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1、1,第七章 工矿业废渣的综合利用,2,本次课重点与难点,1、重点掌握粉煤灰的综合利用，粉煤灰活性的激发。2、掌握煤矸石的处理与利用。,3,概述,工矿业废渣类型及排放量：工矿业废渣种类繁多，情况复杂。例如：高炉矿渣，我国每年大约排2100万吨/年。据统计，目前国内积存的高炉渣约为1亿吨，占地15000多亩。冶金工业每年由于弃渣而耗用的资金达上千万元。煤矸石：1 亿吨/年粉煤灰：已达8000万吨/年钢渣：700万吨/年毒性比较大的有铬渣和汞渣,4,概述,国内外发展状况：近年来，我国在废渣利用方面取得了很大的成绩，也取得了一些技术比较成熟，运行比较稳定的经验。按目前的技术条件，每年的总利用率达80%
2、，每年还要弃去几百万吨。二十世纪七十年代以来美国、原苏联、联邦德国等工业发达国家，基本上将高炉矿渣全部利用，而且还把以前的老渣山采完用尽，可见我们还有很大的距离。,5,71粉煤灰的处理和利用,一、概述：1、粉煤灰的来源：燃煤电厂。燃烧方式：粉煤喷烧，即将煤磨成粒度在0.1以下的煤粉。用预热空气喷入炉膛呈悬浮状态燃烧。产生高温烟气。经除尘器被分离，收集即得粉煤灰。其工艺流程如下：,6,粉煤灰的排放方法：干法：将收集的飞灰直接输入灰仓，或用螺旋泵外排。湿法：是使粉煤灰通过管道用高压水冲排输送至灰场。湿法包括灰渣分排和灰渣混排。目前我国大部分电厂均采用湿法排输。,7,2、粉煤灰的排放量及治理现状：我
3、国粉煤灰排放量伴随煤炭和电力工业发展而同步增加。平均发1万度电约排灰1吨。,8,近几年，我国粉煤灰存放在贮灰场的也开始利用。但目前发展的不均衡。50%的粉煤灰得到了利用。50%排入贮灰场或排入江河。据了解我国粉煤灰的累计堆放量已超过5亿吨，占地24万亩。吉林市状况：吉林热电厂，吉化热电厂(106厂)，东关热电厂、西关热电厂，江南热电厂均为火力发电厂。有四个排灰场，占地面积大，造成的污染严重。目前利用粉煤灰做建筑材料已在本市广泛开展起来。106厂利用粉煤灰制彩色地面砖，都已达到了工业化程度。,9,二、粉煤灰的危害,1、侵占土地：堆放一万吨灰，需占地1亩。2、污染大气：受风力的剥离作用，造成浮尘、
4、降尘、粉尘超标。3、污染水体：污染地下水，造成水质变硬，污染地面水。,10,三、粉煤灰的基本性质,粉煤灰的物理化学性质决定因素：煤的品种，煤粉的细度，燃烧方式和温度以及粉煤灰的收集和排灰方法。1、结构和形态：粉煤灰是由各种大小不一，形貌各异的颗粒组成的。,11,沉珠：比重大于1的玻璃球体，包括：(1)富钙玻璃微珠，氧化钙，化学活性好。(2)富铁玻璃微珠(磁珠)，氧化铁、三氧化二铁，具有磁性。,1)球形颗粒,12,2)不规则多孔颗粒,类型：多孔炭粒 多孔铝硅玻璃体 漂珠A、多孔炭粒：未燃尽的炭，比重和容重均小，粒径和比表面积均大，可与活性炭相比，但对粉煤灰性能有不良影响。粉煤灰制品的强度和性能均
5、随着含碳量的增加而下降。,13,B、多孔铝硅玻璃体：富含氧化铝，二氧化硅，多达70%。这类玻璃体在形成过程中，有的因部分气体逸出而具有开放性孔穴，表面呈蜂窝状结构；有的因部分气体未逸出，被包裹在颗粒内部具有封闭性孔穴，内部呈蜂窝状结构。多孔玻璃体具有较大的比表面积。,14,C、漂珠：比重小于1的封闭性孔穴的玻璃体。是一种多功能的新材料，隔热材料、隔音、填料等。,15,2、物理性质,1)外观与颜色：外观与水泥差不多，颜色是粉煤灰的一项重要指标。颜色越深，质量越低。,16,2)物理参数：比重(低钙灰1.8-2.8g/3；高钙灰2.5-2.8 g/3)1.5-2.8 g/3容重：松散干容重：600-
