PPT《5煤系固体废物的资源化》

5煤系固体废物的资源化 煤系固体废物 ?煤矸石: 煤的开采、加工过程产生.

?粉煤灰和锅炉渣:煤的利用过程(火力发电)产生. 一座105kW装机容量的发电厂一年要排出105t煤灰渣 ! 沉积于炉底 高温烟气 -100μm T>

1300℃ 煤 破碎 焚烧炉悬浮燃烧 集尘器捕集 粉煤灰(飞灰) 锅炉渣(底灰) 占总灰渣量的10~20% 占总灰渣量的80~90% 5.1煤矸石的资源化 煤矸石的产生量约占我国工业废渣年排放总量的1/4.一般每采1t原煤排矸石0.2t.据统计,煤矸石每年以0.8*108~1.0*108吨的速度增加.

一、煤矸石的组成 有机物(含碳物)和无机物(岩石物质)组成的混合物.一般,煤矸石的热值:837~418kJ/kg. 表5-1 煤矸石的化学组成,% SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 Na2O+K2O 烧失量 51~65 16~36 1~7 1~4 2~9 1~2.5 2~17 主要矿物包括高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等. 自燃过的煤矸石 ?目前我国煤矸石的主要资源化途径有: 1)回收能源:作为大型沸腾炉燃料供热或发电:热值>

8360kJ/kg. 1975年在四川永荣矿务局建立了中国第一座流化床煤矸石电厂 . 2)生产建筑材料:煤矸石的成分中主要为粘土矿物.水泥、烧结砖瓦、免烧砖瓦、空心砌块、建筑陶瓷、轻骨料(陶粒)、岩棉等;

3)用作建筑材料:代替河砂、碎石等铺路、井下回填、造地复垦. 4)生产化工原料:聚合铝、分子筛等. 与盐酸反应生成 (2A1Cl3.H2O),再生成聚铝. 5)用作农用肥料:钼、锌、锰、铜、硼等元素,可作为农作物生长的刺激剂 6) 回收硫化铁:有的煤矸石含有较多的硫化铁,可通过分选回收作为制取硫酸的原料.我国有七个选煤厂建立了硫化铁回收车间,从煤矸石中回收硫化铁,总设计能力为7.5*105t/a. 5.2粉煤灰的资源化 粉煤灰的化学成分(%) 产地 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O SO3 宝鸡西安苏州杨浦抚顺邵武石家庄石景山鹤壁坝桥郑州青岛开远铜陵新汶株洲南宁 ? 3.356.258.351.33?2.814.971.995.183.537.243.146.026.154.264.643.51 47.248.951.846.562.256.050.252.450.948.757.545.012.537.256.660.647.859.0 32.529.728.530.319.825.925.926.328.027.621.127.18.8221.822.135.737.620.2 11.010.14.5610.47.807.874.586.959.149.457.5612.15.453.278.822.745.684.37 1.321.051.301.05?1.00??1.051.151.901.050.581.210.731.100.741.12 4.063.123.702.652.423.3234.335.284.223.052.4261.627.211.280.801.33 0.811.020.980.762.951.270.111.131.540.961.822.333.341.001.662.161.172.13 1.351.111.40.87?2.20?????1.060.261.081.172.280.60? 0.230.180.420.42?1.31?????0.250.060.370.210.540.18 ?0.370.690.412.46?1.780.510.531.104.22?4.681.060.65微0.700.75 未燃烬碳.含碳一般为5~7%,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: ? SiO

2、Al2O3 、Fe2O3含量高为好.对于低钙灰: SiO2+Al2O3 +Fe2O3>

70%对于高钙灰: SiO2+Al2O3 +Fe2O3>

50%?MgO、SO3越低越好 ?粉煤灰的矿物组成 两大类矿物 非晶态矿物 玻璃体: 约占粉煤灰总量的50~ 80% 未燃烬炭 晶态矿物:主要来自原料,如石英、云母、长石、磁铁矿、赤铁矿、游离石灰等.常常被玻璃体包裹存在. ?粉煤灰的矿物组成对其性质和应用具有很大的影响. 矿物组成对粉煤灰活性的影响: 玻璃体含量?,化学内能?,粉煤灰活性? 游离石灰含量?,水化反应能力?,粉煤灰活性?所以:高钙灰的活性来源于两个方面:玻璃体和CaO 而低钙灰则主要取决于玻璃体含量的多少.高钙灰的活性>

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: ?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-40?m或-60?m. 依化学成分,沉珠分 富钙玻璃微珠:CaO含量高,化学活性好 富铁玻璃微珠:氧化铁(Fe3O

