10煤系固體廢物的資源化

1、10煤系固體廢物的資源化煤系固體廢物煤矸石: 煤的開采、加工過程產(chǎn)生。一般每采1t原煤排矸石0.2t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)有煤礦礦區(qū)中約堆存煤矸石30億噸，每年還以0.81.0億噸的速度增加。粉煤灰和鍋爐渣：煤的利用過程（火力發(fā)電）產(chǎn)生。一座105kW裝機(jī)容量的發(fā)電廠一年要排出105t煤灰渣 沉積于爐底高溫?zé)煔?100mT1300煤破碎焚燒爐懸浮燃燒集塵器捕集粉煤灰(飛灰)鍋爐渣(底灰)占總灰渣量的1020%占總灰渣量的8090%5.1煤矸石的資源化表5-1 煤矸石的化學(xué)組成，%一、煤矸石的組成煤矸石：有機(jī)物（含碳物）和無機(jī)物（巖石物質(zhì)）組成的混合物。一般，煤矸石的熱值：837418kJ/kg。SiO

2、2Al2O3CaOMgOFe2O3Na2O+K2O燒失量5165163617142912.5217 煤矸石主要礦物包括高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁等。目前我國煤矸石的主要資源化途徑有： 1)回收能源：作為大型沸騰爐燃料供熱或發(fā)電：熱值8360kJ/kg。 1975年在四川永榮礦務(wù)局建立了中國第一座流化床煤矸石電廠 。 2)生產(chǎn)建筑材料：煤矸石的成分中主要為粘土礦物。水泥、燒結(jié)磚瓦、免燒磚瓦、空心砌塊、建筑陶瓷、輕骨料（陶粒）、巖棉等； 3)用作建筑材料：代替河砂、碎石等鋪路、井下回填、造地復(fù)墾。 4)生產(chǎn)化工原料：聚合鋁、分子篩等。與鹽酸反應(yīng)生成 （2A1Cl3.

3、H2O），再生成聚鋁。 5)用作農(nóng)用肥料：鉬、鋅、錳、銅、硼等元素，可作為農(nóng)作物生長的刺激劑 6) 回收硫化鐵：有的煤矸石含有較多的硫化鐵，可通過分選回收作為制取硫酸的原料。我國有七個(gè)選煤廠建立了硫化鐵回收車間，從煤矸石中回收硫化鐵，總設(shè)計(jì)能力為7.5105ta。 粉煤灰的化學(xué)成分()產(chǎn)地?zé)Я縎iO2Al2O3Fe2O3TiO2CaO MgOK2ONa2OSO3寶雞西安蘇州楊浦撫順邵武石家莊石景山鶴壁壩橋鄭州青島開遠(yuǎn)銅陵新汶株洲南寧 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未燃燼碳。含碳一般為57%，其中含碳大

6、于10%的電廠占30% 高鈣灰：CaO%20%低鈣灰：CaO%低鈣灰作為建材使用時(shí)： SiO2、Al2O3 、Fe2O3含量高為好。 對(duì)于低鈣灰： SiO2+Al2O3 +Fe2O370% 對(duì)于高鈣灰： SiO2+Al2O3 +Fe2O350% MgO、SO3越低越好粉煤灰的化學(xué)組成是評(píng)價(jià)粉煤灰質(zhì)量優(yōu)劣的重要技術(shù)參數(shù)！5.2粉煤灰的資源化 粉煤灰的礦物組成 兩大類礦物 非晶態(tài)礦物 玻璃體：約占粉煤灰總量的50 80% 未燃燼炭 晶態(tài)礦物：主要來自原料，如石英、云母、長石、磁鐵礦、赤鐵礦、游離石灰等。常常被玻璃體包裹存在。 粉煤灰的礦物組成對(duì)其性質(zhì)和應(yīng)用具有很大的影響。 玻璃體含量，化學(xué)內(nèi)能，粉

