1、10 典型固体废物的处理与利用,10.1 煤系固体废物的处理与利用,10.1 煤系固体废物的处理与利用,粉煤灰煤矸石,10.1.1 粉煤灰(coal ash)的处理和利用,粉煤灰的性质粉煤灰的分选处理粉煤灰的利用,10.1.1.1 粉煤灰(coal ash)的性质,粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂排出的废弃物。电厂烟气经除尘器收集的细灰称为粉煤灰或飞灰。由炉底排出的废渣称为炉渣或熔渣。每一万千瓦发电机组排灰渣量约为0.91.0万吨。粉煤灰是一种火山灰质材料，具有火山灰活性。粉煤灰的物质组成粉煤灰的颗粒组成粉煤灰的物理性质粉煤灰的活性,（1）粉煤灰的物质组成,粉煤灰的化学成分(chemical c
2、omposition)粉煤灰的矿物成分(mineral constituent),a. 粉煤灰的化学成分(chemical composition),粉煤灰的化学成分类似于粘土,主要有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和未燃尽的煤炭，以SiO2和A12O3为主要成分。由于产地、煤的品种和燃烧条件的不同，粉煤灰的化学成分变化范围较大。 粉煤灰的化学成分是评价其质量优劣的重要技术参数。CaO：根据CaO的含量分为高钙粉煤灰(CaO20)和低钙粉煤灰(CaO70。MgO和SO3：粉煤灰中的MgO和SO3对水泥和混凝土是有害成分，必须加以控制。,b. 粉煤灰的矿物成分(mineral const
3、ituent),粉煤灰的矿物成分取决于所用燃煤的化学成分和矿物成分。粉煤灰中的矿物大部分是在燃烧过程中熔融结晶所得。因此，粉煤灰的矿物成分很复杂。主要分为无定形相和结晶相两大类。无定形相(amorphous phase)：主要是Si-A1质玻璃体，约占5080,和少量未燃烬的碳粒。玻璃体含量多，火山灰活性高。结晶相(crystallization phase)：主要有石英、莫来石、长石、云母、赤铁矿、金属铁、硅化铁、磁铁矿；在高钙粉煤灰中还含有一些水泥熟料矿物如C2S，铝酸钙、钙长石、方镁石、石灰等。粉煤灰的矿物成分是影响粉煤灰活性的重要因素之一，低钙粉煤灰的活性主要取决于无定形Si-A1质玻
4、璃体，因此玻璃体越多化学活性越高。 高钙粉煤灰中富钙玻璃体较多，并含有较多富含CaO的水泥热料矿物的结晶相。 水泥的化学活性主要取决于富CaO的结晶相。因此，高钙粉煤灰的化学活性比低钙粉煤灰高，而且其活性既与玻璃体有关，又与其结晶相有关。,（2）粉煤灰的颗粒组成(Particle composition),粉煤灰是由形状各异,大小不同的球粒，多孔颗粒和碎屑颗粒构成。玻璃微珠(microbeads) 表面光滑的球粒，粒径一般为0.5100m，平均为1030m，比重大，在水中下沉，也称为沉珠，含量多者可达25，少者34%，有些颗粒表面还生长着一些石英、莫来石的微晶。 按其化学成分可分为： 富Ca玻
5、璃微珠，CaO含量高，化学活性高。 富Fe玻璃微珠，Si-A1玻璃微珠富含赤铁矿、磁铁矿包体，具有磁性，也称磁珠。多孔颗粒 有多孔炭粒和多孔玻璃体之分。 多孔玻璃体富含SiO2、A12O3，含量高达70以上，有的颗粒表面呈蜂窝状，有的颗粒为封闭性孔穴，内部为蜂窝状。比表面积较大，粒径往往45m。封闭性孔穴颗粒比重一般小于1,能漂浮于水面上，称为漂珠,其体积含量可达1520，重量含量可45，是一种保温隔热材料。碎屑 结晶相和玻璃相的碎片，也有碳粒碎屑。,（3）粉煤灰的物理性质,外观特点比重与容重细度,外观特点,粉煤灰外观象水泥,呈灰白色，随着含碳量的增加，颜色变深可呈黑色，而且碳粒主要赋存于粗颗
