5.煤系固体废物的资源化

一座105kW装机容量的发电厂一年要排出105t煤灰渣 !
5 煤系固体废物的资源化
煤矸石资源化 粉煤灰资源化 锅炉渣资源化
5.1煤矸石的资源化
煤矸石是采煤和洗煤过程所排除的与煤层伴生 的含碳量低、比煤坚硬的黑灰色岩石。
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。
2.65 低0钙.76灰：0C.a87O%<200.%42
2.42 高2钙.95灰活性>低钙灰
3.32 1.27 2.2 1.31
0.37 0.69 0.41 2.46
2.81 50.2 25.9 4.58
3 0.11
1.78
粉41煤..9979灰中55的20..49有害2元268.3素含69量..9154一般1低.05于允45许..32值38 。11..1534
表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒； ➢ 在炉尾引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气
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体状态，从而具有较高的潜在 活性； ➢ 在烟气排入大气之前，这些细小的球形颗粒，经过 除尘器，被分离、收集，即为粉煤灰。
二、粉煤灰的物质组成
（1）粉煤灰的化学成分(％)
产地
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
烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O SO3
47.2 32.5 11 1.32 4.06 0.81 1.35 0.23
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 。
三、煤矸石的主要资源化途径
3)生产肥料
利用煤矸石生产复合肥已取得突破性进展。
重庆煤炭研究所利用煤矸石制取氨水，产品除氢 氧化铵外,还含有亚硫酸铵、碳酸铵和磷、钾等，属 于复合肥料。
2SiO2水
化
细碎至-60目
20%盐酸 工业盐酸
工 原
压缩空气
100-110℃溶出
料
蒸汽
渣液分离
浸渣
∣
浓缩结晶
抽真空
聚 合 铝
热风
堆积过滤 结晶氯化铝 沸腾热分解
尾气吸收
水
似的
加水聚合 固体氯化铝
三、煤矸石的主要资源化途径 2)生产化工原料—制取碱式氯化铝和水玻璃
据研究,可用煤矸石在同一工艺过程中,制取碱式氯 化铝(Al2(OH)nCl6n) 和水玻璃(Na2SiO3)。
生产过程中，酸溶产生的残渣可用做水泥配料，或 制成水玻璃和白炭黑等产品。
三、煤矸石的主要资源化途径
A2)l2O3 2SiO2 2H2O 55070煤0矸C石 Al2O3 2SiO2 2H2O
A生l2O3 2SiO2
产 热交换器
700800C 粗γ 碎 至A-l82mOm 3
沸腾炉约700℃焙烧
三、煤矸石的主要资源化途径除除氟浊、、铝除、重铬金、属酚盐、、除除油放、射 2)生产化工原料—聚合铝性污染物质，对净化各种水
具有广泛的用途。 对含铝高、含铁低的煤矸石，可以其为原料，用酸 溶法制取聚合氯化铝。
其工艺流程可分为破碎、焙烧、连续酸溶、浓缩结 晶、沸腾分解和配水聚合等工序。
用该方法生产1t 聚合氯化铝的总成本为741.45 元 ，税金为135 元，而市场售价可达1350元,即每吨产品利 润可达473.55 元。
二、煤矸石的工艺物理性质
自燃过的煤矸石
可塑性：随矸石中粘土质矿物含量的增加，可塑性也会增 加。经粉碎至250目筛筛余<2%时，其可塑指标可 达2.8~3。
粘 度：随矸石颗粒比表面积的增大，矸石泥团基本可以 塑性成型时，泥浆粘度在1.1左右，可用于注浆 成型。
真比重和硬度：煤矸石中的砂岩的真比重和硬度较页岩的 大，所以，各地矸石硬度差异很大，含页岩多的 矸石硬度在2~3，含砂岩多的矸石在4~5之间。混 合矸石的真比重一般在2.6左右。
1)回收能源-回收煤炭
煤矸石中一般含有一定数量的煤炭，人工选矸带 有较大的人为因素，且工人劳动强度大，分选率不稳 定，人工拣矸后，矸石中含煤量仍在12～15％之间。
