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1、知识目标： 了解能源工业固体废物资源化的概念，目的 理解解粉煤灰和高炉渣的来源、组成和性质 掌握粉煤灰和高炉渣综合利用的途径，比较采用不同途径生产成产品的性能 掌握粉煤灰和高炉渣各种综合利用的方法的原理、生产工艺和特点，并比较各种方法的优缺点。 能力目标： 能结合我国的实际情况，对能源工业固体废物选择出最佳的处理和综合利用的方法,说明,第七章 能源工业固体废物的资源化,一、概念及来源 粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。它是燃煤电厂将煤磨细成100m以下的煤粉，用预热空气喷入13001500的炉膛内，在其悬浮燃烧后形成的固体废物。产生的高温烟气，经收尘装置捕集就得到粉煤灰(或
2、叫飞灰)。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,一、概念及来源 粉煤灰收集包括烟气除尘和底灰除渣两个系统，粉煤灰的排输分干法和湿法两种方法。 干排灰是将收集下来的粉煤灰用螺旋泵或仓式泵等密闭的运输设备直接输入灰仓。 湿排是将收集到的粉煤灰送至管道再用高压水冲排，不致使粉煤灰扬散，通过管道和灰浆泵，利用高压水力把粉煤灰输送到贮灰场或江、河、湖、海。目前我国大多数电厂采用湿排。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,一、概念及来源 煤炭的形成原因为古代植物的残骸层层交叠，经过长时间受到细菌的生物作用，以及地壳变动、环境高温、高压等因素，使这些物质经煤化作用
3、转变成煤炭。在煤化的过程中，亦会产生CH4（天然气的主要成分），有些逸散至大气中，部份则被封闭在地壳中，形成储气层，这也是采煤工作危险的主因之一。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,化石的形成原因： 动植物体内若干坚硬构造(如生物的硬壳或骨胳)为矿物所取代而成。 土壤的形成原因： 土壤的形成受自然因素和人为的耕种等的影响，经过不同的成土过程形成了不同的土壤发育层次和剖面形态特征，从而形成各种各样的土壤。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,二、粉煤灰的形成 粉煤灰形成的过程即煤粉中矿物杂质转变的过程，是以黏土质矿物到硅酸盐玻璃体的转变为主要对象。,
4、第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,三、粉煤灰的物理化学性质 一、粉煤灰的组成 1.化学组成,根据粉煤灰中CaO含量的高低，一般将其分为高钙灰和低钙灰。CaO含量在20%以上的为高钙灰，其质量优于低钙灰。粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量关系到用它作为建材原料的好坏。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,三、粉煤灰的物理化学性质 2.矿物组成 粉煤灰的矿物组分十分复杂，主要有无定形相和结晶相两大类。无定形相主要为玻璃体，约占粉煤灰总量的50%80%，此外，未燃尽的炭粒也属于无定形相。结晶相主要有莫来石、石英、云母、长石、磁铁矿、赤铁矿等。
5、这些结晶相大多是在燃烧区形成，又往往被无定形相包裹。因此，粉煤灰中单独存在的结晶体极为少见，单独从粉煤灰中提纯的结晶相将极为困难。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,三、粉煤灰的物理化学性质 3.颗粒组成 粉煤灰是一种复杂的细分散相固体物质。在其形成过程中，由于表面张力的作用，大部分成球状，表面光滑，微孔较小，小部分因在熔融状态下互相碰撞而粘连，成为表面粗糙、棱角较多的集合颗粒。因而，粉煤灰颗粒大小不一，形状各异。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,1、物理性质 密度 是指绝对密实状态下，单位体积的质量。粉煤灰的密度与化学成分密切相关。低钙灰密度