6、粒中；因此，粉煤灰的颜色在一定程度反映了粉煤灰的含碳量和细度，颜色越深，粒度越粗，质量越差。,比重和容重,低Ca灰：比重1.82.8；高Ca灰：比重2.52.8；粉煤灰的松散干容重为6001000kgm3压实容重约为13001600 kgm3；,细度,粉煤灰的粒径为0.5300m,表面积30004000 cm2g,（4）粉煤灰的活性(activity ),火山灰(volcanic ash)物质及其活性火山灰活性(activity)的评定提高粉煤灰活性的方法,a. 火山灰(volcanic ash)物质及其活性(activity),天然产出的喷出岩,火山碎屑岩,如玻璃质流纹岩（松脂岩、珍珠岩、黑
7、曜岩、浮岩）和凝灰岩、硅藻土、蛋白岩等SiO2和A12O3含量较高(总和7085%)且含有相当多玻璃质或其它无定形-隐晶质物质的岩石，在潮湿环境下能与Ca(OH)2发生反应,生成一系列水化硅酸钙，铝酸钙C-S(A)-H凝胶，在空气或水中都能产生明显的强度，这就是火山灰活性。此外，烧页岩、烧粘土、煤矸石烧渣、炉渣、粉煤灰等人工火山灰类物质，同样具有上述火山灰活性，即它们同样能在潮湿环境下与Ca(OH)2反应生成水化硅(铝)酸钙系列水化产物，而具有水化硬化性能。,b. 火山灰活性的评定,火山灰活性决定了上述物质的可利用性。这些物质由于其成因、化学成分、矿物成分和物理状态的差异而导致活性的差异，必须
8、采用一定的方法评定它们的活性,主要有化学方法和物理方法两类。具体有三种：石灰吸收法Si、A1溶出法胶砂强度实验法,石灰吸收法,将一定量的火山灰物质浸泡在石灰饱和溶液中，经过一定时间后，测定每克火山灰物质吸收石灰的量；一般情况下，石灰吸收量越高，其活性越好；该法在区别活性材料和惰性材料方面有一定效果，但不能充分地评定火山灰物质的使用价值。因为石灰吸收值是化学吸收和物理吸附的总和，而物理吸附主要决定于材料的内比表面积的大小，并不能反映材料的活性。因此火山灰物质的石灰吸收值的大小，有时与其制品的强度不一致。例如，石灰吸收值很高的硅藻土，由于本身疏松多孔，内比表面积大，需水量大，制品强度低，而石灰吸收
9、值低的液态渣，强度却较高。,Si、A1溶出法,用酸或碱处理火山灰物质，溶出其中的可溶性SiO2和A12O3，测定其溶出量，在一定程度上可反映材料的活性；该法不能很好地表达材料的潜在活性。,砂浆强度试验法,此法是按一定比例，将火山灰物质与水泥熟料混合磨细到一定的细度配制成水泥砂浆，做成一定尺寸的试件，同时制作硅酸盐水泥砂浆试件，测定两试件的强度比，作为火山灰活性的指标。按国家标准GB2847-81规定，用含量30火山灰物质的火山灰水泥胶砂与对比用硅酸盐水泥胶砂28天强度比应不低于62。因为胶砂强度能够反映火山灰物质与Ca(OH）2的反应能力和最终形成的水泥石的结构特点，且比较接近生产实际，试验操
10、作也简单，是迄今国内外公认的火山灰活性评定方法。粉煤灰属人工火山灰物质，具有火山灰活性，粉煤灰的活性主要来自于无定形相，即Si-Al质玻璃体火山灰活性是潜在的，必须在一定的激发条件下进行处理后才能显现出来。粉煤灰的活性也可用火山灰活性定方法进行评定。,c. 提高粉煤灰活性的方法,粉磨(pulverizing)增钙燃烧(Calcining combustion)化学处理(chemical treatment),粉磨,粉煤灰中的玻璃体颗粒在水化过程中不可能象水泥熟料颗粒那样发生解体和分散，反应只能通过颗粒表面层进行，在磨细过程中玻璃体颗粒被粉碎形成许多新生表面，粒度变细，比表面积增加，提高界面反应