7、煤灰活性 游離石灰含量，水化反應(yīng)能力，粉煤灰活性所以：高鈣灰的活性來源于兩個(gè)方面：玻璃體和CaO 而低鈣灰則主要取決于玻璃體含量的多少。高鈣灰的活性低鈣灰的活性粉煤灰活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所顯示的凝結(jié)硬化性能。凝結(jié)硬化性能，粉煤灰活性粉煤灰的活性是潛在的，需要激發(fā)劑的激發(fā)才能顯示。常用激發(fā)劑有：石灰、石膏、水泥等石灰激發(fā)機(jī)理： 粉煤灰的顆粒組成：粉煤灰是一種微細(xì)的分散物料。大部分呈球狀，表面光滑，微孔較小，小部分為表面粗糙、棱角較多的集合顆粒。因而，粉煤灰顆粒大小不一，形貌各異，主要的為球形顆粒和不規(guī)則多孔顆粒，且其中90%的顆粒粒度為-40m或-60m。 依化學(xué)成分，沉珠分 富鈣玻

8、璃微珠：CaO含量高，化學(xué)活性好 富鐵玻璃微珠：氧化鐵（Fe3O4、 Fe2O3 ）含量高，由鋁硅酸鹽包裹Fe3O4、 Fe2O3而成，具有磁性，叫“磁珠” 球形顆粒：表面光滑，含量多者達(dá)25%，少的僅34%，粒徑一般從數(shù)微米到數(shù)千微米，密度和容重均大，在水中下沉，也叫“沉珠”。 不規(guī)則多孔顆粒多孔鋁硅玻璃體：這類顆粒富含SiO2和Al2O3，是我國粉煤灰中為數(shù)最多的顆粒，有的多達(dá)70以上。該顆粒具有較大的比表面積，粒徑從數(shù)十微米到數(shù)百微米，其中有一種密度很小（20950kJ/kg，每噸精煤成本約10元，浮選回收的精煤具有一定的吸附性，可直接作吸附劑，也可用于制作粒狀活性炭。尾灰含炭量小于5%

9、 在高壓電場的作用下發(fā)生煤、灰分離的過程。電選回收炭要求干料，水分小于1%，溫度保持在80以上。 靜電分選炭回收率一般在85%90%，發(fā)熱量在2093kJ/kg以上，尾灰含炭量在5.5%左右，噸回收成本約為1.65元?；厥彰禾亢蟮幕以谧鹘ㄖ鲜褂谩７勖夯译娺x機(jī)煤炭尾灰煤與灰的介電性能不同煤的比電阻一般104105cm灰的比電阻一般在1012cm左右提取A12O3 A12O3是粉煤灰的主要成分，一般含1735%，可作為寶貴的鋁資源。一般認(rèn)為，粉煤灰中A12O3高于25%才有回收價(jià)值。 CO2濾渣（Ca2SiO4）CaCO313201400Na2CO3溶液循環(huán)粉煤灰粉磨燒結(jié)自粉化冷卻溶出Na

10、2CO3過濾NaAlO2粗液脫硅CaO控制過濾NaAlO2精液碳分過濾Al2O33H2O煅燒Al2O3產(chǎn)品圖5-15 石灰石燒結(jié)法提取粉煤灰中氧化鋁的工藝流程（2）粉煤灰用作建材和建材的生產(chǎn)原料 制水泥、制磚、配制混凝土、輕質(zhì)混凝土和加氣混凝土、骨料等。質(zhì)量較差的灰渣可用來鋪路，作基礎(chǔ)以及作填充料等。粉煤灰水泥的組成：粉煤灰+硅酸鹽水泥熟料+適量石膏磨細(xì)粉煤灰水泥不加硅酸鹽水泥熟料時(shí)，稱無熟料水泥摻入不同比例的熟料，得到不同規(guī)格的水泥粉煤灰粉煤灰砌塊振動(dòng)成型攪拌水生石灰石膏爐渣配料蒸汽養(yǎng)護(hù)拆模圖5-23 粉煤灰硅酸鹽砌塊生產(chǎn)工藝流程 以粉煤灰、石灰、石膏為膠凝材料，煤渣、高爐渣為骨料，加水?dāng)嚢?/p>