6、1000/m3；压实容重：1300-1600/m3；最大容重：1700/m3比表面积：2700-3500cm2/g；孔隙率60-75%；细度0.5-100m;需水量：粉煤灰需水量=粉煤灰水泥胶砂需水量/基准水泥胶砂水量低需水量的粉煤灰的测定值为22-30%中需水量的粉煤灰的测定值为30-40%高需水量的粉煤灰的测定值为50-60%,17,3、化学成分,与粘土相似，大多为一些金属氧化物及微量元素。,18,4、粉煤灰活性,A、粉煤灰的活性：指粉煤灰在和石灰、石膏、水等混合时所具有的凝结硬化的能力。h三氧化二铝/烧失量烧失量，三氧化二铝，h，说明燃烧完全，粉煤灰活性高。B、粉煤灰活性的激发：粉煤灰的
7、活性是潜在的，需用激发剂激发才能发挥出来的。,19,（1）以石灰和石膏作激发剂的蒸汽养护法反应系统包括：碱性激发 硫酸盐激发碱性激发：mCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2OmCaOSiO2nH2O(水化硅酸钙)CSH凝胶mCa(OH)2+Al2O3+(n-1)H2OmCaOAl2O3nH2O(水化铝酸钙)CAH凝胶,20,硫酸盐激发：mCaOAl2O3nH2OCaSO42H2O(石膏充足)mCaOAl2O33CaSO4（n+2）H2O 三硫型水化硫铝酸钙，简称E盐(石膏不充足）3CaOAl2O3CaSO412H2O 单硫型水化硫铝酸钙，简称M盐,21,养护：一般养护：常温，水化产物的形成
8、需28-90天。高温蒸汽养护：800-900，水化反应过程加快，制品只需8-12小时，便能达到预期强度。,22,（2）以石灰和水泥为激发剂的蒸压养护方法：激发剂：石灰、水泥、石膏水化反应系统：CaO-SiO2-H2O CaO-Al2O3-H2O CaO-Al2O3-SiO2-H2O CaO-Al2O3-CaSO4-H2O养护：高温高压蒸汽养护,23,（3）以水泥熟料和石膏为激发剂的常温激发方法：一次水化反应：水泥熟料中含有约75%的硅酸钙以及一部分铝酸三钙C3A；遇水水化生成水化硅酸钙凝胶，同时析出氢氧化钙。二次反应：粉煤灰中的活性二氧化硅和活性三氧化二铝在水泥水化析出的氢氧化钙激发下发生生成
9、CSH和CAH，在氢氧化钙存在下，CAH继续与石膏生成E盐。,水化反应的长期进行，保证了硬化体的强度增长和耐久性。,24,四、粉煤灰的综合利用,主要有十大方向的应用：粉煤灰砖粉煤灰砌块粉煤灰加气混凝土预制构件粉煤灰水泥粉煤灰混凝土掺合料粉煤灰筑路粉煤灰精选炭，磁选铁粉煤灰吸附剂、分子筛粉煤灰提取磁珠、漂珠粉煤灰做土壤改良剂和肥料,25,1、粉煤灰砖：“双免砖”免蒸免烧,A、原料 B、工艺,粉煤灰脱水石灰消化 配料 搅拌碾练成型养护砖石膏破碎,26,石灰消化：CaO+H2OCa(OH)2碾练：SiO2,Al2O3+CaO胶凝物质养护：利用饱和蒸汽对专坯进行湿热处理。加快水化反应进行，达到砖坯中胶
10、结料的凝结硬化。养护方法：1）常压养护：采用砖或钢筋混凝土构筑蒸汽养护室。P表0，T95-1002）高压养护：采用高压釜 P表8.1061051.159106Pa，T174-200,27,免烧制砖流程图,28,免烧压砖机,29,粉煤灰砖,30,2、粉煤灰砌块,粉煤灰加气混凝土：粉煤灰富含玻璃微珠，孔隙率高，利用粉煤灰制硅酸盐砌块，是近年来开发的一种新技术，能取代水泥。,特点：在养护的过程中，由于泡沫剂的作用，在其内部形成许多小孔洞，因而具有良好的保温、吸音等性能。容重小是轻质高墙的墙体材料。普通混凝土容重2000-2400/m3，加气混凝土仅为650-700/m3。,工艺：流程：,31,3、粉