11、能力，从而提高了粉煤灰的活性。随着粉磨时间的延续，粉煤灰的比重增加，容重减小，表面积明显增大，原来的多孔玻璃体、多孔炭粒、颗粒集合体和开放性空洞中可以储存大量水分，磨细后蓄水空腔减少，标稠用水量明显减少。但是磨到一定时间后，粉煤灰的性能将不会进一步改善，需水量不再减少，同时不适当的延长粉磨时间增加了能耗，实际收效不大，一般情况下粉磨0.51小时的比较经济的。也可采用助磨剂降低粉磨功耗。,在燃煤中掺加一定量的石灰石，共同粉磨，送入旋风炉燃烧，在高温中形成硅酸钙相或富CaSi、Al玻璃体，改变了普通粉煤灰的化学组成，形成高钙粉煤灰，其活性大大提高；增钙燃烧后的粉煤灰经粉磨后，形成比表面积大，表面能
12、大的细粉，在水化初期能生成较多的碱性胶体，后期生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质。,化学处理,用碱或酸处理使粉煤灰玻璃体的Si-Al和Al-O长键裂断，降低SiO2、Al2O3的聚合度，增大SiO2、Al2O3的溶出量，增大颗粒的反应性。常用的激发剂有： 碱性激发剂：石灰、硅酸盐水泥、NaOH、KOH、硅酸钠等； 硫酸盐激发剂：半水石膏、二水石膏、硬石膏、磷石膏、氟石膏等，只有在一定的碱性环境中，硫酸盐激发剂才能发挥作用。另外，当用酸性激发剂时，在PH值3的酸性溶液中，硅铝质工业废渣虽然也能溶解，但是水化产物在酸性介质中是不稳定的，不能形成水化产物网络结构，因此，浆体也就不能呈现水硬性能。所
13、以一般情况下不使用酸性激发剂。,10.1.1.2 粉煤灰的分选处理,未燃碳的分选铁质产品的分选空心微珠(hollow microsphere)的分选分选产品的应用,（1）未燃碳的分选,目前我国有许多电厂的粉煤灰中有较多的未燃碳，表现在粉煤灰中有较高的烧失量，可达1030。未燃碳的存在既是资源的浪费，也对粉煤灰的利用带来不利影响。未燃碳的分选技术主要有：干排灰采用电选，湿排灰采用浮选的方法。 a.干排灰的电选 b.湿排灰的浮选,a. 干排灰的电选,粉煤灰电选脱碳是利用粉煤灰中的碳粒和灰粒导电性能的差异进行的。采用圆筒形电选机。当粉煤灰进入高压直流电场后，碳粒、灰粒均带上电荷。导电性能比较好的碳粒
14、与旋转的金属圆筒接触时，将所带电荷传递给圆筒，随着旋转的惯性离心力和重力的作用，掉入圆筒前部的碳粒收集槽中。导电性能较差的灰粒不能将所带的电荷给出，而继续荷电，在电场力作用下，克服离心力和重力的作用而吸附在圆筒上，随着圆筒和旋转被带到圆筒后部，用毛刷强行刷落，掉入灰收集槽中，达到碳粒、灰粒分离的目的。,b.湿排灰的浮选,用浮选方法分选高碳粉煤灰中的碳的有效方法。碳颗粒的表面是疏水亲油的，灰粒表面是亲水的。利用粉煤灰中碳粒与灰粒的表面疏水、亲水特性，在浮选药剂的作用下并借助于浮选剂所产生的气泡，将二者分离。回收碳粒常用的捕收剂为0#柴油，起泡剂有红樟油、杂醇、甲醇母液、松节油、煤焦油等。,(2)
15、铁质分选技术,粉煤灰中的铁质矿物主要有金属铁粒，磁铁矿、赤铁矿等氧化铁矿物。通常呈溶融状的滚圆小球珠，约占铁矿物的90，粒径约为0.060.1mm，单一的磁铁矿形成的圆球粒仅占约10，粒径约为0.0070.02mm，主要是磁铁矿、赤铁矿、硅化铁和非金属矿物组成的小球粒，形态有磁铁矿形成的空心球粒，中间核部由硅化铁等矿物充填，磁铁矿呈规则的格子状，格子空间由非金属矿物充填，小球粒边缘为赤铁矿。粉煤灰中的铁质通常用磁选机分选，也可用摇床，磁力脱水槽，球磨细筛等工艺分选。,(3) 空心微珠(hollow microsphere)分选技术,空心微珠分选方法有干法机械分选和湿法分选两种。干法机械分选通常
