煤系固体废物的资源化

粉煤灰的性质、特点粉煤灰的资源利用工程实例,第八讲煤系固废的处理与利用,【概念】粉煤灰活性【主要内容】粉煤灰的性质特点粉煤灰的资源化利用,本章重点,概述,来源：燃煤发电厂除尘器收集下来的。飞灰8090%、低灰1020%。根据排灰工艺分干灰、湿灰组成：化学组成、矿物组成、颗粒组成,一粉煤灰的性质、特点,粉煤灰的化学成分(),未燃烬碳。含碳一般为57%，其中含碳大于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,表1我国某些电厂的粉煤灰化学组成(单位：)Si02Fe203A1203CaOMg0Na20K20S03烧失量电厂151.3814.920.233.941.250.451.480.447.7电厂251.123.533.512.460.510.630.870.036.3电厂342.3010.724.062.840.370.430.800.0316.9电厂452.386.730.393.880.320.511.040.133.6单位%406020304102.5733015201520,表2我国某些电厂的粉煤灰矿物组成(单位：)序号石英莫来石磁铁矿玻璃体碳份电厂19.614.60.5656.958.29电厂24.931.41.656.415.96电厂35.229.94.753.2315.97电厂44.927.43.260.863.64,粉煤灰的矿物组成对其性质和应用具有很大的影响。,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。形成原因：气体逸出而具有开放性孔穴，表面呈蜂窝状结构，还有一部分气体未逸出被包裹在颗粒内部而具有封闭性孔穴，内部呈蜂窝状结构。玻璃体是粉煤灰具有潜在活性的根本原因。,（1）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”。壁厚为其直径的30%，比漂珠容量大，强度高，密度800kg/m3.,可承受700-1400万帕的压力，最高可承受7000万帕压力。,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。,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（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：,我国电力以燃煤为主，每年约有近亿吨粉煤灰排放（2000年排放总量已达到1.53亿t），少部分(2037)用于建筑、交通、土壤改良等方面，其余的大部分堆积废弃，造成了严重的环境污染。资源化利用：水泥工业、混凝土、农业、选金属等、环境保护,三粉煤灰的资源利用,（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5080%的空心玻璃微珠,空心微珠，具有多种优异性能：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。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。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。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。,粉煤灰中空心微珠的分选流程,分选煤炭：浮选和电选两种方法,柴油作捕收剂，用松油为起泡剂,回收率8594%，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%,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。,煤与灰的介电性能不同,提取A12O3A12O3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。,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：,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,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，%,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。,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）。粉煤灰陶粒自重轻、强度高的建材支撑骨料，用来替代石子、河砂等制造轻质空心砌块、预应力楼板、屋面板、空心挂板等，也用于现浇混凝土工程，是一种用途极广的利废材料。,（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。,图5-26粉煤灰综合利用工艺流程,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。,（4）粉煤灰生产多元素复合肥,图5-29粉煤灰生产多元素复合肥生产工艺流程,直接施用于农业上的几种作用：a.利用粉煤灰中的有价值营养元素，作为农作物生长刺激素。如粉煤灰中含P量1.21.6%,K2.3%，还有其它许多微量元素。适量的微量元素可促进植物的生长，发育，还少增加农作物对病、虫害的抵抗力。b.增温作用c.保墒作用（墒指田地里土壤的湿度）d.使土壤疏松透气，增强土壤净化能力,粉煤灰在农业应用：,直接施用于农田,用粉煤灰生产化肥,粉煤灰是一种多孔性松散固体集合物，孔隙率6075、比表面积为25005000cm2/g。与木材活性炭相似，是一种微孔隙度低，大孔隙度高的吸附剂。用作净化废水是有效的。,粉煤灰处理废水,原理：粉煤灰在与废水作用时，以起到吸附、混凝沉淀、共沉淀等作用。,主要因素：粒径和比表面积、粉煤灰的化学组分溶液的pH值、温度、吸附质的性质,应用范围：城市污水、印染废水、造纸废水、制药废水、电镀废水、重金属废水、含酚、含氟废水,脱色除臭粉煤灰对各种废水如印染废水、造纸废水具有显著脱色除臭效果，脱色率为9099%。粉煤灰还具有一定的除臭能力。(2)去除重金属离子粉煤灰对Hg2+、Pb2+、Cu2+、N2+、Zn2+等都有较好的吸附效果，吸附去除率在4090，对Cr吸附效果较差。pH值对粉煤灰吸附重金属离子的效果有一定影响，适宜的pH值在47之间。,(3)去除有机物和SS粉煤灰对多种废水中的有机物和SS均有较好的处理效果。处理城市污时COD、BODs和55的去除率分别为67.6、52.4和90.8；处理造纸废水时上述三项指标的去除率分别为70、85和94。(4)除氟和磷(5)混凝和助凝作用用粉煤灰制备的混凝剂具有较好的混凝效果,磁珠、漂珠在废水中的应用漂珠对水中的CODcr和重金属有一定的吸附作用，用漂珠制作新的吸附材料，处理废水，可取得较好效果。漂珠中SiO2和Al2O3的含量高达90以上，有较大孔隙率及比表面积，符合研制新的吸附材料的要求。,粉煤灰磁珠回收工艺：采用强磁场磁选机，来料进行调浆，经一段粗选，二段精选或一段分选尾矿经二段扫选，即可得合格产品。回收的磁珠粒径在3080m，作为磁种使用较合适。因磁种粒度越小，数量越多，接种效果越好，但不能太小，否则难以循环净化回收利用。采用粉煤灰的磁性部分(磁珠)作为磁种，用高梯度磁分离(HGMS)技术处理废水。,主要问题和研究方向：粉煤灰处理污水的研究已进入应用研究阶段，有些技术已应用于实践，但还存在一些需要解决的问题，主要有以下几点：(1)理论研究基础薄弱，对粉煤灰吸附机理及动力学的研究还不够透彻，多数研究还停留在实验室阶段。(2)处理工艺的工业化技术问题，主要是灰水分离技术目前除过滤法易实现灰水分离外，其他一些方法进行灰水分离都有一定困难，在某种程度上阻碍了该项技术的推广应用。,(3)灰水分离后的再利用或处置问题吸附饱和灰若处置不当，会引起二次污染，因此，必须重视其最终处理问题，可考虑资源再利用。(4)粉煤灰吸附容量问题粉煤灰的吸附容量是有限的，这也限制了它在污水处理中的应用，如能大大提高其吸附容量，则可扩大其应用，但别目前为止这一问题还未得到解决。(5)复合高效混凝剂的研制与开发将粉煤灰经化学处理、复合等简单工艺步骤，即可制成高效粉煤灰混凝剂但目前的研究面还较窄，一般都是用酸处理或和硫铁矿烧渣复合，有待加强这方面研制开发的力度，进一步扩大粉煤灰高附加值利用的范围。,1)漂珠活化：打开封闭的孔穴，提高孔隙率及比表面积。物理活化：机械破碎化学活化：不但能打开孔穴，通过酸碱对漂珠的作用，生成大量新