11、煤灰混凝土掺合料,我国在大型水利工程的大坝混凝土中掺用粉煤灰，已成为综合利用粉煤灰的一条重要途径。在合理的掺灰比例如下：1磨细的粉煤灰可代替1水泥。优点：减少水化热，粉煤灰可降低混凝土的水化热；改善和易性，粉煤灰中含有大量的空心玻璃微珠；粉煤灰的后期强度高。,32,4、粉煤灰水泥,依据煤质不同，生产不同标号的水泥。1）硅酸盐水泥粉煤灰水泥熟料石膏球磨机425 2040%8060%少量优点：水化热低，抗渗、隔热性好，后期强度高，适用于大型水利工程。2）无熟料水泥：粉煤灰生石灰石膏球磨机325 9060%1030%少量优点：可配制砂浆，水泥耐腐蚀，抗渗性好。一般用于农村基本建设工程或小型水利工程。
12、,33,5、粉煤灰筑路,粉煤灰石灰混合加水搅匀碾压成灰土 80%20%用作路基基底，我市8路线的扩宽工程就采用粉煤灰筑路。优点：路面隔热性能好，具有良好的防水性。,34,6、粉煤灰精选炭、磁选铁,粉煤灰含炭量与煤质、燃烧方式等诸多因素有关，大约在530%。对于建筑工业来说，粉煤灰含炭量超过8%，会影响粉煤灰制品（建材和漂珠）的质量，应当分选回收其中的炭。分选方法见浮选一节。磁选铁：在密实的微珠中，有一小部分含氧化铁较高的富铁微珠，叫做磁珠，含量一般在4%-20%，最高可达43%，可用磁选机进行磁选，回收率达40%。三氧化二铝一般要达到25%方可回收。,35,7、粉煤灰作吸附剂、制分子筛,吸附剂
13、：（据有关报道）含汞废水用粉煤灰在PH7的条件下进行吸附，除汞率可达99%以上。在处理汞方面，粉煤灰的吸附性能优于粉末活性碳。分子筛：粉煤灰(1)：纯碱(1.5)：氢氧化铝(0.13)焙烧水洗活化分子筛用粉煤灰代替硅酸钠。,36,8、粉煤灰提取漂珠（空心玻璃微珠）,粉煤灰中一般含有1520%的漂珠，其细度为0.3-100m.。工艺：粉煤灰分选器（得重物质）分离器（得空心玻璃微珠）收集器超细微珠应用：1）耐火、防火、隔热、隔音、高强度、轻质建筑材料。2）填料、催化剂、人造革。3）军用刹车片、摩擦片。,37,粉煤灰的改土与增产作用1).粉煤灰的孔度与土壤性能的关系2).施灰对土壤机械组成的影响3)
14、.粉煤灰对土层温度的影响4).粉煤灰的增产作用,9、粉煤灰用作土壤改良剂和农业肥料：,38,1).粉煤灰的孔度与土壤性能的关系,作物生长的土壤需有一定的孔度，而适合植物根部正常呼吸作用的土壤孔度下限量是1215。低于此值，将导致作物减产。粉煤灰中的硅酸盐矿物和炭粒具有多孔性，是土壤本身的硅酸盐类矿物所不具备的。此外，粉煤灰粒子之间的孔度，一般也大于粘结了的土壤的孔度。粉煤灰施人土壤，除其粒子中、粒子间的孔隙外，粉煤灰同土壤粒子还可以连成无数“羊肠小道”，为植物根吸收提供新的途径，构成输送营养物质的交通网络。粉煤灰粒子内部的孔隙则可作为气体、水分和营养物质的“储存库”。,39,植物生长过程所需要
15、的营养物质，主要是通过根部从土壤中获得，并且是以水溶液的形式提供的。土壤中溶液的含量及其扩散运动都与土壤内部各个粒子之间或粒子内部孔隙的毛细管半径有关。毛细管半径越小，吸引溶液或水分的力越大，反之亦然。这种作用，使土壤含湿量得到调节。如果将粉煤灰施人土壤，能进一步改善土壤的这种毛细管作用和溶液在土壤内的扩散情况，从而调节了土壤的含湿量，有利于植物根部加速对营养物质的吸收和分泌物的排出，促进植物正常生长。,40,2).施灰对土壤机械组成的影响,粘质土壤惨入粉煤灰，可变得疏松，粘粒减少，砂粒增加。盐碱土掺人粉煤灰，除变得疏松外，还可起到抑碱作用。例如某盐碱土壤，春播前容重为1.26，每亩施粉煤灰2
16、104kg，秋后容重降到1.01,与肥沃土壤容重相近。,41,3).粉煤灰对土层温度的影响,粉煤灰所具有的灰黑色利于其吸收热量，施入土壤，一般可使上层提高温度12。据报导，每亩施灰1250kg，地表温度16，每亩施灰5103kg，地表温度17。土层温度提高，有利于微生物活动、养分转化和种子萌发。,42,4).粉煤灰的增产作用,一些试验和生产实践表明，不同土壤合理施用符合农用标准的粉煤灰都有增产作用。一般以亩施5104kg增产效果较好。不过，砂质土壤施灰，增产不明显，生荒地施灰增产明显，粘土地增产最明显。作物品种不同，增产效果不同：蔬菜增产效果最好，粮食作物增产比较好，其他经济作物也有增产作用，