16、用立式倒宝塔式分选工艺。分选装置由磁选、电选、风选、筛选和收尘五部分组成，按成分、粒径、电磁性、比重差异分选出铁氧化物、碳粒、空心薄壁、空心厚壁球，灰分等五种产品。湿法分选a.用浮选法脱除细碳粒b.用重力沉降法分选漂珠微珠和尾灰 漂珠粒径大，容重小，比重，可以漂浮水面进行回收，玻璃微珠颗粒小，容重大，采用重力沉降分选并与尾灰分离。精碳、微珠和尾灰分选工艺 从电厂排出的粉煤灰浆浓缩搅拌浮选细碳粒，尾浆扫选水力分级机重力分选 微珠矿浆浓缩絮凝沉降去除粗粒尾灰过滤干燥玻璃微珠产品； 尾灰矿浆浓缩过滤干燥尾灰产品。,(4) 分选产品的应用,碳粒利用掺入原煤中，返回锅炉作燃料选出的碳粒，精碳含量高，呈多
17、孔状，可作为吸附剂或制造活性碳，经试验，直接作含重金属废水的吸附剂，对Hg、Cd、Pb的去除率都很高，而且对氰化物，硫化学，CO，P等均有吸附净化作用。用于碳素材料制品：煤质活性碳，碳球还原剂，铸模粉，碳化煤球，粘土内燃砖等。空心微珠应用作为塑料，特别耐高温塑料的填料生产建筑防火涂料。生产刹车片等各种耐磨制品。可作瓷及轻型电气绝缘材料。铁质的应用：炼铁原料尾灰应用：用于海港工程、水工工程、建筑墙体材料。,10.1.1.3 粉煤灰的利用,目前，我国粉煤灰主要用于生产建筑材料和回填及粉煤灰肥料等。在建筑材料方面土要用于配制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰烧结砖、蒸养砖、蒸养砌块、大型墙板、加气混凝
18、土砌块。粉煤灰水泥(flyash cement)粉煤灰混凝土(fly ash concrete)非烧结粉煤灰硅酸盐制品(calcium silicate concrete)粉煤灰烧结砖(baked brick)粉煤灰在农业上的应用粉煤灰筑路(construct a road)粉煤灰制分子筛(molecular sieve),(1) 粉煤灰水泥(flyash cement),由硅酸盐水泥热料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰水泥，粉煤灰掺量为2040，粉煤灰水泥标号一般分为225、275、325、525五个标号。主要品种有：粉煤灰硅酸盐水泥以水泥熟料为主，加入2040粉煤灰和少
19、量石膏磨制而成，可以加入一定量的矿渣，但混合材(矿渣与粉煤灰)总量不得超过50。粉煤灰无熟料水泥以粉煤灰为主要原料，掺配适量石灰、石膏磨细而成；粉煤灰少熟料水泥以粉煤灰为主要原料，掺入少量水泥熟料，石膏磨细而成；粉煤灰烧成水泥用粉煤灰替代部分粘土作为水泥生料烧制成水泥熟料；活化灰渣水泥(特里也夫水泥)瑞典人特里也夫研制，用石灰石和粉煤灰作为基本原料烧制的水泥。,(2）粉煤灰混凝土(fly ash concrete),混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石为粗、细骨料，加水拌和而成的构筑材料。在配制混凝土混合料时加入一定量的粉煤灰(或细磨粉煤灰)可以有效地节约水泥，改善混凝土的和易性，提高混凝土质
20、量。我国已在一些大型水电工程的混凝土中使用，取得了良好的经济效益。粉煤灰在混凝土中的基本效应粉煤灰对混凝土性能的影响,a. 粉煤灰在混凝土中的基本效应,粉煤灰在混凝土中实际效能，主要是形态效应，活性效性和微集料效应三方面的综合作用。形态效应(Texture effect)：粉煤灰特有的颗粒形态和颗粒组成，能够改善新搅混凝土的结构和性能。活性效应(Activity effect)：粉煤灰中的活性组分与水泥水化过程中析出的Ca(OH)2、部分硫酸钙起化学反应，改善硬化混凝土的结构和性能。微集料效应(Aggregation effect)：粉煤灰颗粒在水泥浆体中发挥细分散微集料的物理化学作用，对新搅
