【正文】 10 典型固體廢物的處理與利用 ? 煤系固體廢物的處理與利用 煤系固體廢物的處理與利用 ? 粉煤灰 ? 煤矸石 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 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)除塵器收集的細灰稱為 粉煤灰或飛灰 。 由爐底排出的廢渣稱為 爐渣或熔渣 。 每一萬千瓦發(fā)電機組排灰渣量約為 ～ 。 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 ? 粉煤灰的化學成分 (chemical position) ? 粉煤灰的礦物成分 (mineral constituent) a. 粉煤灰的化學成分 (chemical position) 粉煤灰的化學成分類似于粘土 ,主要有 SiO Fe2O Al2O CaO和未燃盡的煤炭 ， 以 SiO2和 A12O3為主要成分 。 由于產(chǎn)地 、 煤的品種和燃燒條件的不同 ， 粉煤灰的化學成分變化范圍較大 。 粉煤灰的化學成分是評價其質(zhì)量優(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 (CaO20％ )和 低鈣粉煤灰(CaO20%)， 高鈣粉煤灰質(zhì)量高于低鈣粉煤灰 。 （ 對活性而言 ） ? （ 燒失量 ） ：可以反映鍋爐燃燒狀況 ， ， 粉煤灰質(zhì)量越差 。 （ 對活性而言 ） ? SiO2+A12O3+Fe2O3： 粉煤灰中 SiO Al2O3和 Fe2O3的含量直接關(guān)系到它們作為建筑材料原料的優(yōu)劣 。 用于水泥和混凝土的低鈣粉煤灰 ， 要求 SiO2+A12O3+Fe2O370％ 。 ? MgO和 SO3： 粉煤灰中的 MgO和 SO3對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成分和礦物成分 。 粉煤灰中的礦物大部分是在燃燒過程中熔融結(jié)晶所得 。 因此 ， 粉煤灰的礦物成分很復雜 。 主要分為無定形相和結(jié)晶相兩大類 。 ? 無定形相 (amorphous phase)： 主要是 SiA1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 、 莫來石 、 長石 、 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 、 鈣長石 、 方鎂石 、 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定形 SiA1質(zhì)玻璃體 ， 因此玻璃體越多化學活性越高 。 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 。 水泥的化學活性主要取決于富 CaO的結(jié)晶相 。 因此 ， 高鈣粉煤灰的化學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 position) 粉煤灰是由形狀各異 ,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 ～ 100μm， 平均為 10～ 30μm， 比重大 ， 在水中下沉 ， 也稱為沉珠 ， 含量多者可達 25％ ， 少者 3～ 4%， 有些顆粒表面還生長著一些石英 、 莫來石的微晶 。 按其化學成分可分為： 富 Ca玻璃微珠 ， CaO含量高 ， 化學活性高 。 富 Fe玻璃微珠 ， SiA1玻璃微珠富含赤鐵礦 、 磁鐵礦包體 ， 具有磁性 ， 也稱磁珠 。 ? 多孔顆粒 有多孔炭粒和多孔玻璃體之分 。 多孔玻璃體富含 SiO A12O3， 含量高達 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 ， 稱為漂珠 ,其體積含量可達 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 ? 比重與容重 ? 細度 外觀特點 ? 粉煤灰外觀象水泥 ,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度 ， 顏色越深 ， 粒度越粗 ， 質(zhì)量越差 。 比重和容重 ? 低 Ca灰：比重 ～ ； ? 高 Ca灰：比重 ～ ； ? 粉煤灰的松散干容重為 600～ 1000kg／ m3 ? 壓實容重約為 1300～ 1600 kg／ m3； 細度 ? 粉煤灰的粒徑為 ～ 300μm, 表面積 3000～ 4000 cm2／ g （ 4）粉煤灰的活性 (activity ) ? 火山灰 (volcanic ash)物質(zhì)及其活性 ? 火山灰活性 (activity)的評定 ? 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%)且含有相當多玻璃質(zhì)或其它無定形 隱晶質(zhì)物質(zhì)的巖石 ， 在潮濕環(huán)境下能與 Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng) ,生成一系列水化硅酸鈣 ， 鋁酸鈣 CS(A)H凝膠 ， 在空氣或水中都能產(chǎn)生明顯的強度 ， 這就是 火山灰活性 。 ? 此外 ， 燒頁巖 、 燒粘土 、 煤矸石燒渣 、 爐渣 、 粉煤灰等 人工火山灰類物質(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 、 化學成分 、 礦物成分和物理狀態(tài)的差異而導致活性的差異 ， 必須采用一定的方法評定它們的活性 ,主要有化學方法和物理方法兩類 。 具體有三種： ? 石灰吸收法 ? Si、 A1溶出法 ? 膠砂強度實驗法 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)過一定時間后 ， 測定每克火山灰物質(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 ， 但不能充分地評定火山灰物質(zhì)的使用價值 。 因為石灰吸收值是化學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 ， 有時與其制品的強度不一致 。 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 ， 制品強度低 ， 而石灰吸收值低的液態(tài)渣 ， 強度卻較高 。 Si、 A1溶出法