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1、 固体废弃物处置技术固体废弃物处置技术 第十章第十章 煤系固体废物的处理与利用煤系固体废物的处理与利用第一节第一节 粉煤灰粉煤灰第二节第二节 煤矸石煤矸石第一节第一节 粉煤灰粉煤灰一、粉煤灰的形成与排输粉煤灰的形成与排输粉煤灰粉煤灰:燃煤电厂将煤磨细成燃煤电厂将煤磨细成100u m以下的细粉，以下的细粉，用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧,产生高温烟气，产生高温烟气，经由捕尘装置捕集，就得到粉煤灰，也叫飞灰；经由捕尘装置捕集，就得到粉煤灰，也叫飞灰；占灰渣总量的占灰渣总量的80-90%;底灰底灰:少量煤粉粒子在燃烧过过程中，由于碰撞黏少量煤粉粒子在燃烧过过程中，由于碰撞黏结成
2、块，沉积于炉底，称为底灰。占灰渣总量结成块，沉积于炉底，称为底灰。占灰渣总量10一一20。粉煤灰的组成粉煤灰的组成:由玻璃体、内部结晶体、空心球体、由玻璃体、内部结晶体、空心球体、碎片组成的外碎片组成的外观相近，颗粒较细但并不均匀的多相混合物。观相近，颗粒较细但并不均匀的多相混合物。玻璃体玻璃体：小液滴小液滴 冷却速度快冷却速度快气压增大气压增大煤粉煤粉13001300熔融液滴熔融液滴液滴膨胀液滴膨胀湍流湍流各种成分各种成分低温段低温段球体球体内部结晶体内部结晶体：大液滴大液滴 冷却速度慢冷却速度慢空心球体：空心球体：有气体夹裹有气体夹裹 碎片：碎片：冷却过快冷却过快煤粉煤粉13001300熔
3、融液滴熔融液滴液滴膨胀液滴膨胀湍流湍流各种成分各种成分低温段低温段球体球体粉煤灰收集：粉煤灰收集：烟气除尘和底灰除渣两个系统。烟气除尘和底灰除渣两个系统。干排干排是将收集到的飞灰直接输入灰仓。是将收集到的飞灰直接输入灰仓。粉煤灰的排输：粉煤灰的排输：分湿法和干法排输分湿法和干法排输湿排湿排是使粉煤灰通过管道和灰桨泵组成的排灰系统，用高是使粉煤灰通过管道和灰桨泵组成的排灰系统，用高压水力输送到贮灰场或江、河、湖、海。湿排又分灰渣压水力输送到贮灰场或江、河、湖、海。湿排又分灰渣分排和灰渣混排。分排和灰渣混排。二、粉煤灰的组成二、粉煤灰的组成主要由母煤的化学组成和燃烧条件、温度决定，还受煤粉主要由母
4、煤的化学组成和燃烧条件、温度决定，还受煤粉细度、收集、排灰方法的影响细度、收集、排灰方法的影响总的来说，化学成分主要包括：总的来说，化学成分主要包括：SioSio2 2 Al Al2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3 CaO CaO 和和未燃烧尽的碳未燃烧尽的碳化学成分是评价粉煤灰质量的重要技术参数化学成分是评价粉煤灰质量的重要技术参数粉煤灰的烧失量粉煤灰的烧失量可以反映锅炉燃烧状况，烧失量越高，可以反映锅炉燃烧状况，烧失量越高，粉煤灰质量越差。粉煤灰质量越差。SioSio2 2 Al Al2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3的含量直接影响其作为建筑材料的优劣的含量直接