21、混凝土和硬化混凝土的结构和性能都有所改善。在初期和早期，微集料效应和形态效应对混凝土共同起有益的作用；在后期微集料效应和活性效应共同起有益的作用。,b. 粉煤灰对混凝土性能的影响,改善和易性，提高致密度，减少渗透性降低水化热(heat of hydration)对强度的影响减少收缩性(contractibility)和徐变性提高耐久性(durability)碳化作用(carbonization),改善和易性，提高致密度，减少渗透性,混凝土的和易性指混凝土混合料在拌和、运输、浇注、振捣等过程中各组分不析离，质地均匀并适于施工工艺要求的综合性能。在混凝土中加入适量合格的粉煤灰，可以改善其和易性和可
22、塑性。因为粉煤灰中的光滑细粒玻璃体颗粒均匀地分散于水泥、砂、石之间，能有效地减少需水量和内摩擦，浆体流动性好，有利于泵送和抹面，而且提高混凝土的致密性，减少渗透性。,降低水化热(heat of hydration),在混凝土中加入粉煤灰，相应地减少了水泥熟料中水化速度快，放热量大的C3A和C3S数量，从而降低水化热。因为混凝土表、里的湿度、温度差而引起内应力和裂隙，改变其性能。因此，粉煤灰混凝土最适宜于大体积工程，特别是大坝工程。,对强度的影响,粉煤灰早期强度低，但经过合理设计配比，采用超细磨粉煤灰，并充分养护，粉煤灰混凝土的强度比未掺粉煤灰者强度要高。,减少收缩性(contractibili
23、ty)和徐变性,混凝土体积的变化会导致结构破裂，其影响因素是温度，水分和应力，温度和水分引起膨胀和收缩应力应变长期作用引起徐变。由于粉煤灰的掺入，减少用水量，降低温度，因此可以提高制品的干缩抗裂性能。,提高耐久性(durability),粉煤灰混凝土有良好的抵抗水溶透、腐蚀能力，但抗冻性能差；在寒冷地区施工时，可以加入少量外加剂而改善。,碳化作用(carbonization),粉煤灰混凝土易于发生碳化作用这种作用不断向深部发展时能破坏钢筋表钝化膜，使其发生锈蚀，因此要严格控制粉煤灰的质量和用量。,(3)非烧结粉煤灰硅酸盐制品(calcium silicate concrete),种类及一般生产
24、工艺蒸养粉煤灰砖粉煤灰加气混凝土免烧免蒸粉煤灰砖,a. 种类及一般生产工艺,非烧结粉煤灰硅酸盐制品主要有蒸养粉煤灰砖，粉煤灰砌块和墙板，粉煤灰加气砼，免烧免蒸粉煤灰砖等。生产工艺一般包括原料处理、搅拌、消化、轮碾、成型、静停、养护和成品检验等过程：原料处理是石灰、石膏粉磨、粉煤灰脱水。搅拌一般以23分钟为宜。消解为CaO与水反应，在消化仓或陈化仓中进行，混合料在70100时消解作用在23小时内完成。消解后出料温度在5085时较合适。轮碾过程中消化后的物料受到压实、增塑、搅拌与活化等作用，使坯料塑性好，成型性能得以改善，坯体密实，强度提高。养护方式有常压蒸汽养护(95100)，高压蒸汽养护(表压
25、0.8 MPa，174200)和常温常压养护三种。,b. 蒸养粉煤灰砖,参考配合比为粉煤灰6080，石灰2025，石膏23，可掺入一定比例的石屑、粗砂、炉渣、高炉矿渣、煤渣等骨料以改善混合料颗粒级配，提高强度，减少收缩，当用高压蒸养时石灰掺量可少些，常压养护时石灰掺量适当多些。粉煤灰与磨细石灰、石膏配料、加水搅拌，压制成型，经常压蒸养而成。,c. 粉煤灰加气砼(gas concrete),采用粉煤灰、磨细生石灰、石膏及少量水泥配料，并加入适量加气剂(铝粉)，经搅拌注模，静停，切割后进高压釜，高压蒸汽养护而成；粉煤灰加气混凝土是一种多孔轻质建筑材料，其强度可达3.5MPa，容重500700 kg