6、一般为18002800 Kg/m3，高钙灰密度可达25002800 Kg/m3。 堆密度 指干粉煤灰在松散状态下的单位体积的质量。粉煤灰松散干密度在6001000 Kg/m3范围内，其压实密度为13001600Kg/m3，湿粉煤灰的压实密度随含水率增加而增加。 孔隙率 指粉煤灰中孔隙的体积占总体积的百分率。一般为60%75%。 细度 指粉煤灰颗粒的大小。粉煤灰粒径范围为0.5300m，粉煤灰的细度为45pm（细度为4900孔）方孔筛，其筛余量一般为10%20%，其比表面积为20004000cm2/g。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,2、粉煤灰的活性 粉煤灰的活性是指
7、粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。具有化学活性的粉煤灰本身无水硬性，但在潮湿条件下，能与Ca（OH）2等发生反应，显示出水硬性。粉煤灰的活性是潜在的，需要激发剂激发才能发挥出来，主要激发剂有：石灰及少量石膏、石灰和少量水泥、水泥熟料及少量石膏。 粉煤灰活性的评定一般采用砂浆强度试验法，它是把粉煤灰与一定比例的水泥或石灰掺混，磨细配成砂浆，做成试件，测定试件强度并与对比试件的强度比较，作为衡量粉煤灰的指标。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,密度与化学成分相关，低钙灰的密度一般为 1800 2800kg m3 ，高钙灰密度可达 25002800kg m3 ；其
8、松散干密度为 600 1000kg m3 ，压实密度为 1300 1600kg m3 ；空隙率一般为 60% 75 ；细度一般为 40微m ，方孔筛筛余量 10%20 ，比表面积 20004000cm2 g.,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,四、国内外粉煤灰资源开发 20世纪50年代，尤其是70年代中期石油危机后，以煤炭为主要能源，灰渣大量排放 粉煤灰在建筑工程和基础工程的应用，是最主要的利用方式,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化,粉煤灰加气混凝土 粉煤灰砌筑水泥 粉煤灰黏土砖 粉煤灰硅酸盐密实砌块 粉煤灰地面砖,粉煤灰免烧砖 粉煤灰硅酸盐水泥
9、 粉煤灰混凝土 粉煤灰筑路 粉煤灰充填,把粉煤灰作为一种资源来加以利用，是关系到我国电力工业及相关工业可持续发展 的大问题。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 成熟技术,（一）在水泥工业和混凝土工程中的应用 粉煤灰代替黏土原料生产水泥 粉煤灰作水泥混合材 生产低温合成水泥 制作无熟料水泥 作砂浆或混凝土的掺合料,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 二、粉煤灰的资源化,蒸制粉煤灰砖,烧结粉煤灰砖 粉煤灰烧结砖是以粉煤灰、黏土及其他工业废料为原料，经原料加工、搅拌、成型、干燥、焙烧制砖。 工艺流程包括原料的加工、配料、碾压、搅拌 蒸压生产泡沫粉煤灰保温
10、砖,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 二、粉煤灰的资源化,粉煤灰硅酸盐砌块,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 二、粉煤灰的资源化,粉煤灰加气混凝土,（六）粉煤灰陶粒 （七）粉煤灰轻质耐热保温砖,图8-4粉煤灰陶粒生产流程,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 二、粉煤灰的资源化,（一）土壤改良剂 （二）农业肥料 改善土壤的可耕性 改善酸性土和盐碱土 提高土壤温度 提高土壤的保水能力 增加土壤的有效成分，提高土壤肥力,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 三、粉煤灰作农业材料和土壤改良剂,回收煤炭资源 回收金
11、属物质 分选空心微珠 应用于塑料工业 用于轻质耐火材料和高效保温材料 应用于石油化工 其他,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 四、回收工业原料,（一）环保材料开发 （二）用于废水处理,第七章 能源工业固体废物的资源化,第一节 粉煤灰的资源化 五、作环保材料,一、概述 目前我国渣场堆积的历年高炉渣l.5亿多吨，占地1万多亩。 （一）炉渣 炉渣是指燃煤锅炉的燃烧过程中产生的块状废渣。含碳量在15%，密度0.7-1t/m3 （二）沸腾锅炉 指的是沸腾锅炉燃烧时产生的废渣。活性好，易磨！,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,表8-2 我国大部分钢铁厂高炉渣
