典型固體廢物的處理與利用-制備建筑材料-煤系固廢

1、10 典型固體廢物的處理與利用,10.1 煤系固體廢物的處理與利用,10.1 煤系固體廢物的處理與利用,粉煤灰煤矸石,,,10.1.1 粉煤灰(coal ash)的處理和利用,粉煤灰的性質(zhì)粉煤灰的分選處理粉煤灰的利用,,10.1.1.1 粉煤灰(coal ash)的性質(zhì),粉煤灰是以煤為燃料的火力發(fā)電廠排出的廢棄物。電廠煙氣經(jīng)除塵器收集的細(xì)灰稱(chēng)為粉煤灰或飛灰。由爐底排出的廢渣稱(chēng)為爐渣或熔渣。每一萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組排灰渣量約為0.9～

2、1.0萬(wàn)噸。粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，具有火山灰活性。粉煤灰的物質(zhì)組成粉煤灰的顆粒組成粉煤灰的物理性質(zhì)粉煤灰的活性,（1）粉煤灰的物質(zhì)組成,粉煤灰的化學(xué)成分(chemical composition)粉煤灰的礦物成分(mineral constituent),a. 粉煤灰的化學(xué)成分(chemical composition),粉煤灰的化學(xué)成分類(lèi)似于粘土,主要有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和未燃盡的煤炭，以SiO2

3、和A12O3為主要成分。由于產(chǎn)地、煤的品種和燃燒條件的不同，粉煤灰的化學(xué)成分變化范圍較大。 粉煤灰的化學(xué)成分是評(píng)價(jià)其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要技術(shù)參數(shù)。CaO：根據(jù)CaO的含量分為高鈣粉煤灰(CaO>20％)和低鈣粉煤灰(CaO70％。MgO和SO3：粉煤灰中的MgO和SO3對(duì)水泥和混凝土是有害成分，必須加以控制。,b. 粉煤灰的礦物成分(mineral constituent),粉煤灰的礦物成分取決于所用燃煤的化學(xué)成分和礦物成分

4、。粉煤灰中的礦物大部分是在燃燒過(guò)程中熔融結(jié)晶所得。因此，粉煤灰的礦物成分很復(fù)雜。主要分為無(wú)定形相和結(jié)晶相兩大類(lèi)。無(wú)定形相(amorphous phase)：主要是Si-A1質(zhì)玻璃體，約占50～80％,和少量未燃燼的碳粒。玻璃體含量多，火山灰活性高。結(jié)晶相(crystallization phase)：主要有石英、莫來(lái)石、長(zhǎng)石、云母、赤鐵礦、金屬鐵、硅化鐵、磁鐵礦；在高鈣粉煤灰中還含有一些水泥熟料礦物如C2S，鋁酸鈣、鈣長(zhǎng)石、方鎂石、

5、石灰等。粉煤灰的礦物成分是影響粉煤灰活性的重要因素之一，低鈣粉煤灰的活性主要取決于無(wú)定形Si-A1質(zhì)玻璃體，因此玻璃體越多化學(xué)活性越高。 高鈣粉煤灰中富鈣玻璃體較多，并含有較多富含CaO的水泥熱料礦物的結(jié)晶相。 水泥的化學(xué)活性主要取決于富CaO的結(jié)晶相。因此，高鈣粉煤灰的化學(xué)活性比低鈣粉煤灰高，而且其活性既與玻璃體有關(guān)，又與其結(jié)晶相有關(guān)。,（2）粉煤灰的顆粒組成(Particle composition),粉煤灰是由形狀

6、各異,大小不同的球粒，多孔顆粒和碎屑顆粒構(gòu)成。玻璃微珠(microbeads) 表面光滑的球粒，粒徑一般為0.5～100μm，平均為10～30μm，比重大，在水中下沉，也稱(chēng)為沉珠，含量多者可達(dá)25％，少者3～4%，有些顆粒表面還生長(zhǎng)著一些石英、莫來(lái)石的微晶。 按其化學(xué)成分可分為： 富Ca玻璃微珠，CaO含量高，化學(xué)活性高。 富Fe玻璃微珠，Si-A1玻璃微珠富含赤鐵礦、磁鐵礦包體，具有磁性，也稱(chēng)磁珠。多孔顆粒

7、 有多孔炭粒和多孔玻璃體之分。 多孔玻璃體富含SiO2、A12O3，含量高達(dá)70％以上，有的顆粒表面呈蜂窩狀，有的顆粒為封閉性孔穴，內(nèi)部為蜂窩狀。比表面積較大，粒徑往往>45μm。封閉性孔穴顆粒比重一般小于1,能漂浮于水面上，稱(chēng)為漂珠,其體積含量可達(dá)15～20％，重量含量可4～5％，是一種保溫隔熱材料。碎屑 結(jié)晶相和玻璃相的碎片，也有碳粒碎屑。,（3）粉煤灰的物理性質(zhì),外觀特點(diǎn)比重與容重細(xì)度,外觀特點(diǎn),粉煤

8、灰外觀象水泥,呈灰白色，隨著含碳量的增加，顏色變深可呈黑色，而且碳粒主要賦存于粗顆粒中；因此，粉煤灰的顏色在一定程度反映了粉煤灰的含碳量和細(xì)度，顏色越深，粒度越粗，質(zhì)量越差。,比重和容重,低Ca灰：比重1.8～2.8；高Ca灰：比重2.5～2.8；粉煤灰的松散干容重為600～1000kg／m3壓實(shí)容重約為1300～1600 kg／m3；,細(xì)度,粉煤灰的粒徑為0.5～300μm,表面積3000～4000 cm2／g,（4）粉煤灰

