火力发电厂固体废物的处理与资源化2

粉煤灰的处理与资源化一.普通燃煤电厂粉煤灰的来源与特性将磨成100μm以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛，在1300℃~1500℃炉膛呈悬浮状态燃烧，绝大部分可燃物质在炉内烧尽；大量不燃物（主要是灰分）混杂在高温烟气中，因受到高温作用而部分熔融，同时由于表面张力作用，形成大量细小的球形颗粒。在锅炉尾部引风机的抽气作用下，烟气流向炉尾。随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷，呈玻璃态，从而具有较高的活性。在引风机将烟气排入大气之前，这些细小的球形颗粒，经过除尘器的作用，被分离、收集，即成为粉煤灰。粉煤灰单体由SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO和一些微量元素、稀有元素等组成、杂糅（rou）有表面光滑的球形颗粒和不规则的多孔颗粒的硅铝质非晶体材料。粉煤灰属硅铝酸盐，其中SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量约占总量的80%，富集有多种碱金属、碱土金属元素，pH值较高；粉煤灰具有粒细、多孔、质轻、容重小、粘结性好、结构松散、比表面积较大、吸附能力较强等特性。我国粉煤灰的主要综合利用途径①建材原料：水泥或混凝土掺料、制砖、空心砌块、硅钙板、陶粒等；②工程填筑：路面路基、低洼地或荒地填充、废矿井或塌陷区充填等；③农业：复合肥、磁化肥、土壤改良剂等；④环境保护：废水处理、脱硫、吸声等；⑤生产功能性新型材料：复合混凝剂、沸石分子筛、填料载体等；⑥回收有用物质：空心微珠、工业原料、稀有金属等。二、粉煤灰的资源化1.粉煤灰在建材、建筑工业中的应用理论依据：粉煤灰潜在的火山灰活性。火山灰活性：硅酸盐材料磨细后在一定温度下与Ca(OH)2等碱性物质反应，其生成物不但能在空气中硬化，且能在水中继续硬化的特性。粉煤灰含有大量的SiO2和Al2O3，粉煤灰的活性很高。粉煤灰的颗粒大小对活性影响很大，颗粒越小，其表面能就越大，化学反应就越强烈，活性就越高。（1）粉煤灰水泥①粉煤灰硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（称粉煤灰水泥），粉煤灰掺量（重量）为20％~40％。粉煤灰硅酸盐水泥特性：对硫酸盐侵蚀和水侵蚀具有抵抗能力，对碱－集料反应能起一定抑制作用；水化热低；干缩性好；早期强度不高，后期强度不断增加；适用一般民用和工业建筑工程、大体积水工混凝土工程、地下和地下混凝土构筑等方面。②大掺量粉煤灰水泥大掺量粉煤灰水泥是在碱性激发作用下激发粉煤灰、矿渣活性而得，其粉煤灰掺量为60％~70％，矿渣掺量为20％~30％，熟料掺量为10％。大掺量粉煤灰水泥可大量利用粉煤灰、降低成本、节约能源、减轻生产水泥熟料对环境的破坏作用。大掺量粉煤灰水泥对大体积混凝土工程特别有利，可有效地避免混凝土因内外温差应力而开裂。大掺量粉煤灰水泥的水化产物中Ca(OH)2含量较低，使其耐软水、耐酸、耐硫酸盐能力较强。③高活性粉煤灰水泥混合材料解决粉煤灰作混合材生产的粉煤灰水泥早期强度低的弱点。（2）粉煤灰混凝土和砂浆三种效应：形态效应、活性效应和微集体效应。形态效应：粉煤灰粉料中其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。活性效应：粉煤灰中活性成份所产生的化学效应。微集料效应：粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的特性。掺用大量粉煤灰可制备经济的高性能混凝土，常被用于泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗腐蚀混凝土等。（3）粉煤灰砖粉煤灰和粘土、页岩、煤矸石等可分别制成不同类型的烧结砖，如蒸养粉煤灰砖、泡沫砖、轻质粘土砖、承重型多孔砖、非承重型空心砖，以及碳化粉煤灰砖、彩色步道板、地板砖等新型墙体材料。