26、m3，生产效率高，保温性能好。参考配合比为粉煤灰6070，石灰1020，石膏10，水泥1520，铝粉350450 gm3。,d. 免烧免蒸粉煤灰砖,该粉煤灰砖的强度来源完全不同于蒸养蒸压制品和烧结制品，而是近似于常温常压下自然养护的硅酸盐水泥制品,靠水化产物来获得强度。生产该种砖时必须用激发剂激发粉煤灰的活性，增加粉煤灰的溶解度。还必须用减水剂，增大固体颗粒间的“流动”，形成最佳堆积密度，使免烧砖密实，提高早期强度，通常认为木质素磺酸钙和硫酸钠、硫酸钙组成的复合盐对免烧砖的强度增长有利。为了提高砖的密实度，要加入一定量的炉渣、砂子、碎石屑、钢渣、铜渣等骨料，使其有合理的级配,另外要采用高压成型
27、，最少选用60吨压力机，压砖时压力不得低于200 kgcm2(20Mpa)以上，采用低温湿热养护以促进CSH的生成。参考配比为粉煤灰5560，骨料2030，石灰1218，石膏24，水泥7，外加剂3mm的颗粒应60，CaO含量应1215，低于此值将导致农业减产。粉煤灰颗粒具有多孔性，加入土壤后，粉煤灰颗粒与土壤粒子可以连成无数的通道，为植物根吸收水分和营养提供新的途径，构成输送营养的物质的交通网络。粉煤灰颗粒本身的孔隙可作为空气、水分和营养物质的储存库。植物生长所需的营养物质都是以水溶液形成提供的，土壤中溶液的含量及其扩散运动是通过土壤中各个粒子内部粒子之间孔道的毛细管作用进行的。粉煤灰施入土壤
28、后能进一步改善土壤的这种毛细管作用和溶液的扩散过程，调节土壤的含湿量，有利于植物根部对营养物质的吸收和分泌物的排出，促进植物生长。在粘土质土壤和盐碱土中施入粉煤灰，使土壤砂粒增多，粘粒减少，变得疏松，并有抑制或中和碱质的作用。,提高土层温度,由于粉煤灰呈灰黑色，有利于吸收热量，施入土壤，一般可使土层温度12。土层温度提高，有利于微生物活动，养分转化，种子发芽。,使农作物增产,不同土壤合理施用符合农用标准和粉煤灰都有增产作用。不同土质，不同农作物有不同的增产作用。砂质土施粉煤灰，增产效果不明显，粘质土，盐碱土施粉煤灰有明显增产作用。蔬菜类增产效果最明显，粮食作物增产效果较好，其它经济作物也有增产
29、作用，但不很稳定。,粉煤灰肥料,粉煤灰SiK肥粉煤灰SiCaK肥粉煤灰磁化肥粉煤灰磷肥,(a) 粉煤灰SiK肥,用粉煤灰和一定量的KOH，经700800后煅烧可制备SiK肥(K2SiO2)，提供植物生长所须的Si和K元素。K2SiO2能溶于20浓度的枸溶酸中，植物根部能分泌出枸溶酸，可使K2SiO2溶解，供值物在较长时间内均衡吸收。,(b) 粉煤灰SiCaK肥,在电厂燃煤粉中掺入一部分钾盐，可以生产出SiCaK肥。此种肥料能明显地增强水稻抗病、抗旱、抗倒伏的能力，提高稻谷品质，缩短成熟期，增产效果一般达10左右。,(c) 粉煤灰磁化肥,将粉煤灰中配加一定量的N、P、K成分，经强磁场处理可制得粉
30、煤灰磁化肥；此肥料具有调节生物生长的磁性，能刺激作物生长、活化土壤并改善其结构，使作物增产。,(d) 粉煤灰磷肥,在电厂燃煤粉中掺入一定量的磷灰石粉，经过高温煅烧和急冷处理后再粉碎，可制得粉煤灰磷肥；此肥料的主要营养成分为Ca4P2O9，具有枸溶性，除Si、Ca、K、P外，还含有植物生长所需的微量元素，对农作物蔬菜，食用菌类都有增产效果。,（6）粉煤灰筑路,用粉煤灰可以代替砂石做公路路基材料的承重层；用粉煤灰80%和石灰20%的混合料，摊铺厚度25cm，强度比砂石材料高1.53倍，路面造价降低10%，路基防冻、防翻浆和龟裂，板体性好，后期强度高。,（7）粉煤灰制分子筛(molecular si
31、eve ),分子筛是用碱、铝、硅酸钠等原料经人工合成的一种沸石类矿物，其晶体结构中有大的通道，其中含有大量水分。当加热到一定温度时，其中水被脱去而留下一定大小的通道，具有很强的吸附能力，能把小于孔洞的分子吸进去，而把大于孔洞的分子阻挡在孔外，这就好象把大小不同的分子进行筛分，故称为分子筛。用粉煤灰制作分子筛的工艺简单，质量好。原料配比：粉煤灰：纯碱：Al(OH)3=1：1.5：0.13工艺：配料焙烧粉碎合成水洗成型活化成品用途：各种气体与液体的脱水、干燥；气体的分离与净化。,10.1.2 煤矸石(gangue)的处理与利用,概述煤矸石的物质组成煤矸石的处理方法煤矸石的活性煤矸石燃烧时净供出能量