9、的活性(activity ),火山灰(volcanic ash)物質(zhì)及其活性火山灰活性(activity)的評(píng)定提高粉煤灰活性的方法,a. 火山灰(volcanic ash)物質(zhì)及其活性(activity),天然產(chǎn)出的噴出巖,火山碎屑巖,如玻璃質(zhì)流紋巖（松脂巖、珍珠巖、黑曜巖、浮巖）和凝灰?guī)r、硅藻土、蛋白巖等SiO2和A12O3含量較高(總和70～85%)且含有相當(dāng)多玻璃質(zhì)或其它無(wú)定形-隱晶質(zhì)物質(zhì)的巖石，在潮濕環(huán)境下能與Ca(OH)

10、2發(fā)生反應(yīng),生成一系列水化硅酸鈣，鋁酸鈣C-S(A)-H凝膠，在空氣或水中都能產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度，這就是火山灰活性。此外，燒頁(yè)巖、燒粘土、煤矸石燒渣、爐渣、粉煤灰等人工火山灰類(lèi)物質(zhì)，同樣具有上述火山灰活性，即它們同樣能在潮濕環(huán)境下與Ca(OH)2反應(yīng)生成水化硅(鋁)酸鈣系列水化產(chǎn)物，而具有水化硬化性能。,b. 火山灰活性的評(píng)定,火山灰活性決定了上述物質(zhì)的可利用性。這些物質(zhì)由于其成因、化學(xué)成分、礦物成分和物理狀態(tài)的差異而導(dǎo)致活性的差異，必須

11、采用一定的方法評(píng)定它們的活性,主要有化學(xué)方法和物理方法兩類(lèi)。具體有三種：石灰吸收法Si、A1溶出法膠砂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)法,石灰吸收法,將一定量的火山灰物質(zhì)浸泡在石灰飽和溶液中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，測(cè)定每克火山灰物質(zhì)吸收石灰的量；一般情況下，石灰吸收量越高，其活性越好；該法在區(qū)別活性材料和惰性材料方面有一定效果，但不能充分地評(píng)定火山灰物質(zhì)的使用價(jià)值。因?yàn)槭椅罩凳腔瘜W(xué)吸收和物理吸附的總和，而物理吸附主要決定于材料的內(nèi)比表面積的大小，并不

12、能反映材料的活性。因此火山灰物質(zhì)的石灰吸收值的大小，有時(shí)與其制品的強(qiáng)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，內(nèi)比表面積大，需水量大，制品強(qiáng)度低，而石灰吸收值低的液態(tài)渣，強(qiáng)度卻較高。,Si、A1溶出法,用酸或堿處理火山灰物質(zhì)，溶出其中的可溶性SiO2和A12O3，測(cè)定其溶出量，在一定程度上可反映材料的活性；該法不能很好地表達(dá)材料的潛在活性。,砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)法,此法是按一定比例，將火山灰物質(zhì)與水泥熟料混合磨細(xì)到一定的細(xì)

13、度配制成水泥砂漿，做成一定尺寸的試件，同時(shí)制作硅酸鹽水泥砂漿試件，測(cè)定兩試件的強(qiáng)度比，作為火山灰活性的指標(biāo)。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2847--81規(guī)定，用含量30％火山灰物質(zhì)的火山灰水泥膠砂與對(duì)比用硅酸鹽水泥膠砂28天強(qiáng)度比應(yīng)不低于62％。因?yàn)槟z砂強(qiáng)度能夠反映火山灰物質(zhì)與Ca(OH）2的反應(yīng)能力和最終形成的水泥石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，且比較接近生產(chǎn)實(shí)際，試驗(yàn)操作也簡(jiǎn)單，是迄今國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的火山灰活性評(píng)定方法。粉煤灰屬人工火山灰物質(zhì)，具有火山灰活性，粉

14、煤灰的活性主要來(lái)自于無(wú)定形相，即Si-Al質(zhì)玻璃體火山灰活性是潛在的，必須在一定的激發(fā)條件下進(jìn)行處理后才能顯現(xiàn)出來(lái)。粉煤灰的活性也可用火山灰活性定方法進(jìn)行評(píng)定。,c. 提高粉煤灰活性的方法,粉磨(pulverizing)增鈣燃燒(Calcining combustion)化學(xué)處理(chemical treatment),粉磨,粉煤灰中的玻璃體顆粒在水化過(guò)程中不可能象水泥熟料顆粒那樣發(fā)生解體和分散，反應(yīng)只能通過(guò)顆粒表面層進(jìn)行，在磨細(xì)過(guò)

15、程中玻璃體顆粒被粉碎形成許多新生表面，粒度變細(xì)，比表面積增加，提高界面反應(yīng)能力，從而提高了粉煤灰的活性。隨著粉磨時(shí)間的延續(xù)，粉煤灰的比重增加，容重減小，表面積明顯增大，原來(lái)的多孔玻璃體、多孔炭粒、顆粒集合體和開(kāi)放性空洞中可以?xún)?chǔ)存大量水分，磨細(xì)后蓄水空腔減少，標(biāo)稠用水量明顯減少。但是磨到一定時(shí)間后，粉煤灰的性能將不會(huì)進(jìn)一步改善，需水量不再減少，同時(shí)不適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)粉磨時(shí)間增加了能耗，實(shí)際收效不大，一般情況下粉磨0.5～1小時(shí)的比較經(jīng)濟(jì)

