉煤灰水泥的组成：粉煤灰粉煤灰+硅酸盐水泥熟料+适量石膏磨细磨细粉煤灰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 以粉煤灰、石灰、石膏为胶凝材料，煤渣、高炉渣为骨料，加水搅拌
11、、振动成型、蒸汽养护而成的墙体材料表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31551223036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0.60.7。粉煤灰煤球磨混合搅拌破碎和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
12、，每生产1t粉煤灰陶粒需用干粉煤灰800850kg（湿粉煤灰11001200kg）。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）。（3 3）粉煤灰生产化工产品）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（60100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H2SO4溶液硫酸处理盐析HCl溶液+NH4F粉煤灰酸浸过滤碱解
13、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滤液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45倍，粒径一般在0.05m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2.02.6，熔点1750，折光率1.46。粒径
14、一般为1025m，含水率小于2%。广泛用于橡胶和塑料工业，是一种较理想的补强填充剂。在塑料工业中，能赋予制品以低的吸水性和良好的介电性能。粉煤灰用于制备吸附材料粉煤灰用于制备吸附材料粉煤灰玻璃体的外观呈蜂窝状，空穴较多，内部具有较为丰富的孔隙，且比表面积大，具有一定的吸附能力。但原状粉煤灰吸附效果不理想，通过改性可提高粉煤灰的吸附性能。目前，主要的改性方法有火法和湿法两种。粉煤灰、纯碱、氢氧化铝焙烧粉碎水 热 合成水洗成型活化分子筛图5-28粉煤灰生产分子筛工艺流程一般为粉煤灰：纯碱：氢氧化铝=1：1.5：0.13，纯碱和氢氧化铝应预先在120下烘干23h。配好料后，在800850温度下焙烧11.5h，烧出的料呈浅绿色。焙烧后物料粉碎通过0.1470.074mm，再在室温下边搅拌边投料。升温至5055，再恒温2h，取液分析碱度，补充加碱到浓度为1000ml/m3。继续升温到98，搅拌下晶化6h，洗涤得到分子筛晶粉。加粘结剂经成型、活化得到一定粒度的球型分子筛产品。（4）粉煤灰生产多元素复合肥）粉煤灰生产多元素复合肥烘干贮存造粒粉煤灰硅钙镁三元复合肥球磨镁石灰拌和稀有元素、磷酸二胺、氯化钾、尿素烘干造粒多元素复合肥图5-29粉煤灰生产多元素复合肥生产工艺流程