12、的化学成分（质量分数）（%）,第七章 能源工业固体废物的资源化,1、水淬渣的化学活性 水淬渣是高炉熔渣在大量冷却水的作用下急冷形成的海绵状浮石类物质。在急冷过程中，熔渣的绝大部分化合物来不及形成稳定化合物，而以玻璃体状态将热能转化成化学能封存其内，从而构成了潜在的化学活性。水淬渣的化学活性主要取决于其化学成分和矿物结构。活性大小通常用水淬渣质量系数K=(CaO+MgO+A12O3)/( SiO2+MnO+TiO2)来衡量，系数大则活性高。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,2、膨珠的物理力学性质 膨珠也叫膨胀矿渣珠，它在适量水冲击和成珠设备的配合作用下，被甩到空气中使水
13、蒸发成蒸汽并在内部形成空间，再经空气冷却形成珠状矿渣。 3、重矿渣的物理化学性质 重矿渣是高温熔渣在空气中自然冷却或淋少量水慢速冷却而形成的致密块渣。重矿渣的矿物成分不同于水渣的，其主要成分为黄长石，其次是假硅灰石、硅酸二钙、辉石，并含有少量玻璃体和硫化物。,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,二、高炉渣的加工处理工艺 （一）高炉渣水淬处理工艺,图8-5 OCP法水淬工艺示意图 1-高炉； 2-熔渣沟和水冲渣槽； 3-抓斗起重机；4-水渣堆； 5-保护钢轨； 6-溢流水口；7-冲洗空气入口； 8-排出水口； 9-贮渣仓； 10-运渣车,第七章 能源工业固体废物的资源化,第
14、三节 高炉渣的资源化,6 15 图8-6 拉萨法处理高炉熔渣工艺流程 1-水渣槽；2-喷水口；3-搅拌槽；4-输渣泵；5-循环懵搅拌泵； 6-搅拌槽搅拌泵； 7-冷却塔；8-循环水槽；9-沉降槽；10-冲渣给水泵；11-冷却泵；12-分配器； 13-脱水槽；14-汽车；15-排泥泵,矿渣碎石工艺也称慢冷处理，是高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣后，在经过挖掘、破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石材料。矿渣碎石的生产工艺有热泼法和堤式法两种。,（二）矿渣碎石工艺,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,（三）膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺,图8-7膨珠生产工
15、艺示意图 1-渣罐； 2-接渣槽； 3-高压喷水管； 4-膨胀槽； 5-滚筒； 6-冷却水管； 7-集渣坑,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,（一）水淬渣的资源化 1、生产水泥 矿渣硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 石膏矿渣水泥 石灰矿渣水泥 2、矿渣混凝土 3、生产矿渣砖,三、高炉渣的资源化,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,（二）矿渣碎石的资源化 1、配制矿渣碎石混凝土 2、矿渣碎石作道渣 3、矿渣碎石作地基,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,近年来发展起来的膨珠生产工艺制取的膨珠质轻、面光、自然级配好，吸音、隔热性能好，可
16、以制作内墙板，楼板等，也可用于承重结构。用作混凝土骨料可节约20%左右的水泥，我国采用膨珠配制的轻质混凝土容重为14002000Kg/m3，较普通混凝土轻1/4左右，抗压强度为9.829.4Mpa,导热系数为0.4070.528W/(mK)，具有良好的物理力学性质。 膨珠作轻质混凝土在国外也广泛使用，美国钢铁公司在匹茨堡建造了一座64层办公大楼。用的都是这种轻质混凝土。,（三）膨珠矿渣的资源化,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,1、生产矿渣棉 2、利用高钛矿渣作护炉材料 3、生产微晶玻璃,（四）高炉渣资源化利用新技术,第七章 能源工业固体废物的资源化,第三节 高炉渣的资源化,1. 简述粉煤灰的来源和组成?利用粉煤灰可生产哪些建材产品? 2. 粉煤灰作土壤改良剂的主要作用机理是什么? 3. 利用粉煤灰可回收利用哪儿种工业原料?简述其各自回收的方法? 4. 简述高炉渣的来源、组成和加工利用的形式? 5高炉渣水淬方法有哪几种?