16、的。也可采用助磨劑降低粉磨功耗。,增鈣燃燒(Calcining combustion),在燃煤中摻加一定量的石灰石，共同粉磨，送入旋風(fēng)爐燃燒，在高溫中形成硅酸鈣相或富Ca－Si、Al玻璃體，改變了普通粉煤灰的化學(xué)組成，形成高鈣粉煤灰，其活性大大提高；增鈣燃燒后的粉煤灰經(jīng)粉磨后，形成比表面積大，表面能大的細(xì)粉，在水化初期能生成較多的堿性膠體，后期生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)。,化學(xué)處理,用堿或酸處理使粉煤灰玻璃體的Si-Al和

17、Al-O長(zhǎng)鍵裂斷，降低SiO2、Al2O3的聚合度，增大SiO2、Al2O3的溶出量，增大顆粒的反應(yīng)性。常用的激發(fā)劑有： 堿性激發(fā)劑：石灰、硅酸鹽水泥、NaOH、KOH、硅酸鈉等； 硫酸鹽激發(fā)劑：半水石膏、二水石膏、硬石膏、磷石膏、氟石膏等，只有在一定的堿性環(huán)境中，硫酸鹽激發(fā)劑才能發(fā)揮作用。另外，當(dāng)用酸性激發(fā)劑時(shí)，在PH值<3的酸性溶液中，硅鋁質(zhì)工業(yè)廢渣雖然也能溶解，但是水化產(chǎn)物在酸性介質(zhì)中是不穩(wěn)定的，不能形

18、成水化產(chǎn)物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，漿體也就不能呈現(xiàn)水硬性能。所以一般情況下不使用酸性激發(fā)劑。,10.1.1.2 粉煤灰的分選處理,未燃碳的分選鐵質(zhì)產(chǎn)品的分選空心微珠(hollow microsphere)的分選分選產(chǎn)品的應(yīng)用,（1）未燃碳的分選,目前我國(guó)有許多電廠的粉煤灰中有較多的未燃碳，表現(xiàn)在粉煤灰中有較高的燒失量，可達(dá)10～30％。未燃碳的存在既是資源的浪費(fèi)，也對(duì)粉煤灰的利用帶來(lái)不利影響。未燃碳的分選技術(shù)主要有：干排灰采用電選，

19、濕排灰采用浮選的方法。 a.干排灰的電選 b.濕排灰的浮選,a. 干排灰的電選,粉煤灰電選脫碳是利用粉煤灰中的碳粒和灰粒導(dǎo)電性能的差異進(jìn)行的。采用圓筒形電選機(jī)。當(dāng)粉煤灰進(jìn)入高壓直流電場(chǎng)后，碳粒、灰粒均帶上電荷。導(dǎo)電性能比較好的碳粒與旋轉(zhuǎn)的金屬圓筒接觸時(shí)，將所帶電荷傳遞給圓筒，隨著旋轉(zhuǎn)的慣性離心力和重力的作用，掉入圓筒前部的碳粒收集槽中。導(dǎo)電性能較差的灰粒不能將所帶的電荷給出，而繼續(xù)荷電，在電場(chǎng)力作用下，克服離心力和

20、重力的作用而吸附在圓筒上，隨著圓筒和旋轉(zhuǎn)被帶到圓筒后部，用毛刷強(qiáng)行刷落，掉入灰收集槽中，達(dá)到碳粒、灰粒分離的目的。,b.濕排灰的浮選,用浮選方法分選高碳粉煤灰中的碳的有效方法。碳顆粒的表面是疏水親油的，灰粒表面是親水的。利用粉煤灰中碳粒與灰粒的表面疏水、親水特性，在浮選藥劑的作用下并借助于浮選劑所產(chǎn)生的氣泡，將二者分離?；厥仗剂３Ｓ玫牟妒談?#柴油，起泡劑有紅樟油、雜醇、甲醇母液、松節(jié)油、煤焦油等。,(2)鐵質(zhì)分選技術(shù),粉煤灰中的

21、鐵質(zhì)礦物主要有金屬鐵粒，磁鐵礦、赤鐵礦等氧化鐵礦物。通常呈溶融狀的滾圓小球珠，約占鐵礦物的90％，粒徑約為0.06～0.1mm，單一的磁鐵礦形成的圓球粒僅占約10％，粒徑約為0.007～0.02mm，主要是磁鐵礦、赤鐵礦、硅化鐵和非金屬礦物組成的小球粒，形態(tài)有磁鐵礦形成的空心球粒，中間核部由硅化鐵等礦物充填，磁鐵礦呈規(guī)則的格子狀，格子空間由非金屬礦物充填，小球粒邊緣為赤鐵礦。粉煤灰中的鐵質(zhì)通常用磁選機(jī)分選，也可用搖床，磁力脫水槽，球

22、磨—細(xì)篩等工藝分選。,(3) 空心微珠(hollow microsphere)分選技術(shù),空心微珠分選方法有干法機(jī)械分選和濕法分選兩種。干法機(jī)械分選通常用立式倒寶塔式分選工藝。分選裝置由磁選、電選、風(fēng)選、篩選和收塵五部分組成，按成分、粒徑、電磁性、比重差異分選出鐵氧化物、碳粒、空心薄壁、空心厚壁球，灰分等五種產(chǎn)品。濕法分選a.用浮選法脫除細(xì)碳粒b.用重力沉降法分選漂珠微珠和尾灰 漂珠粒徑大，容重小，比重，可以漂

23、浮水面進(jìn)行回收，玻璃微珠顆粒小，容重大，采用重力沉降分選并與尾灰分離。精碳、微珠和尾灰分選工藝 從電廠排出的粉煤灰漿→濃縮→攪拌→浮選細(xì)碳粒，尾漿→掃選→水力分級(jí)機(jī)→重力分選→ 微珠礦漿→濃縮→絮凝沉降去除粗粒尾灰→過(guò)濾干燥→玻璃微珠產(chǎn)品； 尾灰礦漿→濃縮→過(guò)濾→干燥→尾灰產(chǎn)品。,(4) 分選產(chǎn)品的應(yīng)用,碳粒利用摻入原煤中，返回鍋爐作燃料選出的碳粒，精碳含量高，呈多孔狀，可作為吸附劑或制造活性碳，經(jīng)試驗(yàn)，直接作含重

