粉煤灰、赤泥资料.doc

王掌河粉煤灰堆放场王掌河堆灰场是焦作电厂的二期灰场，位于六水厂水源地东北约2.3km处，普济河的河谷。焦作电厂二期工程采用的是高浓度除灰系统，冲灰、渣用水分别为溢流灰水和锅炉灰水池水，渣由捞渣机捞出装车外运，灰浆经浓缩池浓缩后由水泵加压管道输送至电厂北约7.3km的二期灰场，即王掌河堆灰场 ，灰水比约1：4，排放灰水量10000吨/天。此灰场于1986年开始使用，其设计年限30年，沟口大坝顶宽1.15m,坝顶长约422.6m，坝高84m，灰坝由灰场内取石灰石筑成。为防止雨水冲刷坝坡，内、外侧坝坡采用混凝土预制板护坡（见附照1、2）， 灰场东、西、北由自然山峰围成，全景图如下。粉煤灰中微量元素对地下水的污染主要有直接污染和间接污染两种。直接污染的特点是，地下水中有毒有害的组分直接来源于粉煤灰中有毒有害的物质，在运移过程中其化学性质无任何改变，如Hg、As，这是污染地下水的主要方式。间接污染的特点是，地下水的污染组分在粉煤灰中浓度并不高，但它们经复杂的物理、化学及生物作用，从其它环境进入地下水环境中，造成对地下水的污染。粉煤灰中有毒有害微量元素的污染途径主要有:一是粉煤灰中有毒有害元素通过包气带渗入。当电厂的粉煤灰渣经管道排入贮灰场后，灰渣在大气降水或冲灰水的淋滤下，使粉煤灰中有害元素经过包气带向下渗透。由于地层有过滤吸附等作用，可使有毒害组分浓度发生变化，特别是当包气带岩层颗粒较粗，厚度较小时，粉煤灰中污染物质较易进入含水层，从而污染浅层地下水。若灰场位于高透水的砂、砾石或裂隙岩石上时，其淋滤液的迁移可能造成比灰场所占面积大得多的污染区。二是从地表水体侧向进入。如粉煤灰中的细小颗粒随灰尘、烟尘在风力作用下进入大气，通过降雨的形式进入地表水，而这些受污染的地表水又成为浅层地下水的污染源。灰场附近的浅层地下水开采已形成较大的降落漏斗，使地下水位水力坡度增大，水交替加快，地表水向下渗透能力加强，特别是具有污染物补给的地带地下水污染速度加快。灰场内冲灰水和大气降雨的大量下渗是主要的污染方式，焦作电厂二期工程每年向王掌河堆灰场排放冲灰水量292万吨/a，除通过水面少量蒸发外，其余均就地渗入地下。焦作山前平原区多年平均降水量600mm，王掌河灰场面积约34.5万m2，全年降水进入灰场的总量为20.7万m3。还有每年刮大风时，特别是冬春两季，大风将粉煤灰吹向灰场的周围，使附近山坡、道路等大面积积灰，这些积灰通过大气降水的淋滤和浸泡，也形成地下水的污染源。附照9为春季时的灰场图，图中白色为扬尘。燃煤电厂将煤磨细成100um以下的细粉，用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，产生高温烟气，经由捕尘装置捕集，就得到粉煤灰，也叫飞灰。少量煤粉粒子在燃烧过程中，由于碰撞粘结成块，沉积于炉底，称为底灰。飞灰约占灰渣总量的8090，底灰约占1020。粉煤灰有烟气除尘和底灰除渣两个收集系统。它所含的化学成分主要是Si02, A1203, Fe203, MgO, K20, Na20, CaO, FeS和未燃尽碳等。由于煤的品种和燃烧条件不同，各地粉煤灰的化学成分波动范围较大。表51列出了我国粉煤灰化学成分的一般变化范围。 我国粉煤灰化学成分的变化范围化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O及K2O 烧失量变化范围(%) 4060 1735 215 110 0.52 0.12 0.54 126粉煤灰中的矿物来源于母煤。