32、分析煤矸石的利用,10.1.2.1 概述,煤矸石是杂有可燃物质的岩石，其含煤量一般不超过20 ， 发热量在8374187KJkg之间。灰分达60 以上。在采煤或洗煤过程中作为废石排出，一般每采一吨原煤排矸石约为0.2吨。我国已堆积的煤矸石达10亿吨以上。2000年我国原煤产量达12亿吨，煤矸石达2亿吨以上。我国煤矸石利用率低，利用率不到20，大部分堆积存放，形成大大小小的煤矸石山，侵占农田、山沟、坡地，自燃煤矸石放出的烟灰粉尘及SO2等有害气体污染大气、水体，造成酸雨。从我国目前利用情况看，技术成熟、利用量比较大的途径是生产建筑材料，主要是生产水泥和烧结砖。煤矸石按其来源分为为三类：掘进矸石、
33、开采矸石、洗选矸石。煤矸石在堆放过程中，由于其中可有定量的可燃组分缓慢氧化、自燃，故又分为：自燃矸石和末燃矸石。根据热值和合理用途还可划分为五类(P289，表1012)。,10.1.2.2 煤矸石的物质组成,煤矸石主要由碳质页岩、泥质页岩、砂质页岩构成，主要矿物有高岭石、水云母(伊利石)、蒙脱石、绿泥石、长石、石英、方解石、黄铁矿、白铁矿等矿物。对于自燃煤矸石,由于燃烧受热,煤矸石的矿物成分将发生变化：当自然温度较低时，高岭石、水云母、粘土矿物由于失去结晶水而晶格破坏，形成了玻璃体类物质，尚残存有高岭石、水云母等粘土矿物，此外长石、石英等矿物仍然存在，部分硫铁矿氧化成赤铁矿。当自燃温度较高时，
34、燃烧比较充分，粘土矿物已转变为莫来石(A3S2)，此外还有石英、赤铁矿、长石等矿物。 煤矸石的化学成分见P290表1013，表1014。可以看出，煤矸石经自燃后，烧失量明显降低，说明自燃煤矸石中可燃物大大减少，水分也减少，而SiO2和Al2O3含量明显增加。,10.1.2.3 煤矸石的处理方法,难以综合利用的煤矸石可以充填矿井，荒山沟谷和坍陷区，或覆土造田。暂时不能利用的煤矸石可以覆土、植树。自燃煤矸石可以浇洒石灰水，进行酸碱中和制止自燃。,10.1.2.4 煤矸石的活性(activity),煤矸石的活性取决于煤矸石中所含粘土矿物的种类、数量、脱水温度及脱水相的结构状态。当煤矸石中粘土矿物含量
35、越高，则活性越高；粘土矿物脱水相的活性与其结构有关，按下列顺序减小：高岭石水云母绿泥石；每一种粘土矿物在特定的温度范围内脱水，晶体结构破坏，变成无定形结构的脱水相，结构中可溶出的SiO2和Al2O3数量最多时，其活性最高。当煅烧温度偏低时，粘土矿物的结构没有破坏，SiO2和A12O3溶出量低，其活性低；当煅烧温度过高时，无定形脱水相重结晶成稳定的结晶相，其活性急剧下降；只有当脱水相处于无定形介稳态时,其活性最高。因此要获得较好的火山灰活性，必须控制煤矸石的最佳煅烧温度。,最佳煅烧温度,不同粘土矿物其煅烧温度亦不同，煤矸石的最佳煅烧温度取决于所含的主要粘土矿物。例如：以高岭石为主的煤矸石，最佳煅
36、烧温度为600900；以水云母为主的煤矸石，最佳煅烧温度为9001000； 以蒙脱石为主的煤矸石，最佳煅烧温度为500700；以绿泥石为主的煤矸石，最佳煅烧温度为600850。 煤矸石的最佳煅烧温度必须通过试验而确定，当粘土矿物晶体结构遭受破坏，还没有转变为结晶相的亚稳状态时活性最高。,10.1.2.5 煤矸石燃烧时净供出能量分析,煤矸石燃烧过程中所能提供的能量关系到煤矸石燃烧供热发电的可能性。煤矸石燃烧时放出的热量(发热量Qdw)主要包括生产性能耗（Us）、燃烧损失能耗（Rs）和净供出热量(Jg）三部分，可用下式表示：也就是说煤矸石在燃烧时的发热量只有在扣除全部生产性能耗后，多余的热量才能对