5、影响其作为建筑材料的优劣 我国燃煤电厂基本上是使用我国燃煤电厂基本上是使用烟煤烟煤，粉煤灰中，粉煤灰中caOcaO含量偏含量偏低，属低钙灰，但低，属低钙灰，但AlAl2 2O O3 3 含量一般比较高，烧失量也较高含量一般比较高，烧失量也较高高钙灰和低钙灰：高钙灰和低钙灰：CaO CaO（）（）含量高低，将其区分为高钙含量高低，将其区分为高钙灰和低钙灰。灰和低钙灰。(二二)粉煤灰的矿物组成粉煤灰的矿物组成 1 1粉煤灰的矿物来源粉煤灰的矿物来源母煤组成：铝硅酸盐类铝土矿和氧化硅、母煤组成：铝硅酸盐类铝土矿和氧化硅、黄铁矿黄铁矿、赤铁矿、赤铁矿、磁铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氮化物等矿物，而磁
6、铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氮化物等矿物，而以铝硅酸盐类粘土矿（高岭土页岩矿形成偏高岭土以铝硅酸盐类粘土矿（高岭土页岩矿形成偏高岭土AlAl2 2O O3 3 SioSio2 2 ）和氧化硅为主。）和氧化硅为主。2 2粉煤灰的主要矿物组分粉煤灰的主要矿物组分无定形相无定形相结晶相结晶相玻璃体玻璃体未燃尽的碳粒未燃尽的碳粒5050一一8080，化学内能化学内能化学活性化学活性莫来石、石英、云以、长石等莫来石、石英、云以、长石等、矿物组分对粉煤灰性质的影响、矿物组分对粉煤灰性质的影响低钙粉煤灰低钙粉煤灰的活性主要取决于的活性主要取决于无定形玻璃相矿物无定形玻璃相矿物所以，从矿物组分来说，低钙灰的
7、玻璃体含量越所以，从矿物组分来说，低钙灰的玻璃体含量越高，粉煤灰的化学活性越好。高，粉煤灰的化学活性越好。高钙粉煤灰高钙粉煤灰中富钙玻璃体含量多，且又有较多的中富钙玻璃体含量多，且又有较多的氧化钙结晶和水泥熟料的一些矿物结晶组分氧化钙结晶和水泥熟料的一些矿物结晶组分而高钙粉煤灰的化学活性均高于低钙灰，这表而高钙粉煤灰的化学活性均高于低钙灰，这表明，高钙灰的性质既与明，高钙灰的性质既与玻璃相有关，又与结晶玻璃相有关，又与结晶相有关。相有关。（三（三)粉煤灰的颗粒组成粉煤灰的颗粒组成粉煤灰是由各种大小不一，形貌各异的颗粒组成的。粉煤灰是由各种大小不一，形貌各异的颗粒组成的。1 1球形颗粒球形颗粒
8、球形颗粗大而光滑，有的圆球上还嵌有前面提到的球形颗粗大而光滑，有的圆球上还嵌有前面提到的晶体，我国粉煤灰中，此类颗粒含量由晶体，我国粉煤灰中，此类颗粒含量由-不不等，粒径变化大（几几十等，粒径变化大（几几十umum），比重和容重均大，在），比重和容重均大，在水中下沉，也称水中下沉，也称“沉珠沉珠”。“沉珠沉珠”依其化学成分，可以分为富钙玻璃微珠和富依其化学成分，可以分为富钙玻璃微珠和富铁玻璃微珠。前者富集氧化钙，化学活性好；后者富集铁玻璃微珠。前者富集氧化钙，化学活性好；后者富集了氧化铁，具有磁性，了氧化铁，具有磁性，叫做叫做“磁珠磁珠”。2 2不规则多孔颗粒不规则多孔颗粒不规则多孔颗粒包括多
9、孔碳粒和多孔铝硅玻璃体不规则多孔颗粒包括多孔碳粒和多孔铝硅玻璃体 (1(1）多孔炭粒：有的呈球状，有的为碎屑，属惰性组分，）多孔炭粒：有的呈球状，有的为碎屑，属惰性组分，比重和容重均小，粒径和比表面积均大，对其性能有不比重和容重均小，粒径和比表面积均大，对其性能有不良影响。良影响。(2)(2)多孔铝硅玻璃体；富有含氧化硅、氧化铝是粉多孔铝硅玻璃体；富有含氧化硅、氧化铝是粉煤灰中含量最多的颗粒（达煤灰中含量最多的颗粒（达7070以上）。以上）。（开放性孔穴；表面蜂窝状；（开放性孔穴；表面蜂窝状；封闭孔穴，内部蜂窝状封闭孔穴，内部蜂窝状“漂珠漂珠”）关于关于“漂珠漂珠”占粉煤灰体积的，重量占粉煤灰