母煤中含有铝硅酸盐类粘士矿和氧化硅、黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物等矿物，而以铝硅酸盐类粘土矿和氧化硅为主。粉煤灰颗粒组成多种多样，大小不一，形貌各异。主要包括：球形颗粒、不规则多孔颗粒、碎片等。粉煤灰的排输分湿法和干法两种。粉煤灰用水力输灰方式输送到灰场处置，在经济方面优于干式排灰，我国目前基本上都是水力冲灰。但不管是干式排灰或湿式排灰，在粉煤灰的输送和灰场处置过程中都存在着二次污染问题。即由于水冲、雨淋等外界因素的影响，粉煤灰中一些有害成分转移到水环境中，如SO42、Ca2，微量元素中的As、F、Cr等溶入水中，会对环境造成一定的污染，这种转移受到冲灰原水的水质、水量、粉煤灰的理化特性、灰场的地质构造及当地水文气象等多种因素的影响。淋滤液是在固废堆放后逐渐产生的，随着时空的变化，淋滤液的成分会发生很大的变化。固废的成分、堆放时间、降雨量以及温度等因素对淋滤液产生时的成分影响很大。如果堆放场选址不当，就会有地下水渗透进来，或者由于固废本身带来的水分，会加剧淋滤液产生的量。本次研究的粉煤灰堆放场就是典型的例子，其场址均选在断层发育的中奥陶灰岩裸露区，没有任何防渗措施。周边山体直接接受大气降水的补给，灰岩水对堆放场有一定程度上的侧渗补给。主要的是粉煤灰本身的排放方式为水力冲灰，冲灰水对淋滤液产生的影响非常大。麻掌堆灰场麻掌堆灰场是中站区李封热电厂灰场，西临西大沟。此电厂的除灰系统浓度较低，灰水比约1：15，冲灰、渣用水为李封矿井水，排放灰水量1920 吨/天。此灰场于1994年开始使用，2002年为增加库容，对其增容改造，设计使用年限20年，沟口大坝总高35m，坝顶长150m，外侧坝坡采用了混凝土预制板护坡，内侧附了层坡积土（见附照4、5）。全景图如下：李封热电厂每年向麻掌堆灰场排放冲灰水量75.08万吨/a，除通过水面少量蒸发外，其余均就地渗入地下。焦作山前平原区多年平均降水量600mm，麻掌灰场面积约1.85万m2，全年降水进入灰场的总量为0.99万m3。赤泥（red mud）是铝土矿经各种物理和化学处理，制取氧化铝后所剩余的红色粉泥状高含水量的强碱性固体废料。一般低品位的铝土矿每生产1t氧化铝就要产生11.75t的赤泥。据我国19个大型铝厂的不完全统计，90年代初赤泥的年排放量已超过了300万t，目前，全国共有约8000万t赤泥堆积在地表。赤泥中的氟化物等污染物在雨水和冲灰水的浸泡和淋溶作用下，会大量溶出，经包气带渗入含水层，进而污染地下水，影响生态环境和人体健康。因此，赤泥堆放场是一个值得关注的地下水污染源。赤泥中氟化物主要来自于铝土矿，溶出时氟以NaF形式进入溶液，在赤泥洗涤时，氟以冰晶石（Na3AlF6）形式结晶析出。 赤泥的化学成分 赤泥的化学成分取决于铝土矿的成分，生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成分，以及新生成的化合物的成分等。中州铝厂生产氧化铝采用两种生产工艺：烧结法生产工业和拜耳法生产工艺，其中拜耳法生产工艺于2004年刚刚开始投入运营，经分析知，赤泥的化学成分见表21。 表21 赤泥的化学成分分析成分 含量（） 成分 含量（%） 成分 含量（）SiO2 17.15 MgO 0.97 TiO2 4.65Al2O3 8.06 K2O 2.51 P2O5 0.27Fe2O3 9.82 Na2O 2.54 烧失量 16.98CaO 37.02 MnO 0.04中州铝厂采用等离子光谱对赤泥的分析结果见表22。