描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122327697丛书名: 固体废物处理与资源化丛书
1.内容更完善。本书重新梳理了原版的应用技术类别，增加了煤系伴生矿物及煤烟脱硫石膏篇章。
2.技术更先进。本书补充完善了新的技术成果。
3.满足新常态。本书能够满足目前我国煤炭开采、加工、利用过程中固体废弃物资源化技术的需求。
本书共分4篇16章。*篇介绍了煤矸石的产生、污染及资源化利用概况，煤矸石的组成、性质和分类，从煤矸石中回收有用矿物，以煤矸石为原料生产化工产品，煤矸石生产建筑材料，煤矸石的其他资源化利用方法，煤矸石沸腾炉渣资源化技术，煤系高岭岩（土）资源化技术；第二篇介绍了粉煤灰的形成、分类与综合利用概况,粉煤灰试验分析方法，粉煤灰及其微珠的理化性质，粉煤灰综合利用；第三篇介绍了烟气脱硫石膏的产生与品质，脱硫石膏资源化技术；第四篇介绍了石墨尾矿的形成和特性，石墨尾矿综合利用。
本书在*版的基础上重新梳理了应用技术类别，补充完善了新的技术成果，增加了煤系伴生矿物及煤烟脱硫石膏篇章，使全书覆盖面更广泛、内容更全面、技术更实用。可供从事固体废物处理的工程技术人员和管理人员等参考，也可供高等学校环境工程等相关专业师生参阅。
绪论／1
第一篇煤矸石及其沸腾炉渣资源化技术
第一章煤矸石的产生、污染及资源化利用概况／6
第一节煤矸石的产生与排放量6
第二节煤矸石污染7
一、大气污染7
二、淋溶污染8
三、放射性元素对环境的影响10
四、生态污染10
五、地质灾害10
六、矸石山爆炸11
第三节煤矸石资源化利用概况11
一、煤矸石资源化利用的意义11
二、煤矸石环境危害防治的原则12
三、煤矸石资源化利用的途径13
四、煤矸石资源化利用的新方法15
第二章煤矸石的组成、性质和分类／20
第一节煤矸石的研究方法20
第二节煤矸石的组成21
一、煤矸石的矿物组成21
二、煤矸石的岩石组成23
三、煤矸石的化学组成25
四、煤矸石的元素组成26
五、煤矸石的工业分析28
第三节煤矸石的主要工艺性质28
一、煤矸石的粒度与粒度分布28
二、煤矸石的发热量29
三、煤矸石的活性30
四、煤矸石的熔融性30
五、煤矸石的膨胀性31
六、煤矸石的可塑性31
第四节煤矸石的分类32
一、国内外煤矸石分类的研究概况33
二、煤矸石分类方案示例34
三、我国煤矸石的前分类方案35
四、我国现行的煤矸石分类39
第三章从煤矸石中回收有用矿物／40
第一节从煤矸石中回收煤炭40
一、煤矸石分选原理40
二、选煤厂选矸再选回收煤炭工艺流程46
三、小型模块式煤矸石回收煤炭工艺47
第二节从煤矸石中回收硫铁矿50
一、回收硫铁矿的意义50
二、煤矸石中回收硫铁矿的原理50
三、硫铁矿回收工艺51
第三节富镓煤矸石中镓的提取52
一、煤矸石中镓提取的机理53
二、富镓煤矸石的浸出53
三、含镓浸出母液中镓的回收53
四、浸出母液和浸渣的综合利用55
第四章以煤矸石为原料生产化工产品／56
第一节结晶氯化铝的生产工艺56
一、原料的选择和准备56
二、焙烧57
三、酸浸58
四、渣液分离58
五、浓缩结晶59
第二节聚合氯化铝的生产工艺59
一、聚合氯化铝生产的基本原理60
二、生产工艺60
三、产品质量规格62
第三节煤矸石生产氢氧化铝和氧化铝62
一、氢氧化铝和氧化铝的用途62
二、氢氧化铝生产的基本原理及工艺流程63
三、氧化铝的生产64
四、生产氢氧化铝和氧化铝的新工艺66
第四节用煤矸石制取白炭黑69
一、煤矸石生产白炭黑的基本原理69