10、体积的，重量-，是一种多，是一种多功能的新材料。功能的新材料。漂珠漂珠内封闭气体形成的最佳温度度，氧化铁含量内封闭气体形成的最佳温度度，氧化铁含量关系到关系到漂珠漂珠的数量（），冷却速度不能过快。的数量（），冷却速度不能过快。（优良的母煤、燃烧温度、冷却速度优良的母煤、燃烧温度、冷却速度）（）碎片：结晶矿物颗粒碎片、玻璃体碎片、碎屑状（）碎片：结晶矿物颗粒碎片、玻璃体碎片、碎屑状碳粒碳粒三、粉煤灰的物理性质和品质指标三、粉煤灰的物理性质和品质指标、外观、颜色、外观、颜色外观像水泥，由乳白到灰黑不等（碳）外观像水泥，由乳白到灰黑不等（碳）、比重、容重、比重、容重低钙灰比重低钙灰比重.-.；高钙灰
11、比重；高钙灰比重.-.粉煤灰的松散干容重变化范阴为粉煤灰的松散干容重变化范阴为600600一一1000kg1000kgm m。，压实。，压实容重为容重为13001600kg13001600kgm m。3 3、细度、细度粉煤灰的颗粒粒径极限为粉煤灰的颗粒粒径极限为0.5-300um0.5-300um。大部分在。大部分在umum以下以下我国规定以我国规定以45um45um筛余百分数为细度指标筛余百分数为细度指标 4 4需水量比需水量比 在水泥或混凝土中掺入粉煤灰，一般可以降低水泥或混在水泥或混凝土中掺入粉煤灰，一般可以降低水泥或混凝土的用水量，这是粉煤灰的一个明显的优越性。含碳量凝土的用水量，这是
12、粉煤灰的一个明显的优越性。含碳量较高的粉煤灰，则又会明显地增加用水量。这个用水量称较高的粉煤灰，则又会明显地增加用水量。这个用水量称作粉煤灰的需水量。作粉煤灰的需水量。一般情况下，低需水量的粉煤灰测定值为一般情况下，低需水量的粉煤灰测定值为22302230，中，中等需水量为等需水量为3030一一4040，高需水量可达，高需水量可达5050一一6060。(二二)粉煤灰的品质指标分级粉煤灰的品质指标分级 近年来，国内外提出许多有关粉煤灰的分级方法，其依据各近年来，国内外提出许多有关粉煤灰的分级方法，其依据各不相同。我国不相同。我国19911991年年1010月月1 1日起开始施行的日起开始施行的粉
13、煤灰混凝土应粉煤灰混凝土应用技术规范用技术规范(G(G14690)14690)规定了考核粉煤灰品质的三个规定了考核粉煤灰品质的三个等级四项指标，见表等级四项指标，见表103103。四、粉煤灰的活性四、粉煤灰的活性、粉煤灰的活性概念粉煤灰的活性概念 粉煤灰的活性也叫粉煤灰的活性也叫“火山灰活性火山灰活性”。火山灰活性是指火山。火山灰活性是指火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等天然火山灰类物质所具有灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等天然火山灰类物质所具有的这样一些性能：的这样一些性能：其成分中以其成分中以Si0Si02 2和和A1A1O O为主为主(758(758)，且含有，且含有相当多的玻璃体或其他无定形物质
14、；相当多的玻璃体或其他无定形物质；其本身无水硬性；其本身无水硬性；在潮湿环境，能与在潮湿环境，能与Ca(OHCa(OH)等发生反应，生成一系列水化产等发生反应，生成一系列水化产物物凝胶；凝胶；上述水化产物不论在空气中，还是在水中都能硬化产生上述水化产物不论在空气中，还是在水中都能硬化产生明显的强度。明显的强度。(二二)粉煤灰活性的激发粉煤灰活性的激发粉煤灰的活性是潜在的，需用激发剂激发，才能发挥出来粉煤灰的活性是潜在的，需用激发剂激发，才能发挥出来1 1、以石灰和石膏作激发剂的蒸汽养护方法、以石灰和石膏作激发剂的蒸汽养护方法 2 2以石灰和水泥为激发剂的蒸压养护方法以石灰和水泥为激发剂的蒸压养