17、但不十分稳定。,43,粉煤灰肥料,1)粉煤灰硅钾肥2)粉煤硅钙钾肥3)粉煤灰磁化肥4)粉煤灰磷肥,44,1).粉煤灰硅钾肥,以粉煤灰作硅源，配加一定比例的氢氧化钾，在700800锻烧，可制备粉煤灰硅钾肥（K2SiO3）。此种肥料，含有作物生长所需的硅和钾元素。K2SiO3是一种构溶性物质，只能溶于20的枸溶性酸中。植物根部恰恰能分泌出枸溶酸，可以使K2SiO3溶解供植物在较长时间内均衡地吸收，因而吸收率比较高。,45,2).粉煤硅钙钾肥,利用电厂旋风炉，在煤粉中掺入一部分钾盐，可以一步生产出适于水稻生长需要的粉煤灰硅钙钾肥。此种肥料能明显地增强水稻抗病、抗旱、抗倒伏性能，有利于提高稻谷品质，缩
18、短成熟期，增产效果一般为10左右。,46,3).粉煤灰磁化肥,以粉煤灰为原料，按不同作物和上壤的需要，配加一定比例的N、P、K成分，在强滋场内处理，可以制得粉煤灰磁化肥。此种肥料具有调节生物生长的磁性，能够刺激作物生长、活化土壤并改善其结构，因而获得作物增产。其施用量不大，一般等同于普通商品化肥。,47,4)粉煤灰磷肥,利用电厂旋风炉，在煤粉中掺入一定比例的磷灰石粉，经过高温锻烧和急冷处理，最后再经粉碎，可制得粉煤灰磷肥。此种肥料的主要营养成分为Ca4P2O9，也具有拘溶性。其中除含有硅、钙、磷、钾外，还含有植物生长所需的微量元素，对作物、蔬菜、食用菌类都有增产效果。,48,72煤矸石的处理和
19、利用,一、概述：1、煤矸石：是与煤伴生的岩石。但这种煤矸 石并不是真正的岩石，而是可燃的低热值 的岩石，也可以说是一种低热值的煤。目 前，我国年排煤矸石108吨/年，80%没有利 用，占煤的开采量的20%。,49,2、煤矸石的化学成分：主要是铝和硅的氧 化物，此外还含有一些微量和稀有元素。3、煤矸石的特点：烧失量10-30%，发热量 837-4187kJ/，含碳量10-30%。可燃成 分较低，发热量的热值较低。,50,4、危害：1)侵占土地，1亿吨/年，目前积存下来的煤矸石几十亿吨。2)污染大气，煤矸石自燃，因煤矸石中含有硫化铁：目前全国正在燃烧的煤矸石山达300座之多，产生大量难闻有毒的气体
20、。,51,二、煤矸石的利用,1、回收热能：利用沸腾炉燃烧煤矸石，烧锅炉、发电。实例：黑龙江省鸡西矿务局滴道电厂，以煤矸石为燃料发电，1万千瓦/20吨煤矸石。优点：节省煤，降低成本。缺点：需破碎粒度8，电耗大，飞灰大，80%飞灰渣。,52,2、煤矸石做建筑材料,煤矸石建材品种：水泥、混凝土、砖、砌块等。水泥：1)煤矸石硅酸盐水泥：煤矸石+水泥熟料(70%)+石膏球磨2)煤矸石少熟料水泥：煤矸石(67%)+水泥熟料(30%)+石膏(3%)球磨150#水泥3)煤矸石无熟料水泥 煤矸石(炉渣)+石灰球磨 150#水泥，用于大体积混凝土工程。,53,理论依据：粘土是生产水泥的原料之一，而煤矸石中的二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁总含量在80%以上，是一种天然的粘土质原料。煤矸石与粘土化学成分比较(引自工业废渣综合利用),从表中可以看出，煤矸石中的三氧化二铝比粘土还高。这是该种水泥早期强度高的重要因素。,54,优点：早期强度高，可生产特种水泥。凝结时间短，快速硬化，抗渗性强。缺点：破碎量大。适用范围：地下铁道，隧道，井巷工程等。,55,3、煤矸石提取三氯化铝、二氧化硅、二氧化钛联合工艺,