4、 Fe2O3 )含量高,由铝硅酸盐包裹Fe3O

4、 Fe2O3而成,具有磁性,叫 磁珠 (1)球形颗粒:表面光滑,含量多者达25%,少的仅3~4%,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 . 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. (2)不规则多孔颗粒 多孔铝硅玻璃体 多孔炭粒 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(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. 粉煤灰 电选机 煤炭 尾灰 ?煤与灰的介电性能不同 煤的比电阻一般104~105Ωcm 灰的比电阻一般在1012Ωcm左右 提取A12O3 A12O3是粉煤灰的主要成分,一般含17~35%,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. 1320~1400℃ CO2 滤渣(Ca2SiO4) CaCO3 Na2CO3溶液循环 粉煤灰 粉磨 烧结 自粉化冷却 溶出 Na2CO3 过滤 NaAlO2粗液 脱硅 CaO 控制过滤 NaAlO2精液 碳分 过滤 Al2O3・3H2O 煅烧 Al2O3产品 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: 粉煤灰+硅酸盐水泥熟料+适量石膏 磨细 粉煤灰水泥 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 粉煤灰 粉煤灰砌块 振动成型 搅拌 水 生石灰 石膏 炉渣 配料 蒸汽养护 拆模 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,% 粉煤灰 炉渣 生石灰 石膏 用水量

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12 2 30~36 粉煤灰 粉煤灰加气混凝土 水 生石灰 石膏 球磨机 高压养护 模具 计量罐 浇注车 铝粉 计量机 球磨机 水泥 计量 计量 切割 出釜 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0.6~0.7. 粉煤灰 煤 球磨 混合搅拌 破碎筛分 成球 烘干 烧结 粉煤灰陶粒 粘土 烘干 球磨 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800~850kg(湿粉煤灰1100~1200kg).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). (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. 热解 聚合 粉煤灰 700℃灼烧 粉碎 筛分(60~100目) 细粉 硫酸浸取 过滤 蒸发结晶 分离 烘干 硫酸铝 盐酸浸取 过滤 烘干 粉碎 聚合铝 滤渣 漂洗 干燥 粉磨 白炭黑 直接作水泥填料 蒸发 图5-26 粉煤灰综合利用工艺流程 滤液 H2SO4溶液 硫酸处理 盐析 HCl溶液+NH4F 粉煤灰 酸浸 过滤 碱解 水玻璃 含硅残渣 NaOH溶液 过滤 滤渣 滤液 浓缩 滤液 活性白炭黑 HCl、NaCl 过滤 滤饼 烘干 沉淀白炭黑 凝结 溶胶 H2SO4溶液 洗涤 干燥 图5-27 酸溶法制取水玻璃和白炭黑工艺流程 活性白炭黑的化学组成与沉淀白炭黑相同,但性能较沉淀白炭黑优越, 活性白炭黑是一种超细、具有高度的表面活性的SiO2微粉,其比表面积为沉淀白炭黑的4~5倍,粒径一般在0.05μm以下.在橡胶中有透明性和半透明性,广泛用于橡胶、乳胶、塑料薄膜、皮革、涂料、粘合剂、合成树脂、造纸、农药、炸药、日用化工等领域,是透明和彩色胶制品中不可缺少的材料. 而沉淀白炭黑:外观白色无定形微细粉末,其真比重为2.0~2.6,熔点1750℃,折光率1.46.粒径一般为10~25μm,含水率小于2%.广泛用于橡胶和塑料工业,是一种较理想的补强填充剂.在塑料工业中,能赋予制品以低的吸水性和良好的介电性能. 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. 主要的改性方法 火法:生产硅胶 湿法:生产分子筛 火法: 粉煤灰、纯碱、氢氧化铝 焙烧 粉碎 水热合成 水洗 成型 活化 分子筛 图5-28 粉煤灰生产分子筛工艺流程 一般为粉煤灰:纯碱:氢氧化铝=1:1.5:0.13,纯碱和氢氧化铝应预先在120℃下烘干2~3h.配好料后,在800~850℃温度下焙烧1~1.5h.焙烧后物料粉碎通过0.147~0.074mm,再在室温下边搅拌边投料.升温至50~55℃恒温2h,取液分析碱度,补充加碱到浓度为1000ml/m3.继续升温到98℃,搅拌下晶化6h,洗涤得到分子筛晶粉.加粘结剂成型、活化得到一定粒度的球型分子筛产品. 湿法: (4)粉煤灰生产多元素复合肥 烘干 贮存 造粒 粉煤灰 硅钙镁三元复合肥 球磨 镁石灰 拌和 稀有元素、磷酸二胺、氯化钾、尿素 烘干 造粒 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 ........