用煤矸自动分选机代替人工拣矸，动态分选率可 达85％～95％。
河南梁北煤矿利用煤矸自动分选机，矸石车中煤 的含量可降至2～5％。一车矸石中可回收煤0.176T， 一天可回收煤炭12吨。一年（按330天计）回收煤炭 3960吨。折合资金118万元（按煤价300元/吨计）。
耐 火 度：煤矸石属于中低耐火材料，一般耐火度在 1300 ~ 1350℃。
三、煤矸石的主要资源化途径
热值(kJ/kg) <2090
2090~4180 4180~6270 6270~8360
>8360
合理利用途径 回填、修路、造地、骨料
内燃砖 烧石灰
烧混合材、制骨料、代土节 煤烧水泥 …
三、煤矸石的主要资源化途径
省1.12t 标煤。我国每年可节省224万t 标煤。
5.2粉煤灰的资源化
一、粉煤灰的来源
粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一。现 阶段我国年生产煤炭27亿吨左右，其中30%用于发电。 ➢ 炉膛中呈悬浮态的煤粉氧化燃烧； ➢ 煤粉中的不燃物(主要为灰分)混杂在高温烟气中； ➢ 因受高温作用，这些不燃物部分熔融。同时由于其
三、煤矸石的主要资源化途径
1)回收能源-发电 煤矸石中含有一定数量的固定碳和挥发份。 我国每年排放的煤矸石中，有3000多万吨热值在 6276kJ/kg以上，可作沸腾炉燃料用于发电。 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。 目前，全国煤矿已建成运行的煤矸石发电厂128个， 总装机容量约200万kW，正在建设的达30万kW。 江西萍乡高坑矸石电站，采用热值为6.479×103～ 6.0706×103kJ/kg 的煤矸石在相同的规模下发电，成本 不到0.06 元/ kW·h。
的50～ 80%
未燃烬炭
晶态矿物：主要来自原料，如石英、莫 来石、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： ①玻璃体含量，化学内能，粉煤灰活性 ②游离石灰含量，水化反应能力，粉煤灰活性 高钙灰的活性来源于两个方面：玻璃体和CaO 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
另有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na2O、
P2O5等氧化物，以及微量的稀有金属元素，如钛、钒、钴、
镓等。
煤矸石的化学组成，%
SiO2 51～65
Al2O3 16～36
CaO 1～7
MgO 1～4
Fe2O3 2～9
Na2O+K2O 1～2.5
烧失量 2～17
自燃过的煤矸石
北京市勘察院与中国地质大学合作，利用煤矸石 生产高浓度有机复合肥，具有速效和长效的特点，适 用于各种农作物的土壤。
此外，煤矸石中所含的钼、锌、锰、铜、硼等元 素，可作为农作物生长的刺激剂。
三、煤矸石的主要资源化1途3.径3m2 /万 4)生产建材--煤矸石砖块粘土砖
300m2/万t 煤矸石
①土地资源效益 代替粘土烧砖，减少土地破坏+减少煤矸石堆存占地
3.14 6.02
12.5 37.2
8.82 21.8
对于53..42低57 钙灰01..：5281
Si267O1.2.2+61Al2O33.13+4Fe2O013..>20768 0%
0.06 0.37
4.68 1.06
6.15 4.26
56.6 60.6
22.1 35.7
对于8.8高2 钙灰0.：73
三、煤矸石的主要资源化途径 1)回收能源-化铁 铸造生产中，用冲天炉化铁时，用煤矸石代
替部分焦炭。
单位：kg
底炭
石灰石 生铁 焦炭 煤矸石
原始方案 300~500焦炭 80~85 800 75
替代方案
200~250焦炭 +400煤矸石
80~85
800
50
120
三、煤矸石的主要资源化途径 1)回收能源-烧石灰
我国年产的200亿块煤矸石砖，消耗煤矸石5000万t。 可节约土地2666.7ha/年 可腾出煤矸石占地150ha 两项合计,我国每年可节约土地2816.7ha 。