24、金屬?gòu)U水的吸附劑，對(duì)Hg、Cd、Pb的去除率都很高，而且對(duì)氰化物，硫化學(xué)，CO，P等均有吸附凈化作用。用于碳素材料制品：煤質(zhì)活性碳，碳球還原劑，鑄模粉，碳化煤球，粘土內(nèi)燃磚等?？招奈⒅閼?yīng)用作為塑料，特別耐高溫塑料的填料生產(chǎn)建筑防火涂料。生產(chǎn)剎車(chē)片等各種耐磨制品?？勺鞔杉拜p型電氣絕緣材料。鐵質(zhì)的應(yīng)用：煉鐵原料尾灰應(yīng)用：用于海港工程、水工工程、建筑墻體材料。,10.1.1.3 粉煤灰的利用,目前，我國(guó)粉煤灰主要用于生產(chǎn)建筑

25、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、粉煤灰燒結(jié)磚、蒸養(yǎng)磚、蒸養(yǎng)砌塊、大型墻板、加氣混凝土砌塊。粉煤灰水泥(flyash cement)粉煤灰混凝土(fly ash concrete)非燒結(jié)粉煤灰硅酸鹽制品(calcium silicate concrete)粉煤灰燒結(jié)磚(baked brick)粉煤灰在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用粉煤灰筑路(construct a road)粉煤灰制分子篩(mo

26、lecular sieve),(1) 粉煤灰水泥(flyash cement),由硅酸鹽水泥熱料、粉煤灰和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱(chēng)為粉煤灰水泥，粉煤灰摻量為20～40％，粉煤灰水泥標(biāo)號(hào)一般分為225、275、325、525五個(gè)標(biāo)號(hào)。主要品種有：粉煤灰硅酸鹽水泥以水泥熟料為主，加入20～40％粉煤灰和少量石膏磨制而成，可以加入一定量的礦渣，但混合材(礦渣與粉煤灰)總量不得超過(guò)50％。粉煤灰無(wú)熟料水泥以粉煤灰為主要原料，摻配

27、適量石灰、石膏磨細(xì)而成；粉煤灰少熟料水泥以粉煤灰為主要原料，摻入少量水泥熟料，石膏磨細(xì)而成；粉煤灰燒成水泥用粉煤灰替代部分粘土作為水泥生料燒制成水泥熟料；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為基本原料燒制的水泥。,(2）粉煤灰混凝土(fly ash concrete),混凝土是以硅酸鹽水泥為膠結(jié)料，砂、石為粗、細(xì)骨料，加水拌和而成的構(gòu)筑材料。在配制混凝土混合料時(shí)加入一定量的粉煤灰(或細(xì)磨粉煤灰)

28、可以有效地節(jié)約水泥，改善混凝土的和易性，提高混凝土質(zhì)量。我國(guó)已在一些大型水電工程的混凝土中使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰在混凝土中的基本效應(yīng)粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響,a. 粉煤灰在混凝土中的基本效應(yīng),粉煤灰在混凝土中實(shí)際效能，主要是形態(tài)效應(yīng)，活性效性和微集料效應(yīng)三方面的綜合作用。形態(tài)效應(yīng)(Texture effect)：粉煤灰特有的顆粒形態(tài)和顆粒組成，能夠改善新攪混凝土的結(jié)構(gòu)和性能?；钚孕?yīng)(Activity effec

29、t)：粉煤灰中的活性組分與水泥水化過(guò)程中析出的Ca(OH)2、部分硫酸鈣起化學(xué)反應(yīng)，改善硬化混凝土的結(jié)構(gòu)和性能。微集料效應(yīng)(Aggregation effect)：粉煤灰顆粒在水泥漿體中發(fā)揮細(xì)分散微集料的物理化學(xué)作用，對(duì)新攪混凝土和硬化混凝土的結(jié)構(gòu)和性能都有所改善。在初期和早期，微集料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)對(duì)混凝土共同起有益的作用；在后期微集料效應(yīng)和活性效應(yīng)共同起有益的作用。,b. 粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響,改善和易性，提高致密度，減少滲透性

30、降低水化熱(heat of hydration)對(duì)強(qiáng)度的影響減少收縮性(contractibility)和徐變性提高耐久性(durability)碳化作用(carbonization),改善和易性，提高致密度，減少滲透性,混凝土的和易性指混凝土混合料在拌和、運(yùn)輸、澆注、振搗等過(guò)程中各組分不析離，質(zhì)地均勻并適于施工工藝要求的綜合性能。在混凝土中加入適量合格的粉煤灰，可以改善其和易性和可塑性。因?yàn)榉勖夯抑械墓饣?xì)粒玻璃體顆粒均

31、勻地分散于水泥、砂、石之間，能有效地減少需水量和內(nèi)摩擦，漿體流動(dòng)性好，有利于泵送和抹面，而且提高混凝土的致密性，減少滲透性。,降低水化熱(heat of hydration),在混凝土中加入粉煤灰，相應(yīng)地減少了水泥熟料中水化速度快，放熱量大的C3A和C3S數(shù)量，從而降低水化熱。因?yàn)榛炷帘?、里的濕度、溫度差而引起?nèi)應(yīng)力和裂隙，改變其性能。因此，粉煤灰混凝土最適宜于大體積工程，特別是大壩工程。,對(duì)強(qiáng)度的影響,粉煤灰早期強(qiáng)度低，但經(jīng)過(guò)合理