二、影响煤矸石生产白炭黑的主要因素及控制70
三、白炭黑的质量71
四、白炭黑的改性71
第五节煤矸石生产沸石分子筛72
一、概述72
二、利用煤矸石合成4A分子筛73
三、以煤矸石为原料合成Ｙ型沸石77
第五章煤矸石生产建筑材料／80
第一节煤矸石制砖80
一、对制砖煤矸石原料的要求80
二、煤矸石制砖工艺84
三、煤矸石砖的质量89
第二节煤矸石在水泥工业中的应用89
一、水泥生产的基本知识90
二、煤矸石作原燃料生产水泥93
三、煤矸石作水泥混合材料102
四、煤矸石熟料水泥及少熟料水泥104
第三节煤矸石陶粒104
一、矸石陶粒形成的基本原理105
二、生产陶粒煤矸石原料的选择107
三、矸石陶粒生产工艺108
四、煤矸石轻骨料的质量标准111
第六章煤矸石的其他资源化利用方法／112
第一节煤矸石的直接利用112
一、回填112
二、土地复垦115
第二节煤矸石作肥料117
一、煤矸石用作农肥的物质基础117
二、利用煤矸石生产农肥120
三、利用煤矸石直接改善土壤122
第三节煤矸石生产粉体材料124
一、粉体及超细粉体的性质124
二、煤矸石粉体制备技术125
第七章煤矸石沸腾炉渣资源化技术／126
第一节煤矸石流态化燃烧及沸腾炉渣的产生126
一、流态化燃烧基本原理126
二、流化床燃烧方式对煤矸石燃烧的适应性127
三、沸渣的火山灰性质128
第二节煤矸石沸腾炉渣制混凝土空心砌块129
一、原料及配比129
二、生产工艺132
三、空心砌块的性能136
第三节煤矸石沸腾炉渣生产加气混凝土138
一、 发气反应和气孔结构的形成138
二、加气混凝土的蒸压硬化140
三、原料和配比140
四、生产工艺143
五、物理力学性能及耐久性145
第八章煤系高岭岩（土）资源化技术／146
第一节煤系高岭土组成、性质及结构146
第二节煤系高岭土的工艺特征148
一、白度148
二、粒度分布149
三、可塑性149
四、结合性149
五、烧结性149
六、耐火性149
七、悬浮性和分散性150
八、可选性150
第三节煤系高岭土加工方法150
一、煅烧150
二、增白150
三、超细152
四、改性153
五、加工工艺流程153
六、关键工艺技术154
七、加工设备154
第四节煤系高岭土应用155
第二篇粉煤灰资源化技术
第九章粉煤灰的形成、分类与综合利用概况／158
第一节粉煤灰的形成过程158
第二节粉煤灰的矿物来源160
一、煤的矿物来源160
二、煤中矿物的主要种类161
三、煤的加工对煤中矿物的影响162
第三节粉煤灰的矿物组成162
一、煤灰中的矿物相图162
二、粉煤灰的晶体矿物163
第四节粉煤灰的分类167
一、根据粉煤灰的物理性质分类167
二、根据粉煤灰的化学性质分类168
三、根据粉煤灰的应用要求分类169
第五节粉煤灰应用领域170
第六节粉煤灰综合利用研究的进展及发展应注意的问题171
一、粉煤灰综合利用研究的进展171
二、粉煤灰综合利用技术发展应注意的问题173
第十章粉煤灰试验分析方法／175
第一节粉煤灰的采样和制样方法175
一、概述175
二、采样与制样的基本原则176
第二节粉煤灰物理特性分析178
一、外观和颜色179
二、粉煤灰的烧失量、含水量的测定179
三、密度和堆密度（容重）179
四、细度和粒度组成179
五、比表面积179
六、需水量比180
七、火山灰活性指数180
八、安定性180
九、均匀性180
十、漂珠含量的测定181
第三节粉煤灰化学成分分析181
一、粉煤灰成分分析项目的选取181