15、护方法3 3以水泥熟料和石膏为激发剂的常温激发方法以水泥熟料和石膏为激发剂的常温激发方法 (三三)粉煤灰活性的评定粉煤灰活性的评定 1 1石灰吸收法石灰吸收法 此法是将定量粉煤灰浸泡在石灰的饱和溶液内，测定每克此法是将定量粉煤灰浸泡在石灰的饱和溶液内，测定每克粉煤灰在一定时间内的石灰吸收值。通常，石灰吸收值越粉煤灰在一定时间内的石灰吸收值。通常，石灰吸收值越大，粉煤灰活性越好。大，粉煤灰活性越好。适用于适用于低碳细灰但对密实度高、比表面积小的低碳细灰但对密实度高、比表面积小的粉煤灰颗粒粉煤灰颗粒（物理吸附、（物理吸附、化学吸附化学吸附）不适用）不适用 2 2溶出度试验法溶出度试验法 此法主要是
16、用酸或碱处理粉煤灰，将其中可溶此法主要是用酸或碱处理粉煤灰，将其中可溶SioSio2 2 和和AlAl2 2O O3 3 溶出，并测定其溶出量，作为评定粉煤灰活性的指标。通常，溶出，并测定其溶出量，作为评定粉煤灰活性的指标。通常，可溶物越多，扮煤灰活性越好。可溶物越多，扮煤灰活性越好。3 3砂浆强度试验法砂浆强度试验法 此法是在粉煤灰中掺入一定比例的石灰或水泥熟料，磨细此法是在粉煤灰中掺入一定比例的石灰或水泥熟料，磨细到一定比表面积，配成石灰或水泥砂桨，做成一定尺寸试件、到一定比表面积，配成石灰或水泥砂桨，做成一定尺寸试件、测定试件强度或与对比试件的强度比较，作为衡量粉煤灰测定试件强度或与对比
17、试件的强度比较，作为衡量粉煤灰活活性性的指标。的指标。操作简单操作简单活性活性是反映粉煤灰性能的主要指标是反映粉煤灰性能的主要指标 五、粉煤灰做建筑材料五、粉煤灰做建筑材料在建筑材料方面的利用，在建筑材料方面的利用，主要是配制粉煤灰水泥、粉主要是配制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土和生产粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸养砖、粉煤灰煤灰混凝土和生产粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸养砖、粉煤灰砌块、粉煤灰陶粒等。砌块、粉煤灰陶粒等。(一一)粉煤灰水泥粉煤灰水泥1 1粉煤灰水泥定义反其质量等级粉煤灰水泥定义反其质量等级凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加入适量石膏磨凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加入适量石膏磨细制成的水硬胶凝材料，称为
18、粉煤灰水泥。也叫做粉细制成的水硬胶凝材料，称为粉煤灰水泥。也叫做粉煤灰硅酸盐水泥煤灰硅酸盐水泥 (2)(2)粉煤灰水泥的质量等级粉煤灰水泥的质量等级 2 2几种粉煤灰水泥几种粉煤灰水泥 (1)(1)用粉煤灰生产的用粉煤灰生产的“普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥”以硅酸盐水泥熟料为主，掺入以硅酸盐水泥熟料为主，掺入1515粉煤灰磨制而成，粉煤灰磨制而成，其性能与用等量的其他混合料掺配成的普通硅酸盐水其性能与用等量的其他混合料掺配成的普通硅酸盐水泥无太大差异，统称普通硅酸盐水泥。泥无太大差异，统称普通硅酸盐水泥。(2)(2)矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥是用硅酸盐水泥熟料与高炉水淬渣按一定配比掺配磨制成