32、設(shè)計(jì)配比，采用超細(xì)磨粉煤灰，并充分養(yǎng)護(hù)，粉煤灰混凝土的強(qiáng)度比未摻粉煤灰者強(qiáng)度要高。,減少收縮性(contractibility)和徐變性,混凝土體積的變化會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂，其影響因素是溫度，水分和應(yīng)力，溫度和水分引起膨脹和收縮應(yīng)力應(yīng)變長(zhǎng)期作用引起徐變。由于粉煤灰的摻入，減少用水量，降低溫度，因此可以提高制品的干縮抗裂性能。,,提高耐久性(durability),粉煤灰混凝土有良好的抵抗水溶透、腐蝕能力，但抗凍性能差；在寒冷地區(qū)施工時(shí)，

33、可以加入少量外加劑而改善。,碳化作用(carbonization),粉煤灰混凝土易于發(fā)生碳化作用這種作用不斷向深部發(fā)展時(shí)能破壞鋼筋表鈍化膜，使其發(fā)生銹蝕，因此要嚴(yán)格控制粉煤灰的質(zhì)量和用量。,,(3)非燒結(jié)粉煤灰硅酸鹽制品(calcium silicate concrete),種類(lèi)及一般生產(chǎn)工藝蒸養(yǎng)粉煤灰磚粉煤灰加氣混凝土免燒免蒸粉煤灰磚,a. 種類(lèi)及一般生產(chǎn)工藝,非燒結(jié)粉煤灰硅酸鹽制品主要有蒸養(yǎng)粉煤灰磚，粉煤灰砌塊和墻板，粉

34、煤灰加氣砼，免燒免蒸粉煤灰磚等。生產(chǎn)工藝一般包括原料處理、攪拌、消化、輪碾、成型、靜停、養(yǎng)護(hù)和成品檢驗(yàn)等過(guò)程：原料處理是石灰、石膏粉磨、粉煤灰脫水。攪拌一般以2～3分鐘為宜。消解為CaO與水反應(yīng)，在消化倉(cāng)或陳化倉(cāng)中進(jìn)行，混合料在70～100℃時(shí)消解作用在2～3小時(shí)內(nèi)完成。消解后出料溫度在50～85℃時(shí)較合適。輪碾過(guò)程中消化后的物料受到壓實(shí)、增塑、攪拌與活化等作用，使坯料塑性好，成型性能得以改善，坯體密實(shí)，強(qiáng)度提高。養(yǎng)護(hù)方式有

35、常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)(95～100℃)，高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)(表壓0.8 MPa，174～200℃)和常溫常壓養(yǎng)護(hù)三種。,b. 蒸養(yǎng)粉煤灰磚,參考配合比為粉煤灰60～80％，石灰20～25％，石膏2～3％，可摻入一定比例的石屑、粗砂、爐渣、高爐礦渣、煤渣等骨料以改善混合料顆粒級(jí)配，提高強(qiáng)度，減少收縮，當(dāng)用高壓蒸養(yǎng)時(shí)石灰摻量可少些，常壓養(yǎng)護(hù)時(shí)石灰摻量適當(dāng)多些。粉煤灰與磨細(xì)石灰、石膏配料、加水?dāng)嚢瑁瑝褐瞥尚?，?jīng)常壓蒸養(yǎng)而成。,c. 粉煤灰加氣砼(gas

36、 concrete),采用粉煤灰、磨細(xì)生石灰、石膏及少量水泥配料，并加入適量加氣劑(鋁粉)，經(jīng)攪拌注模，靜停，切割后進(jìn)高壓釜，高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成；粉煤灰加氣混凝土是一種多孔輕質(zhì)建筑材料，其強(qiáng)度可達(dá)3.5MPa，容重500～700 kg／m3，生產(chǎn)效率高，保溫性能好。參考配合比為粉煤灰60～70％，石灰10～20％，石膏10％，水泥15～20％，鋁粉350～450 g／m3。,d. 免燒免蒸粉煤灰磚,該粉煤灰磚的強(qiáng)度來(lái)源完全不同于蒸養(yǎng)蒸

37、壓制品和燒結(jié)制品，而是近似于常溫常壓下自然養(yǎng)護(hù)的硅酸鹽水泥制品,靠水化產(chǎn)物來(lái)獲得強(qiáng)度。生產(chǎn)該種磚時(shí)必須用激發(fā)劑激發(fā)粉煤灰的活性，增加粉煤灰的溶解度。還必須用減水劑，增大固體顆粒間的“流動(dòng)”，形成最佳堆積密度，使免燒磚密實(shí)，提高早期強(qiáng)度，通常認(rèn)為木質(zhì)素磺酸鈣和硫酸鈉、硫酸鈣組成的復(fù)合鹽對(duì)免燒磚的強(qiáng)度增長(zhǎng)有利。為了提高磚的密實(shí)度，要加入一定量的爐渣、砂子、碎石屑、鋼渣、銅渣等骨料，使其有合理的級(jí)配,另外要采用高壓成型，最少選用60噸壓

38、力機(jī)，壓磚時(shí)壓力不得低于200 kg／cm2(20Mpa)以上，采用低溫濕熱養(yǎng)護(hù)以促進(jìn)CSH的生成。參考配比為粉煤灰55～60％，骨料20～30％，石灰12～18％，石膏2～4％，水泥7％，外加劑<0．5％。其生產(chǎn)工藝是將粉煤灰水泥、石灰漿、外加劑、水送入混料機(jī)混合，再加入骨料送入攪拌機(jī)攪拌混煉，進(jìn)入壓磚機(jī)成型經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)或低溫濕熱養(yǎng)護(hù)而成。,,(4) 粉煤灰燒結(jié)磚,以粉煤灰、粘土或頁(yè)巖、煤矸石為原料，經(jīng)粉碎、攪拌、壓制成型、焙