二、粉煤灰化学成分分析方法181
三、现代检测仪器在粉煤灰成分分析中的应用186
四、应用安全性检测186
第十一章粉煤灰及其微珠的理化性质／187
第一节粉煤灰的理化性质187
一、粉煤灰的物理性质187
二、粉煤灰的化学性质190
第二节形成条件对粉煤灰性能的影响192
一、煤中一些元素对煤灰中矿物形成的影响192
二、矿物赋存特征对粉煤灰特性的影响193
三、燃烧条件对粉煤灰性能的影响194
四、除尘方式对粉煤灰性能的影响195
五、洁净煤技术的实施对粉煤灰性能的影响196
第三节漂珠的理化性质198
一、漂珠的物理性质198
二、漂珠的化学性质199
第四节沉珠的理化性质200
一、沉珠的物理性质200
二、沉珠的化学性质201
第五节磁珠的理化性质201
一、磁珠的物理性质202
二、磁珠的化学性质203
第六节粉煤灰中炭粒的理化性质204
第七节粉煤灰中各类颗粒理化性质对比205
第十二章粉煤灰综合利用／206
第一节粉煤灰在建筑工程中的应用206
一、粉煤灰在混凝土中的应用技术206
二、粉煤灰建筑砂浆209
三、粉煤灰用作土木工程结构填筑213
四、粉煤灰地基214
五、粉煤灰回填215
六、粉煤灰屋面216
第二节粉煤灰在建材制品中的利用216
一、粉煤灰砖216
二、粉煤灰陶粒219
三、粉煤灰砌块224
四、粉煤灰水泥227
第三节粉煤灰在化学工业中的应用235
一、从粉煤灰中提取铝235
二、其他稀有金属提取的试验研究237
三、粉煤灰微晶玻璃238
四、粉煤灰分子筛的制备240
五、粉煤灰拒水粉241
六、粉煤灰高分子材料填充剂241
第四节粉煤灰在环境保护中的应用244
一、粉煤灰处理废水的机理244
二、粉煤灰处理焦化废水245
三、用粉煤灰和高铁酸钾处理造纸废水的研究247
四、粉煤灰处理重金属废水248
五、粉煤灰处理含氟废水248
第五节粉煤灰在农林牧业中的利用249
一、粉煤灰用于改良土壤249
二、覆土种植及纯灰种植251
三、粉煤灰生产肥料253
四、粉煤灰中有害物质对农田和作物的影响254
五、粉煤灰增产效果257
第六节粉煤灰空心微珠的综合利用257
一、漂珠的综合利用258
二、沉珠的综合利用261
三、磁珠的综合利用262
四、炭粒的综合利用265
五、粉煤灰纳米颗粒的发现与应用267
第三篇煤烟脱硫石膏资源化技术
第十三章烟气脱硫石膏的产生与品质／270
第一节烟气脱硫石膏的产生270
第二节脱硫石膏理化性质272
一、颗粒特征及分布规律272
二、物理性能272
三、化学成分分析272
第三节脱硫石膏品质影响因素273
一、燃煤硫分对脱硫石膏品质的影响273
二、除尘效率对脱硫石膏品质的影响273
三、脱硫剂-石灰石对脱硫石膏品质的影响273
四、石膏浆液pH值对脱硫石膏品质的影响274
五、液气比L/G对脱硫石膏品质的影响274
六、石膏浆液停留时间对脱硫石膏品质的影响275
七、氯离子浓度对脱硫石膏品质的影响275
八、不溶性杂质对脱硫石膏品质的影响275
九、烟气飞灰颗粒对脱硫石膏品质的影响275
第四节天然石膏与脱硫石膏品质对比276
一、脱硫石膏与天然石膏的相同点276
二、脱硫石膏与天然石膏的不同点276
第十四章脱硫石膏资源化技术／278
第一节国内外脱硫石膏利用概况278
一、国外脱硫石膏生产利用动态279
二、国内脱硫石膏生产利用动态281
第二节脱硫石膏资源化技术281
一、脱硫石膏在水泥工业的应用281
二、脱硫石膏在建筑方面的应用283
三、脱硫石膏在化工方面的应用287