②能源效益 每万标块煤矸石砖比黏土砖节省煤炭1t 标煤。 每万标块煤矸石砖可资利用的余热相当0.12t 标煤。 节能与余热利用合计,每万标块煤矸石砖比粘土砖可节
石灰是石灰石等原料，在低于烧结温度下煅烧所 得到的无机气硬性胶凝材料。
利用煤矸石代替煤炭燃料烧石灰在国内有很多实例。 生产1t石灰大约需煤矸石600～700kg(需煤370kg)。
煤矸石可以使炉窖的生产操作正常稳定，生产能力 有所提高，石灰质量较好，生产成本也有显著降低。
聚合铝能除菌、除臭、脱色、
3.35 未4燃8.9烬碳2。9.含7 碳10.1 6.25 一51般.8为5～28.75%， 4.56 8.35 其46中.5 含碳30大.3 于 10.4 1.33 106%25的.62 电厂1295占..89 30%77..887
1.05 1.3 1.05
1
3.12 3.7
高10钙..0928灰：11C..a141O%2000..%1482
二、煤矸石的工艺物理性质
自燃过的煤矸石
烧结温度：煤矸石的烧结温度一般在1050℃左右。 900℃左右为一次膨胀，1120~1160℃ 时 收缩最小，温度继续上升至1160℃以上 时产生二次膨胀，由固相转为固液相或 完全融熔。
脱碳温度：最佳脱碳温度常发生在1000℃上下，最低 脱碳时间为200 ~ 250分钟。
将煤矸石破碎、熔烧、酸溶和过滤,滤液中的氯化 铝经过加碱调整盐度就可得到合格的液态碱式氯化铝。
滤渣中的SiO2 与加入NaOH 的反应,在1200 ℃至 1500 ℃的温度下,在反应釜中反应2～3h,然后在贮存池 中沉淀,滤去不溶物,滤液浓缩后便得到水玻璃。
三、煤矸石的主要资源化途径 2)生产化工原料—回收硫化铁
0.51 0.53
作5为.18建材4使8.7用时2：7.6
3.53 57.5 21.1
SiO972..、4556Al2O113..19、5 Fe243O..20325含量01高..98为62 好。
1.1 4.22
7.24 45 27.1 对用12.作1 水泥1.和05 混凝2.土42 原料2.的33 粉煤1.灰06，要0.求25：
2.74 1.1
Si10O..228+8Al2O123..61+66Fe2O123..>12578 0%
0.21 0.54
0.65 微
4.64 47.8 37.6 M5g.O68、SO03.越74低越1.好33 1.17 0.6 0.18 0.7
（2）粉煤灰的矿ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ组成
两大类 矿物
非晶态矿物
玻璃体：约占粉煤灰总量
5 煤系固体废物的资源化
系指煤炭的开采、加工和利用过程中所产生的固体 废弃物。包括煤矸石、粉煤灰、锅炉渣等。
此类废物数量很大，危害不小，但利用价值也高。
T>1300℃
-100μm
高温烟气
煤
破碎
焚烧炉悬浮燃烧
集尘器捕集
粉煤灰(飞灰)
沉积于炉底
占总灰渣量的80～90%
锅炉渣(底灰)
占总灰渣量的10～20%
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。
石灰激发机理：
常用激发剂有： 石灰、石膏、水
泥等
mCaO nH2O S iO2 mCaO S iO2 nH2O 激发剂 （粉煤灰中） （水化硅酸钙凝胶）
mCaO nH2O Al2O3 mCaO Al2O3 nH2O 激发剂 （粉煤灰中） （水化铝酸钙凝胶）
（3）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-40µm或-60µm。
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。
矿物组成：
煤矸石是由碳质页岩、碳质砂岩、砂岩、页岩、粘土等 岩石组成的混合物，矿物成分比较复杂。
常见的组成矿物包括高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊 利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。
化学成分：
包含的元素可多达数十种。一般以硅、铝为主要成分，