39、燒而成。粉煤灰—粘土磚：粘土30～40％，粉煤灰55～60％，另配入少量燃煤，可以制作內(nèi)燃磚，若粉煤灰中含碳量較高時(shí)，摻灰量可增加到60％以上，成型水份應(yīng)為18～20％。粉煤灰—頁(yè)巖磚：粉煤灰摻量60～80％，頁(yè)巖20～40％，頁(yè)巖必須經(jīng)粗和細(xì)碎，最大粒徑應(yīng)小于2mm，成型時(shí)物料含水率應(yīng)控制在18～22％。粉煤灰—煤矸石磚：粉煤灰70～100％，煤矸石30～100％，生產(chǎn)工藝與粉煤灰—頁(yè)巖磚相同，但煤矸石的顆粒級(jí)配中，>3m

40、m的顆粒應(yīng)60％，CaO含量應(yīng)<3％。煤矸石粉愈細(xì)，CaO含量越少，磚的質(zhì)量越好。,,(5) 粉煤灰在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用,粉煤灰可以改良土壤，制作化肥。粉煤灰改良土壤粉煤灰改良土壤的孔隙率提高土層溫度使農(nóng)作物增產(chǎn)粉煤灰肥料,粉煤灰改良土壤的孔隙率,農(nóng)作物生長(zhǎng)要求土壤的孔隙率必須>12～15％，低于此值將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。粉煤灰顆粒具有多孔性，加入土壤后，粉煤灰顆粒與土壤粒子可以連成無(wú)數(shù)的通道，為植物根吸收水分和營(yíng)養(yǎng)提供新的

41、途徑，構(gòu)成輸送營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)的交通網(wǎng)絡(luò)。粉煤灰顆粒本身的孔隙可作為空氣、水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的儲(chǔ)存庫(kù)。植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都是以水溶液形成提供的，土壤中溶液的含量及其擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是通過(guò)土壤中各個(gè)粒子內(nèi)部粒子之間孔道的毛細(xì)管作用進(jìn)行的。粉煤灰施入土壤后能進(jìn)一步改善土壤的這種毛細(xì)管作用和溶液的擴(kuò)散過(guò)程，調(diào)節(jié)土壤的含濕量，有利于植物根部對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和分泌物的排出，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。在粘土質(zhì)土壤和鹽堿土中施入粉煤灰，使土壤砂粒增多，粘粒減少，變得疏松

42、，并有抑制或中和堿質(zhì)的作用。,提高土層溫度,由于粉煤灰呈灰黑色，有利于吸收熱量，施入土壤，一般可使土層溫度1～2℃。土層溫度提高，有利于微生物活動(dòng)，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，種子發(fā)芽。,使農(nóng)作物增產(chǎn),不同土壤合理施用符合農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)和粉煤灰都有增產(chǎn)作用。不同土質(zhì)，不同農(nóng)作物有不同的增產(chǎn)作用。砂質(zhì)土施粉煤灰，增產(chǎn)效果不明顯，粘質(zhì)土，鹽堿土施粉煤灰有明顯增產(chǎn)作用。蔬菜類(lèi)增產(chǎn)效果最明顯，糧食作物增產(chǎn)效果較好，其它經(jīng)濟(jì)作物也有增產(chǎn)作用，但不很穩(wěn)定。,粉煤灰肥

43、料,粉煤灰Si—K肥粉煤灰Si－Ca－K肥粉煤灰磁化肥粉煤灰磷肥,(a) 粉煤灰Si—K肥,用粉煤灰和一定量的KOH，經(jīng)700～800℃后煅燒可制備Si－K肥(K2SiO2)，提供植物生長(zhǎng)所須的Si和K元素。K2SiO2能溶于20％濃度的枸溶酸中，植物根部能分泌出枸溶酸，可使K2SiO2溶解，供值物在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)均衡吸收。,(b) 粉煤灰Si－Ca－K肥,在電廠燃煤粉中摻入一部分鉀鹽，可以生產(chǎn)出Si－Ca－K肥。此種肥料能明顯地

44、增強(qiáng)水稻抗病、抗旱、抗倒伏的能力，提高稻谷品質(zhì)，縮短成熟期，增產(chǎn)效果一般達(dá)10％左右。,(c) 粉煤灰磁化肥,將粉煤灰中配加一定量的N、P、K成分，經(jīng)強(qiáng)磁場(chǎng)處理可制得粉煤灰磁化肥；此肥料具有調(diào)節(jié)生物生長(zhǎng)的磁性，能刺激作物生長(zhǎng)、活化土壤并改善其結(jié)構(gòu)，使作物增產(chǎn)。,(d) 粉煤灰磷肥,在電廠燃煤粉中摻入一定量的磷灰石粉，經(jīng)過(guò)高溫煅燒和急冷處理后再粉碎，可制得粉煤灰磷肥；此肥料的主要營(yíng)養(yǎng)成分為Ca4P2O9，具有枸溶性，除Si、Ca、K、

45、P外，還含有植物生長(zhǎng)所需的微量元素，對(duì)農(nóng)作物蔬菜，食用菌類(lèi)都有增產(chǎn)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層；用粉煤灰80%和石灰20%的混合料，攤鋪厚度25cm，強(qiáng)度比砂石材料高1.5～3倍，路面造價(jià)降低10%，路基防凍、防翻漿和龜裂，板體性好，后期強(qiáng)度高。,（7）粉煤灰制分子篩(molecular sieve ),分子篩是用堿、鋁、硅酸鈉等原料經(jīng)人工合成的一種沸石類(lèi)礦物，其晶體結(jié)構(gòu)中有大的通道，其中含有