四、脱硫石膏在农业方面的应用288
五、脱硫石膏开发利用方向288
第三节脱硫石膏加工工艺与设备289
一、 脱硫石膏制品采用的煅烧工艺与设备289
二、 脱硫石膏胶凝材料的煅烧工艺与设备290
三、同时生产石膏制品和胶凝材料采用的煅烧工艺及设备290
四、粉磨工艺与设备290
第四篇石墨尾矿资源化技术
第十五章石墨尾矿的形成和特性／292
第一节石墨尾矿形成和对社会环境的影响292
一、石墨尾矿对社会环境的影响292
二、石墨尾矿的矿物组成293
第二节石墨尾矿的沉降性294
一、石墨尾矿沉降实验294
二、原尾矿浆的沉降特性295
三、原尾矿浆的强化沉降295
四、 CBC-S对高浓度矿浆的沉降影响规律和沉降体特性296
五、石墨尾矿特性297
第十六章石墨尾矿综合利用／298
第一节石墨尾矿综合利用概况298
一、石墨尾矿资源化利用现状298
二、石墨尾矿资源化利用存在的主要问题和对策299
第二节石墨尾矿再选300
第三节石墨尾矿回收有价矿物300
一、石墨尾矿中的矿物及其特性301
二、选别流程301
三、选矿方法302
第四节石墨尾矿中回收绢云母和提纯钒305
一、回收绢云母305
二、石墨尾矿提钒309
第五节石墨尾矿矿渣在高速公路底基层上的应用311
一、石墨尾矿渣用于高速公路底基层的研究工作311
二、石墨尾矿用作高速公路底基层工程实例312
第六节石墨尾矿制备太阳能中温储热材料312
第七节石墨选矿尾矿砂生产白炭黑313
第八节石墨选矿尾矿砂生产复合型保护渣314
第九节石墨尾矿在建筑材料中的应用317
一、石墨尾矿制备建筑陶瓷317
二、石墨尾矿制备烧结砖318
三、石墨尾矿制备路面砖321
四、石墨尾矿制备新型墙体材料322
五、石墨尾矿制备泡沫混凝土323
六、石墨尾矿粉用量对碱磷渣基胶凝材料净浆强度的影响325
参考文献／327
前言
我国是世界上少有的以煤为主要能源的国家，当前和今后相当长时间内煤炭工业是我国重要的支柱产业。我国煤炭资源比较丰富，2014年资源总量约为5.9×1012t，2015年全国原煤产量约为3.75×109t,2017年全国规模以上煤炭企业原煤产量3.45×109t。煤系固体废物来自煤的开采、加工和利用过程。其中排出量最大最集中的是煤炭开采、加工过程所产生的煤矸石、燃煤电厂的粉煤灰以及煤矸石作为劣质燃料使用在沸腾炉燃烧后所产生的固体废渣（沸渣）。2013年，我国煤矸石产生量达7.5×108t,综合利用量达4.8×108t,综合利用率仅为64%;2015年煤矸石排放量接近8×108t。历年积存的煤矸石约为4.5×109t，占地130km2，已有2600多座大型矸石山。我国煤矸石中约30%为煤系高岭土，具有较高的回收价值。
2013年，电力系统火力发电厂粉煤灰排放量约为5.8×108t，综合利用量4.0×108t，综合利用率仅为69%;2015年全国粉煤灰排放量达到6.2亿吨,综合利用率仅为70%。从2002年起，我国火力装电机组呈现爆炸式增长，粉煤灰产生量也急剧增加,由2001年的1.54×108t增加到2015年的6.2×108t，增长了4倍。近年，国家发展改革委组织开展了《煤矸石综合利用管理办法》修订工作。国家能源局、财政部、国土资源部、环保部联合下发了《煤矿充填开采工作指导意见》，推动煤炭行业以矸换煤技术的推广和应用。颁布实施了《煤矸石分类》（GB/T 29162—2012）和《煤矸石利用技术导则》（GB/T 29163—2012）标准，为大规模综合利用煤矸石奠定了基础。