大部分粉煤灰砖都具有轻质保温、隔热隔声、绿色环保等性能。粉煤灰粘土烧结砖的生产工艺流程（4）轻集料和空心砌块轻集料和用轻集料配制的混凝土：质轻、保温性能较好，可用于建造大跨度桥梁和高层建筑。适于烧制轻集料的粉煤灰含碳量低于13％。粉煤灰轻集料混凝土轻型空心砌块：以粉煤灰生产的轻集料作为骨料，水泥为胶结材料，加入少量外加剂，加水搅拌并经成型、自然养护而成。砌块性能稳定，可取代全部砂石和部分水泥，具有质轻、高强、工艺简单、成本低和利废率高、使用效果好等优点。粉煤灰空心砌块：以粉煤灰为骨料，以磨细生石灰、石膏作胶结材料，经振动成型、蒸汽养护而成的。标号可达200号，性能稳定，使用效果良好。与普通砖相比具有轻质、高强、节约能源和减少开支等经济技术优势，同时还具有隔音、隔热等效果。（5）烧结粉煤灰陶粒用粉煤灰为主要原料，掺加少量粘结助熔剂（粘土或页岩、膨润土等）和无烟煤、瘦煤、焦炭下脚料等辅助原料，经配料、混合、成球、烧结机焙烧、成品处理而制得的一种人造轻骨料。优先使用干排灰，使用湿排灰须先对其脱水处理。主要特点：密度轻、强度高，隔热保温性能好，耐火、抗冻、耐久性能优等。其物理力学和化学性能明显优于天然石材骨料。适用于配制各种用途的高强度轻质混凝土：全轻陶粒混凝土、无砂大孔陶粒混凝土、钢筋陶粒混凝土、预应力钢筋陶粒混凝土。应用范围比较广泛，用于各类节能、抗震、耐久性建筑（楼板、墙板、横梁、立柱等）和桥梁（人行和车道板、拱肋、拱波、填拱、立柱、盖梁等）、道路和耐热混凝土等。（6）保温、防水材料粉煤灰具有良好的热工特性，其导热系数与蓄热系数比达到1:17，具有良好的隔热性。利用其生产保温材料，可降低建筑材料的导热系数，提高材料的保温隔热性能。以粉煤灰、废旧聚苯乙烯泡沫塑料颗粒为主要原料，普通硅酸盐水泥、生石灰为胶凝材料，添加少量防水剂、憎水剂、激发剂，可制得屋面保温防水材料。（7）粉煤灰泡沫陶瓷主要原料：粉煤灰、亲和性很强的火山灰和无定型结晶碳粉（如石墨）。合成过程：粉磨制料，压坯后再烧结。粉煤灰泡沫陶瓷气孔连续，具有良好的抗散裂性和比电阻特性，是一种高强度、吸音隔热、耐热冲击好的泡沫材料。可用于生产轻质砖、轻质隔墙板等制品。（8）硅钙板简称SC板：以粉煤灰为硅质材料、石灰为钙质材料、加入硫酸盐激发剂和增强纤维，或使用高强碱性材料，采用抄取法或流浆法生产。具有质轻、高强、不燃、无污染、可任意加工，尤其是其干缩变形小，可解决长期困扰石膏板、GRC板等非金属板材施工后出现的翘曲和对接处存在板缝的问题。广泛用于框架结构建筑的内墙体、吊顶、吸音、隔热、电绝缘设施及工业、民用和别墅式建筑屋顶及其它装饰方面。（9）其它建材制品生产辉石微晶玻璃：与普通矿渣微晶玻璃相比，具有很高的强度、硬度，其耐蚀和耐磨性也有数倍提高。作石膏制品填充剂：能取代部分石膏，又可作为促凝剂，提高石膏制品的防水性，一般掺用量最大可达30%。作沥青填充料生产防水油毡：外观质量和物理性能，与用滑石粉做填充料的防水油毡相同，可使成本大大降低。制备矿物棉、纤维化灰绒、陶砂滤料，提高玻璃纤维水泥制品的寿命。在砂浆中代替部分水泥、石灰或砂等。2.粉煤灰在工程填筑方面的应用（1）用作路基材料将粉煤灰、石灰和碎石按一定比例混合搅拌，即可制作路基材料。粉煤灰的掺加量最高可达70％。路面隔热性能好，防水性和板体性好，利于处理软弱地基。技术成熟、施工简单、维护容易，节约维护费用30％～80％。上海的沪嘉、莘松高速公路及河北省石安高速公路等使用粉煤灰修筑路堤，还用于大桥、护坡、引道、飞机场跑道等工程，如三峡大坝、北京五环工程、厦门黄海大桥、黄浦江隧道等。2.粉煤灰在工程填筑方面的应用（2）用于工程回填煤矿区因采煤后易塌陷，形成洼地，利用粉煤灰对矿区的煤坑、洼地等进行回填，既降低了塌陷程度，还能复垦造田，减少农户搬迁，改善矿区生态。粘土砖瓦厂取土后的坑洼地、山谷等也可用粉煤灰来填充造田。3粉煤灰在农业上的应用两种途径：直接施用于农田，利用粉煤灰生产化肥。（1）粉煤灰直接施用于农田作用：直接提供营养元素、增加土壤空隙度、改善土壤团粒结构、提高保水性能和增加农作物产量等。