46、大量水分。當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，其中水被脫去而留下一定大小的通道，具有很強(qiáng)的吸附能力，能把小于孔洞的分子吸進(jìn)去，而把大于孔洞的分子阻擋在孔外，這就好象把大小不同的分子進(jìn)行篩分，故稱(chēng)為分子篩。用粉煤灰制作分子篩的工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量好。原料配比：粉煤灰：純堿：Al(OH)3=1：1.5：0.13工藝：配料→焙燒→粉碎合成→水洗→成型→活化→成品用途：各種氣體與液體的脫水、干燥；氣體的分離與凈化。,10.1.2 煤矸石(gangue)的處

47、理與利用,概述煤矸石的物質(zhì)組成煤矸石的處理方法煤矸石的活性煤矸石燃燒時(shí)凈供出能量分析煤矸石的利用,10.1.2.1 概述,煤矸石是雜有可燃物質(zhì)的巖石，其含煤量一般不超過(guò)20 ％， 發(fā)熱量在837～4187KJ／kg之間?；曳诌_(dá)60 ％以上。在采煤或洗煤過(guò)程中作為廢石排出，一般每采一噸原煤排矸石約為0.2噸。我國(guó)已堆積的煤矸石達(dá)10億噸以上。2000年我國(guó)原煤產(chǎn)量達(dá)12億噸，煤矸石達(dá)2億噸以上。我國(guó)煤矸石利用率低，利用率

48、不到20％，大部分堆積存放，形成大大小小的煤矸石山，侵占農(nóng)田、山溝、坡地，自燃煤矸石放出的煙灰粉塵及SO2等有害氣體污染大氣、水體，造成酸雨。從我國(guó)目前利用情況看，技術(shù)成熟、利用量比較大的途徑是生產(chǎn)建筑材料，主要是生產(chǎn)水泥和燒結(jié)磚。煤矸石按其來(lái)源分為為三類(lèi)：掘進(jìn)矸石、開(kāi)采矸石、洗選矸石。煤矸石在堆放過(guò)程中，由于其中可有—定量的可燃組分緩慢氧化、自燃，故又分為：自燃矸石和末燃矸石。根據(jù)熱值和合理用途還可劃分為五類(lèi)(P289，表10

49、－12)。,10.1.2.2 煤矸石的物質(zhì)組成,煤矸石主要由碳質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖構(gòu)成，主要礦物有高嶺石、水云母(伊利石)、蒙脫石、綠泥石、長(zhǎng)石、石英、方解石、黃鐵礦、白鐵礦等礦物。對(duì)于自燃煤矸石,由于燃燒受熱,煤矸石的礦物成分將發(fā)生變化：當(dāng)自然溫度較低時(shí)，高嶺石、水云母、粘土礦物由于失去結(jié)晶水而晶格破壞，形成了玻璃體類(lèi)物質(zhì)，尚殘存有高嶺石、水云母等粘土礦物，此外長(zhǎng)石、石英等礦物仍然存在，部分硫鐵礦氧化成赤鐵礦。當(dāng)自燃溫度

50、較高時(shí)，燃燒比較充分，粘土礦物已轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石(A3S2)，此外還有石英、赤鐵礦、長(zhǎng)石等礦物。 煤矸石的化學(xué)成分見(jiàn)P290表10－13，表10－14。可以看出，煤矸石經(jīng)自燃后，燒失量明顯降低，說(shuō)明自燃煤矸石中可燃物大大減少，水分也減少，而SiO2和Al2O3含量明顯增加。,10.1.2.3 煤矸石的處理方法,難以綜合利用的煤矸石可以充填礦井，荒山溝谷和坍陷區(qū)，或覆土造田。暫時(shí)不能利用的煤矸石可以覆土、植樹(shù)。自燃煤矸石可以澆灑石灰

51、水，進(jìn)行酸堿中和制止自燃。,10.1.2.4 煤矸石的活性(activity),煤矸石的活性取決于煤矸石中所含粘土礦物的種類(lèi)、數(shù)量、脫水溫度及脫水相的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。當(dāng)煤矸石中粘土礦物含量越高，則活性越高；粘土礦物脫水相的活性與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，按下列順序減小：高嶺石>水云母>綠泥石；每一種粘土礦物在特定的溫度范圍內(nèi)脫水，晶體結(jié)構(gòu)破壞，變成無(wú)定形結(jié)構(gòu)的脫水相，結(jié)構(gòu)中可溶出的SiO2和Al2O3數(shù)量最多時(shí)，其活性最高。當(dāng)煅燒溫度偏

52、低時(shí)，粘土礦物的結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞，SiO2和A12O3溶出量低，其活性低；當(dāng)煅燒溫度過(guò)高時(shí)，無(wú)定形脫水相重結(jié)晶成穩(wěn)定的結(jié)晶相，其活性急劇下降；只有當(dāng)脫水相處于無(wú)定形介穩(wěn)態(tài)時(shí),其活性最高。因此要獲得較好的火山灰活性，必須控制煤矸石的最佳煅燒溫度。,最佳煅燒溫度,不同粘土礦物其煅燒溫度亦不同，煤矸石的最佳煅燒溫度取決于所含的主要粘土礦物。例如：以高嶺石為主的煤矸石，最佳煅燒溫度為600～900℃；以水云母為主的煤矸石，最佳煅燒溫度為90