烟气脱硫石膏作为燃用煤炭工业的副产物，被认为是 21 世纪中国最具开发利用价值的新型建筑材料。随着二氧化硫减排要求越来越严格，正在实施的脱硫工程越来越多，副产品脱硫石膏将呈迅速增长之势。为贯彻《中华人民共和国环境保护法》(中华人民共和国第十二届全国人民代表大会常务委员会第八次会议于2014年4月24日修订通过，自2015年1月1日起施行)、《中华人民共和国大气污染防治法》(中华人民共和国第十二届全国人民代表大会常务委员会第十六次会议于2015年8月29日修订通过，自2016年1月1日起施行)、《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》等法律法规，保护环境，防治污染，促进锅炉生产、运行和污染治理技术的进步，制定《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271—2014代替GB
13271—2001)。新法规及标准实施、执法力度及能力的提高，将极大地改善大气污染现状，同时也一定会增加粉尘颗粒物及脱硫石膏等工业固体废物排放量。工业废物如果不能很好地被处置和综合利用，会造成二次污染，因此，研究脱硫石膏的开发应用、制备出满足工程要求的新材料有着重要的意义。
石墨的变质矿床系由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成，一些石墨矿床还与煤田伴生。目前，国内生产天然石墨约1.8×106t，占全球年产量的50%以上。石墨尾矿是开采石墨矿后排放的尾矿矿浆经自然脱水后形成的固体矿业废料，石墨尾矿产量约2.0×107t。由于石墨尾矿排放量大，可利用性差，其在石墨选矿厂周围大量、长期堆积，不仅占用了大量的土地，而且每逢刮风便沙土漫天,严重影响着当地人们的正常生活,对区域生态环境产生了不利的影响。因此，提高石墨尾矿的资源化利用水平具有重要意义。
正是基于此背景，本次修订在第一版的基础上重新梳理了应用技术类别、补充完善了新的技术成果、增加了脱硫石膏资源化技术和石墨尾矿利用技术方面的内容,使全书覆盖面更广泛、内容更全面、技术更实用。本书共分四篇，第一章～第八章为第一篇,分别介绍了煤矸石的组成、性质和分类，煤矸石中有用矿物回收，以矸石为原料生产化工产品，生产建筑材料，煤矸石沸腾炉渣资源化技术和煤系高岭岩（土）资源化技术。第九章～第十二章为第二篇，主要介绍了国内外粉煤灰综合利用概况，粉煤灰的形成、收集与处理，粉煤灰的理化性质，以及粉煤灰在建筑、化工、环保和农林牧业中的应用。第十三章和第十四章为第三篇，分别讨论了烟气脱硫石膏的产生、品质和脱硫石膏资源化技术。第十五章和第十六章为第四篇,分别介绍了石墨尾矿的形成、特性和综合利用资源化技术。本书具有较强的技术性和针对性，适合从事工业固体废物综合利用、矿物加工利用、矿产资源综合利用的工程技术人员及管理人员参考，也供高等学校环境科学与工程、能源工程及相关专业师生参阅。
本书由边炳鑫、李哲、解强任主编，赵由才、张顺艳任副主编。本书主要编写人有边炳鑫（前言、第九章、第十一章）、赵由才(绪论)、解强（第一章、第五章）、武建军（第二章）、马力强（第三章）、李多松（第四章）、秦强（第六章）、金雷（第七章）、邵武、徐德永（第八章）、李哲（第十章、附录）、李哲、徐岩、边炳鑫（第十二章）、李哲、徐德永(第十三章、第十四章)、张顺艳、边炳鑫、李凤会(第十五章、第十六章)。全书最后由边炳鑫统稿、定稿，李哲、张顺艳负责校核工作。
在本书编写过程中，参考和引用了该领域部分图书、论文等资料，在此向书中所引用文献的作者也表示深深的谢意！