由表可以看出，赤泥中钙含量很高，这主要是铝土矿溶出过程中为提高一水硬铝石的浸出率，随原矿粉加入的石灰（CaCO3）所致；Na主要来自处理铝土矿时所用的NaOH循环母液，Al、Si、Ti及其它元素则均来自铝土原矿。矿物组成 由于赤泥颗粒细小、组成复杂，其矿物成分的准确鉴定必须采用多方法的综合途径，中州铝厂对赤泥矿物组成的研究分别采用了偏光显微镜、扫描电镜、差热分析、红外吸收光谱和穆斯堡尔法等七种方法进行鉴定，结果表明赤泥的主要矿物为：硅酸二钙，含量为46.4%；水化石榴石，含量为20.5%；赤铁矿，含量为10.2%；方解石，含量为1.6%；钙钛，含量为8.0；含量为7.9%（中州铝厂提供）。 表22 等离子光谱法分析结果元素名称 Fe Ca Si Al Ti Na K拜耳法成分含量 12.21 26.2 12.61 21.8 5.9 3.75 0.7烧结法成分含量 12.63 41.3 18.55 9.0 4.52 1.3 1.3注：以下论文中所说的赤泥，如不特别指明均指烧结法赤泥。赤泥及其附液中的污染物主要有氟化物、碱、氯化物、硫酸根、钠等。由于冲灰水是连续回用，其中污染物浓度也会不断升高，最终与赤泥附液中污染物浓度相近。其中赤泥的PH值为：10.2911.83，氟化物含量为4.898.6mg/l ;浸出液的PH值为11.6512.88，氟化物含量为11.531.86mg/l。按有色金属工业固体废物污染控制标准（GB505885），因赤泥的PH值小于12.5，氟化物含量小于50mg/l ,故赤泥属于一般固体废渣。但赤泥附液的PH值大于12.5，氟化物含量小于50mg/l ,污水综合排放标准划分为超标废水，因此，赤泥（含附液）属于有害废渣（强碱性土）。焦作中州铝厂一期工程赤泥堆放场位于焦作市东北部的太行山山谷中，中州铝厂以北约2000米，沙墙村西北约800米，南临焦辉公路，其余三面为太行山石灰岩山体。该赤泥堆放场为一沟谷筑坝堆场，建于1987年，1992年12月正式投入运行，根据中州铝厂的规划，该堆放场服务期限为25年，即2017年底终止使用。建坝初期，堆放场长1000米，宽约60米。据现场勘查知17，初期坝高18米，顶宽4.0米，底宽87.13米，坝顶绝对标高168.00米；现复坝高10米，总坝高28米，由堆石、代料、亚粘土等筑成，为不透水坝，见图22。坝体设计绝对标高为220.00米，坝高70米，库容为1239.9104m3。在200.00米以上，继续采用退2米，升3米的台阶状筑坝方式，坝外坡比为1:1.73。中州铝厂赤泥堆放场截至到2004年底已堆存赤泥约790万吨，累积堆存量相当于我国赤泥的年排放量，占世界赤泥年产量的6.25。中州铝厂每生产1吨氧化铝，排放赤泥1.5吨。赤泥采用水力冲灰的方式通过管道输送到堆放场，灰水比1：10，经计算，中州铝厂一期工程赤泥产生量及耗水量。表 34 一期工程赤泥产生量情况 年 份 氧化铝产生量 赤泥产生量 冲灰水耗水量 灰 水 量 （年） （万t/a） （万t/a） （万t/a） （万t/a） 1993 7.40 11.10 111.0 122.11994 9.50 14.25 142.5 156.81995 11.13 16.7 167.0 183.71996 13.02 19.53 195.3 214.81997 14.62 21.93 219.3 241.21998 20.36 30.54 305.4 335.91999 31.36 47.04 470.4 517.42000 44.14 66.21 662.1 728.32001 55.13 82.7 827.0 909.72002 80.6 120.9