53、0～1000℃； 以蒙脫石為主的煤矸石，最佳煅燒溫度為500～700℃；以綠泥石為主的煤矸石，最佳煅燒溫度為600～850℃。 煤矸石的最佳煅燒溫度必須通過(guò)試驗(yàn)而確定，當(dāng)粘土礦物晶體結(jié)構(gòu)遭受破壞，還沒(méi)有轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶相的亞穩(wěn)狀態(tài)時(shí)活性最高。,10.1.2.5 煤矸石燃燒時(shí)凈供出能量分析,煤矸石燃燒過(guò)程中所能提供的能量關(guān)系到煤矸石燃燒供熱發(fā)電的可能性。煤矸石燃燒時(shí)放出的熱量(發(fā)熱量Qdw)主要包括生產(chǎn)性能耗（Us）、燃燒損失

54、能耗（Rs）和凈供出熱量(Jg）三部分，可用下式表示：也就是說(shuō)煤矸石在燃燒時(shí)的發(fā)熱量只有在扣除全部生產(chǎn)性能耗后，多余的熱量才能對(duì)外供熱，此為凈供出熱量。對(duì)不同熱值的煤矸石進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，分別計(jì)算出它們?nèi)紵龝r(shí)各個(gè)環(huán)節(jié)的熱耗(us)、熱損失(Rs)和凈供出熱量(Jg),再經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明凈供出熱量(Jg)與煤矸石發(fā)熱量(Qdw)基本上呈直線關(guān)系，其線性回歸方程為：,,當(dāng)Jg=0時(shí)，則Qdw=4.18×482=2014

55、.76JK／kg，此值即為煤矸石燃燒供熱所需的最低發(fā)熱量。 同樣地，將生產(chǎn)性能耗、熱損失、凈供出熱量分別折算成電量，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得出凈供出電量(Jg)與煤矸石發(fā)熱量(Qdw)也呈直線關(guān)系，其回歸方程為：,,當(dāng)Jg=0時(shí)，Qdw=4.18×409=1709.62KJ／kg，這就是煤矸石燃燒發(fā)電所需的最低發(fā)熱量；低于此值，燃燒煤矸石不但不能向外供熱、發(fā)電，反而需要燃燒系統(tǒng)外提供能量才能燃燒。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于實(shí)際的生產(chǎn)

56、性能耗比計(jì)算值要大得多，因此，一般認(rèn)為燃用煤矸石供熱、發(fā)電所需的最低發(fā)熱量應(yīng)為3346Kg/Kg。煤矸石或劣質(zhì)煤在沸騰鍋爐（流化床爐）內(nèi),經(jīng)850～1450℃充分燃燒，其放出的熱量可用于供熱或就近發(fā)電，其排出的殘?jiān)捎蒙a(chǎn)水泥和硅酸鹽制品。,10.1.2.6 煤矸石的利用,生產(chǎn)水泥生產(chǎn)燒結(jié)磚生產(chǎn)微孔吸音磚煤矸石瓦煤矸石制品,（1）生產(chǎn)水泥,利用煤矸石可以生產(chǎn)三種水泥煤矸石硅酸鹽水泥煤矸石砌筑水泥煤矸石無(wú)熟料水泥,a.

57、 煤矸石硅酸鹽水泥,用煤矸石代替粘土配制水泥生料燒成熟料，其中C3S含量50％以上，C4AF含量20％以上。再加入一定量的自燃煤矸石和石膏磨細(xì)就是煤矸石硅酸鹽水泥。煤矸石硅酸鹽水泥的標(biāo)號(hào)有275、325、425、525、625號(hào)。參考配方為：(％) 石灰石 煤矸石 鐵 粉 80.17 14.75 5.08 78.6 17.77

58、 3.68 72.5 12.2 3.1不同地區(qū)配方會(huì)有所不同，應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。,b. 煤矸石砌筑水泥,參考配方為： (％) 自燃煤矸石 水泥熟料 石膏 67 30 3混合磨細(xì)即成水泥，標(biāo)號(hào)可達(dá)150＃適用于配制砌筑水泥砂漿。,c. 煤矸石無(wú)熟料水泥,將沸騰爐渣加激發(fā)劑混合磨細(xì)而成

59、，又可以有兩種：石灰沸渣水泥沸騰爐渣 石灰 石膏70～85 10～25 ＜50％標(biāo)號(hào)在225號(hào)以下,也可用水泥熟料取代石灰配制125、175、225號(hào)沸渣砌筑水泥。石膏沸渣水泥沸渣 礦渣 水泥熟料 無(wú)水石膏45～55 20～25 14～16 10～14325～435號(hào)石膏沸渣水泥，水化熱低，抗硫酸鹽性能良好，抗凍性與礦渣水泥相近，

60、可用于民用建筑和水工工程。,(2) 生產(chǎn)燒結(jié)磚,用煤矸石替代部分或全部粘土用適當(dāng)工藝燒制而成。要求煤矸石的化學(xué)成分： (％)SiO2 Fe2O3 A12O3 CaO MgO S50～70 2～8 5～20 <20 <3 <1要求物理性能： 可塑性 硬度系數(shù) 混合料的發(fā)熱量 收縮率 煤矸石粒度 中等

61、<4 約1675J／kg 3～8％ ＜2％（＞3mm）燒結(jié)溫度950～1100℃，焙燒時(shí)間6～8小時(shí),(3) 生產(chǎn)微孔吸音磚,原料及配比(％) 煤矸石 半水石膏 白云石 鋸木 硫酸 100 20 4 20 2將破碎后的煤矸石、曬干的鋸木、白云石和半水石膏混合送入硫酸溶液中混合攪拌,白云石與硫酸反應(yīng)發(fā)泡,使混合料膨脹，然后澆注入模，經(jīng)干