限于编者的编写时间和水平，书中不足和疏漏之处在所难免,恳请读者不吝赐教。
编者
2018年5月
第一版前言
我国是世界上少有的以煤为主要能源的国家之一，当前和今后相当长时间内煤炭工业是我国重要的支柱产业。我国煤炭资源比较丰富，预测资源量为4.49万亿吨，居世界第二位，在一次能源探明总量中煤炭占90%。
煤系固体废物来自煤的开采、加工和利用过程，其中排出量最大最集中的是煤炭开采、加工过程所产生的矸石、燃煤电厂的粉煤灰以及煤矸石作为劣质燃料使用在沸腾炉燃烧后所产生的固体废渣（沸渣）。随着煤炭生产的不断发展，煤矸石的产量与日俱增，每年新增煤矸石1亿吨以上，历年积存的煤矸石已超过30多亿吨，占地5万亩（3333.3万平方米）以上，已有1500多座大型矸山石。目前，全国76%的电力是燃煤电厂产生的，每年全国电厂年燃煤约4亿吨以上，占全国原煤产量的1/3，1996年电力系统火力发电厂粉煤灰排放量约为1亿吨，成为世界最大的排灰国。如此大量的灰渣排放不仅占用大量的土地，并对环境造成严重的污染，而且也是一种资源的浪费。
煤矸石是赋存于煤层中的脉石，在采煤过程中混入原煤，经洗选以洗矸和尾矿的形式排除。煤矸石作为固体废物具有时间和空间的相对性：煤矸石作为废弃物是“三废”（废渣、废气、废水）俱全的污染源，但作为资源，它既是劣质燃料、又是建材和其他一些工业的原料。由于“利用”是处理任何废弃物的最佳方案，煤矸石的处理和利用已引起国内外的广泛重视。
粉煤灰是煤粉在锅炉内燃烧后产生的一种粉状灰粒。我国自20世纪50年代开始利用粉煤灰，经历了几个发展阶段。从80年代以后，粉煤灰综合利用事业获得了较大的进展，尤其是1985年国务院批转当时的国家经贸委《关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定》文件后，对全国粉煤灰综合利用工作起到积极的推动作用。随后1987年召开了“第二次全国资源综合利用工作会议”，又确定了把粉煤灰综合利用列为资源综合利用的突破口。中国洁净煤技术“九五”发展规划也把粉煤灰综合利用列为重点研究的内容之一。可见粉煤灰综合利用已成为我国经济建设中一项重大的经济技术政策与战略措施。在国外，20世纪80年代前期曾召开以粉煤灰灰渣的挑战为主题的国际性讨论会。所谓粉煤灰灰渣挑战的实质，就是如何行之有效大量利用粉煤灰的问题。近年来在世界范围内，又把粉煤灰灰渣的处置与利用作为一个全球性的重大课题。
本书主要编写人员有边炳鑫（前言、第七章、第十章、第十一章），赵由才（绪论），解强（第一章、第五章），武建军（第二章），马力强（第三章），李多松（第四章），秦强（第六章），李哲（第八章、第九章），李哲、徐岩（第十二章），邵武（第十三章），金雷（第十四章）。全书由边炳鑫统稿。
书中介绍了大量的粉煤灰、煤矸石综合利用技术和各种产品的生产工艺，既有理论深度，又有实用技术，相信会对推动我国煤系固体废物的处理与综合利用技术有所裨益。本书主要适合于大、中专院校师生、从事固体废物处理的工程技术人员、有关管理人员等阅读和参考。本书的编写、出版受到建设部［“垃圾衍生燃料（RDF）热解与气化的技术与工艺研究”（03-2-055）］、哈尔滨市科委［“城市垃圾高效洁净能源化利用关键技术与设备”（2003AA4CS128）］的部分资助。
本书编写过程中限于作者的水平和经验，叙述中可能有错误和疏漏，恳请读者不吝赐教。同时，对书中所引用文献的作者也表示深深的谢意。
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