（2）利用粉煤灰生产化肥①粉煤灰硅钙肥要求：可溶性硅含量达20%以上。烧高钙煤的固态排渣炉排渣：可溶性SiO2含量为10%左右；含SiO240%~60%低钙粉煤灰：可溶性SiO2含量为1%~2%。不能直接作为粉煤灰硅钙肥施用。利用粉煤灰生产粉煤灰硅钙肥的技术要求：A.增钙；B.提高炉温、延长灰渣高温区的停留时间；C.使高温状态下的粉煤灰骤冷。土壤施用粉煤灰硅钙肥的临界值为土壤有效硅低于95mg/kg，稻草茎叶干重SiO2低于10%。②粉煤灰钙镁磷肥粉煤灰含有一定的钙、镁，加适量的磷矿粉，利用白云石作助熔剂，调节整个体系的钙、镁含量，然后通过适当的生产工艺，便可获得符合质量要求的钙镁磷肥。③粉煤灰复混肥料粉煤灰含有作物生长所必需的大部分营养元素，而氮、磷等少量元素在燃烧过程中因挥发而损失，向粉煤灰中补充部分氮、磷、钾便可制成一种营养全面、均衡的复合肥料。利用粉煤灰配制复混肥料，须先破坏粉煤灰中的玻璃体结构（常用化学激发剂），使粉煤灰得到活化，然后将活化后的粉煤灰再与氮肥、磷肥、钾肥复合便可得到粉煤灰复混肥料。粉煤灰复混肥料生产工艺④粉煤灰磁化肥通过磁化效应和微量元素作用增强粉煤灰的肥效，降低用灰量，达到增产的效果。粉煤灰磁化肥对土壤的改良作用A物理效应：磁化粉煤灰施入土壤，磁性颗粒周围形成一个附加的局部磁场，使土壤颗粒发生“磁性活化”而逐步聚化，使土壤水稳定性团聚体数量增加，改善土壤通气透水性，有利于营养成分的输送及植物根系的吸收，提高土壤耕作质量。B化学效应：磁化粉煤灰中磁性矿物（Fe3O4和γ-Fe2O3）的转化加快土壤中其他成分的氧化还原过程，使土壤中的有效氮和有效钾增加。磁化粉煤灰为碱性，可降低土壤的水解性酸度和提高pH值，促进磷和微量元素有效性的增加。C生物效应：磁场对植物、微生物和酶的生命活动产生促进或抑制作用，使土壤和蛋白质中顺磁性过度金属离（原）子活化度增加，加速土壤中有效养分的形成。⑤堆肥可用于污泥的堆肥化。将粉煤灰与脱水污泥混合，不仅能够降低污泥的水分，而且便于污泥造粒成型，利于空气的流通。粉煤灰中含有的Al、Si、Fe、Ca、K、Mg、S、B、Zn等微量元素，可以改善堆肥的内在成分，增加肥效。产品能直接当作肥料或土壤调剂使用，也可作为生产其他有机肥料的辅料。4.粉煤灰在环境保护中的应用（1）在废水处理工程中的应用粉煤灰粒细质轻、疏松多孔、表面能高，具有一定的活性基团和较强的吸附能力，在环保领域中已广为应用，主要用于废水治理、废气脱硫及噪声防治等。去除废水中有害物质的机理：吸附、中和、絮凝、过滤等协同作用。利用粉煤灰处理废水通常先对其进行改性处理，提高其吸附性能，粉煤灰的改性主要有酸改性及碱改性两种方法。影响粉煤灰处理废水效果的主要影响因素有以下几个方面：①粉煤灰的粒径和比表面积：粉煤灰粒径越细、比表面积越大，处理效果越好。②粉煤灰的化学组分：粉煤灰中SiO2及A12O3等活性物质含量高，有利于化学吸附。粉煤灰中CaO含量较低时，应投加石灰对粉煤灰进行改性。高温脱出粉煤灰中的结合水，能使粉煤灰活化，提高处理效果。③溶液的pH值：pH值直接影响处理效果，pH值的影响结果与污染物的性质有关，pH值的改变，直接决定了吸附质的存在形态，亦即决定了其疏水性。如粉煤灰处理含氟废水，酸性条件效果好，而处理含磷废水，则宜在中性条件下进行。④温度：温度越低，粉煤灰对废水中有害物质去除率越高。⑤污染物的性质：废水污染物质的溶解度、分子极性、分子量大小、浓度等对处理效果有影响。分子量越大、溶解度越小，处理效果越好。粉煤灰处理废水的三种方式：①直接投入法；②滤柱法；③废水引入灰场法。粉煤灰还可与其它水处理方法联合：粉煤灰—活性污泥法、粉煤灰—铁屑法、粉煤灰—Fenton试剂法、粉煤灰—过氧化氢法、粉煤灰—氯化亚铁、粉煤灰—高铁酸钾法、粉煤灰—铝盐法、粉煤灰－锅炉烟气法等，各种作用互为补充，使去污效果大大提高。粉煤灰的废水处理工程工艺简单、基建投资省，运行费用低。马家沟河城市污水粉煤灰处理工艺方案粉煤灰在废水处理工程的应用实践中，还急待解决的几个关键问题：①理论研究薄弱，特别是粉煤灰处理废水的过程机理及反应动力学研究。②灰水分离问题目前除了过滤