19、是用硅酸盐水泥熟料与高炉水淬渣按一定配比掺配磨制成掺入掺入1515粉煤灰代替部分高炉水淬渣粉煤灰代替部分高炉水淬渣(3)(3)粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥以硅酸盐水泥熟料为主，加入以硅酸盐水泥熟料为主，加入-粉煤灰和石膏制成粉煤灰和石膏制成(二二)粉煤灰混凝土粉煤灰混凝土 混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石等为骨料，加水混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石等为骨料，加水拌和而成的构筑材料。粉煤灰混凝土是用粉煤灰取代部拌和而成的构筑材料。粉煤灰混凝土是用粉煤灰取代部分水泥拌和而成的混凝土。分水泥拌和而成的混凝土。1 1粉煤灰在混凝土中的基本效应粉煤灰在混凝土中的基本效应形态效应、活性效应和
20、微集料效应形态效应、活性效应和微集料效应(1)(1)形态效应：形态效应：该效应泛指粉煤灰中各种矿物颗粒所具有该效应泛指粉煤灰中各种矿物颗粒所具有的物理性状在混凝土所产生的减水作用、致密作用、均的物理性状在混凝土所产生的减水作用、致密作用、均质化作用等。质化作用等。(2)(2)活性效应：该效应是指粉煤灰中的活性成分所产生的活性效应：该效应是指粉煤灰中的活性成分所产生的化学效应。化学效应。(3)(3)微集料效应；该效应是指粉煤灰中的微细微集料效应；该效应是指粉煤灰中的微细(30um)30um)颗粒颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中因而具有微细集料的优良均匀分布于水泥浆体的基相之中因而具有微细集料的优
21、良性能性能微珠本身强度高，有的达微珠本身强度高，有的达700MPa700MPa以土，以土，微细集料使水泥浆体的结构强度增强；微细集料使水泥浆体的结构强度增强；微粒在水泥浆体中分散状态良好，有助于新拌混凝微粒在水泥浆体中分散状态良好，有助于新拌混凝土和硬化混轻土均匀性的改善和孔隙的充填。土和硬化混轻土均匀性的改善和孔隙的充填。2 2粉煤灰混凝土的性能粉煤灰混凝土的性能（1)1)和易性和易性(2)(2)强度强度 (3)(3)水化热水化热(4)(4)耐久性抗渗、抗侵蚀抗冻差耐久性抗渗、抗侵蚀抗冻差(5)(5)干缩率干缩率小、抗拉强度高可提高制干缩率干缩率小、抗拉强度高可提高制品的干缩抗裂性能品的干缩
22、抗裂性能(6)“(6)“碳化作用碳化作用”Ca(OH)Ca(OH)2 2+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3六、粉煤灰的农业利用六、粉煤灰的农业利用粉煤灰农用包括改良土壤和制备化肥粉煤灰农用包括改良土壤和制备化肥(一）粉煤灰的改土与增产作用一）粉煤灰的改土与增产作用 1 1粉煤灰的孔度与土壤性能的关系粉煤灰的孔度与土壤性能的关系 2 2施灰对土壤机械组成的影响施灰对土壤机械组成的影响疏松土壤改良盐碱地疏松土壤改良盐碱地 3 3粉煤灰对土层温度的影响粉煤灰对土层温度的影响 4 4粉煤灰的增产作用粉煤灰的增产作用(二二)粉煤灰肥料粉煤灰肥料1 1粉煤灰硅钾肥粉煤灰硅钾肥 2 2粉煤灰钙钾肥粉煤灰钙钾肥 3 3粉煤灰磁化肥粉煤灰磁化肥 4 4粉煤灰磷肥粉煤灰磷肥