11、、振動(dòng)成型、蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的墻體材料 表5-16 粉煤灰砌塊混合料的配合比，%粉煤灰爐渣生石灰石膏用水量31551223036粉煤灰粉煤灰加氣混凝土水生石灰石膏球磨機(jī)高壓養(yǎng)護(hù)模具計(jì)量罐澆注車鋁粉計(jì)量機(jī)球磨機(jī)水泥計(jì)量計(jì)量切割出釜圖5-24 粉煤灰加氣混凝土生產(chǎn)工藝流程 生產(chǎn)密度為500kg/m3的高壓養(yǎng)護(hù)粉煤灰加氣混凝土，其配合比為：水泥（525號(hào)硅酸鹽水泥）10%、生石灰（有效氧化鈣以14.5%計(jì)）20%、二水石膏（占水泥和石灰用量）10%、粉煤灰約70%、鋁粉6%、氣泡穩(wěn)定劑少量、水料比0.60.7。粉煤灰煤球磨混合攪拌破碎和篩分成球烘干燒結(jié)粉煤灰陶粒粘土烘干球磨圖5-25 粉煤灰陶粒生產(chǎn)工藝

12、流程 據(jù)估計(jì)，每生產(chǎn)1t粉煤灰陶粒需用干粉煤灰800850kg（濕粉煤灰11001200kg）。一個(gè)年產(chǎn)10萬m3的粉煤灰陶粒廠，每年可處理干粉煤灰6萬t左右（濕粉煤灰10萬t左右）。（3）粉煤灰生產(chǎn)化工產(chǎn)品 粉煤灰中SiO2和Al2O3含量較高，可用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，如絮凝劑、分子篩、白炭黑（沉淀SiO2）、水玻璃、無水氯化鋁、硫酸鋁等。熱解聚合粉煤灰700灼燒粉碎篩分（60100目）細(xì)粉硫酸浸取過濾蒸發(fā)結(jié)晶分離烘干硫酸鋁鹽酸浸取過濾烘干粉碎聚合鋁濾渣漂洗干燥粉磨白炭黑直接作水泥填料蒸發(fā)圖5-26 粉煤灰綜合利用工藝流程 H2SO4溶液硫酸處理鹽析HCl溶液+NH4F粉煤灰酸浸過濾堿解水玻璃含

13、硅殘?jiān)麼aOH溶液過濾濾渣濾液濃縮濾液活性白炭黑濾液 HCl、NaCl過濾濾餅烘干沉淀白炭黑凝結(jié)溶膠H2SO4溶液洗滌干燥圖5-27 酸溶法制取水玻璃和白炭黑工藝流程 活性白炭黑的化學(xué)組成與沉淀白炭黑相同，但性能較沉淀白炭黑優(yōu)越， 活性白炭黑是一種超細(xì)、具有高度的表面活性的SiO2微粉，其比表面積為沉淀白炭黑的45倍，粒徑一般在0.05m以下。在橡膠中有透明性和半透明性，廣泛用于橡膠、乳膠、塑料薄膜、皮革、涂料、粘合劑、合成樹脂、造紙、農(nóng)藥、炸藥、日用化工等領(lǐng)域，是透明和彩色膠制品中不可缺少的材料。 而沉淀白炭黑：外觀白色無定形微細(xì)粉末，其真比重為2.02.6，熔點(diǎn)1750，折光率1.46。粒徑一般為1025m，含水率小于2%。廣泛用于橡膠和塑料工業(yè)，是一種較理想的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。在塑料工業(yè)中，能賦予制品以低的吸水性和良好的介電性能。粉煤灰用于制備吸附材料 粉煤灰玻璃體的外觀呈蜂窩狀，空穴較多，內(nèi)部具有較為豐富的孔隙，且比表面積大，具有一定的吸附能力。但原狀粉煤灰吸附效果不理想，通過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濕法兩種。粉煤灰、純堿、氫氧化鋁焙燒粉碎水熱合成水洗成型活化分子篩圖5-28 粉煤灰生產(chǎn)分子篩工藝流程 一般為粉煤灰：純堿：氫氧化鋁=1：1.5：0.13，純堿和氫氧化鋁應(yīng)預(yù)先在120下烘干23h。配好料后，在800850溫度下焙燒11.5h，