37、外供热，此为净供出热量。对不同热值的煤矸石进行燃烧试验，分别计算出它们燃烧时各个环节的热耗(us)、热损失(Rs)和净供出热量(Jg),再经数理统计分析，结果表明净供出热量(Jg)与煤矸石发热量(Qdw)基本上呈直线关系，其线性回归方程为：,当Jg=0时，则Qdw=4.18482=2014.76JKkg，此值即为煤矸石燃烧供热所需的最低发热量。 同样地，将生产性能耗、热损失、净供出热量分别折算成电量，经数理统计分析，得出净供出电量(Jg)与煤矸石发热量(Qdw)也呈直线关系，其回归方程为：,当Jg=0时，Qdw=4.18409=1709.62KJkg，这就是煤矸石燃烧发电所需的最低发热量；低于
38、此值，燃烧煤矸石不但不能向外供热、发电，反而需要燃烧系统外提供能量才能燃烧。在实际生产过程中，由于实际的生产性能耗比计算值要大得多，因此，一般认为燃用煤矸石供热、发电所需的最低发热量应为3346Kg/Kg。煤矸石或劣质煤在沸腾锅炉（流化床炉）内,经8501450充分燃烧，其放出的热量可用于供热或就近发电，其排出的残渣可用生产水泥和硅酸盐制品。,10.1.2.6 煤矸石的利用,生产水泥生产烧结砖生产微孔吸音砖煤矸石瓦煤矸石制品,（1）生产水泥,利用煤矸石可以生产三种水泥煤矸石硅酸盐水泥煤矸石砌筑水泥煤矸石无熟料水泥,a. 煤矸石硅酸盐水泥,用煤矸石代替粘土配制水泥生料烧成熟料，其中C3S含量50
39、以上，C4AF含量20以上。再加入一定量的自燃煤矸石和石膏磨细就是煤矸石硅酸盐水泥。煤矸石硅酸盐水泥的标号有275、325、425、525、625号。参考配方为：() 石灰石 煤矸石 铁 粉 80.17 14.75 5.08 78.6 17.77 3.68 72.5 12.2 3.1不同地区配方会有所不同，应通过实验确定。,b. 煤矸石砌筑水泥,参考配方为： () 自燃煤矸石 水泥熟料 石膏 67 30 3混合磨细即成水泥，标号可达150适用于配制砌筑水泥砂浆。,c. 煤矸石无熟料水泥,将沸腾炉渣加激发剂混合磨细而成，又可以有两种：石灰沸渣水泥沸腾炉渣 石灰 石膏7085 1025 50标号在
40、225号以下,也可用水泥熟料取代石灰配制125、175、225号沸渣砌筑水泥。石膏沸渣水泥沸渣 矿渣 水泥熟料 无水石膏4555 2025 1416 1014325435号石膏沸渣水泥，水化热低，抗硫酸盐性能良好，抗冻性与矿渣水泥相近，可用于民用建筑和水工工程。,(2) 生产烧结砖,用煤矸石替代部分或全部粘土用适当工艺烧制而成。要求煤矸石的化学成分： ()SiO2 Fe2O3 A12O3 CaO MgO S5070 28 520 20 3 1要求物理性能： 可塑性 硬度系数 混合料的发热量 收缩率 煤矸石粒度 中等 4 约1675Jkg 38 2（3mm）烧结温度9501100，焙烧时间68小时,(3) 生产微孔吸音砖,原料及配比() 煤矸石 半水石膏 白云石 锯木 硫酸 100 20 4 20 2将破碎后的煤矸石、晒干的锯木、白云石和半水石膏混合送入硫酸溶液中混合搅拌,白云石与硫酸反应发泡,使混合料膨胀，然后浇注入模，经干燥、焙烧而制成。,(4) 煤矸石瓦,粘土和自燃煤矸石(含水量3，粒径lmm)加水（泥料水分保持在2124），搅拌挤压成型，干燥12天，入窑焙烧(1050一1100)而成。,(5) 煤矸石制品(砖、砌块、预制构件),以煤矸石无熟料水泥作胶结料，自燃煤矸石作粗细骨料，加水搅拌，配制成半干硬性混凝土，经振动成型、蒸汽养护而成的新型墙体材料。,
