固体废物处理与资源化——工矿业固废的资源化

工矿业固体废物的资源化主要内容（工业、矿业）一、资源化的概念二、国内外现状三、资源化的原则四、资源化的基本途径五、资源化系统（综合处理系统）第1、2节要点1.掌握高炉渣、硫铁矿烧渣和粉煤灰的来源、分类、组成、加工利用的形式和综合利用的途径。2.了解钢渣、铬渣和碱渣的来源、组成及综合利用途径。第一节工业固体废物的资源化第一节工业固体废物的资源化工业固体废物：在工业、交通等生产活动中产生的固体废物。冶金：高炉渣和钢渣；电力：粉煤灰；化学：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。一、高炉渣的资源化（一）概述1.来源：冶炼生铁时从高炉中排出的废物。铁矿石、焦炭和助熔剂（1400~1600℃）熔融铁水→生铁脉石、灰分、助熔剂和杂质→高炉渣（硅酸盐和铝酸盐）2.分类（1）按照冶炼生铁的品种分类铸造生铁矿渣；炼钢生铁矿渣；特种生铁矿渣。（2）按照矿渣的碱度分碱性矿渣；中性矿渣；酸性矿渣。高炉渣的碱度或碱性率，M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)碱性氧化物酸性氧化物3.组成主要化学成分：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、FeO和S等。其中，SiO2、Al2O3、CaO占90%以上。我国高炉渣大部分属于中性矿渣，M0=0.99~1.08。属于硅酸盐材料，适于加工制作水泥、碎石、骨料等建筑材料4.目前利用率：85%左右。（二）高炉渣的加工和处理1.高炉渣水淬处理工艺将热熔态的高炉渣置于水中急速冷却。（1）渣池水淬熔渣直接倒入水池（2）炉前水淬利用高压水使高炉渣在炉前冲渣沟内淬冷成粒并输送到沉渣池形成水渣。根据过滤方式分为炉前渣池式、水力输送渣池式、搅拌槽泵送法等。2.矿渣碎石工艺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，再经过挖掘、破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石材料。（1）热泼法将熔渣分层浇泼在坑内或渣场上→喷洒适量水使热渣冷却和破裂→采掘、破碎、磁选、筛分加工。（2）堤式法用渣罐车将热熔矿渣运至堆渣场，沿铁路两侧分层倾倒，待形成渣山后，再进行开采——制成各种粒级的重矿渣。3.膨胀矿渣或膨胀矿渣珠生产工艺膨胀矿渣是用适量冷却水急冷高炉熔渣形成的一种多孔轻质矿渣。（1）喷射法（2）喷雾器堑沟法（3）滚筒法（4）膨珠的生产工艺（三）高炉渣的综合利用1.水渣作建材（1）矿渣硅酸盐水泥（2）石膏矿渣水泥（3）石灰矿渣水泥（4）矿渣砖（5）矿渣混凝土2.矿渣碎石的利用（1）配制矿渣碎石混凝土（2）在地基工程中的应用（3）在道路工程中的应用（4）在铁路道碴上的应用3.膨珠作轻骨料4.其他应用（1）生产矿渣棉（2）生产微晶玻璃二、钢渣的资源化（一）概述1.来源炼钢过程中排出的废渣。铁水与废钢中所含元素氧化→氧化物；金属炉料带入的杂质；加入的造渣剂；氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体材料等。2.组成由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物组成，其中钙、铁、硅氧化物占绝大部分。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇灰石、铁酸二钙、RO（MgO、FeO、MnO形成的固熔体）、游离石灰等。3.性质碱度：R=CaO/(SiO2+P2O5)，低、中、高。活性：具有水硬胶凝性，随碱度而变化。稳定性：只有fCaO、MgO基本消解完后才会稳定。耐磨性：与矿物组成和结构有关。耐磨指数为1.43，比高炉渣耐磨。目前利用率61%以上。1.3~1.81.8~2.52.5（二）钢渣的处理工艺1.冷弃法倒入渣罐缓冷后直接运到渣场抛弃。（逐渐被淘汰）2.热泼法熔渣渣罐热泼车间泼至渣床喷水冷却推土机推渣集渣坑破碎机筛分料仓磁选废钢3.盘泼水冷法在钢渣车间设置高架泼渣盘，用吊车将罐内熔渣泼在渣盘内→喷淋适量的水使钢渣急冷碎裂→装车载至池边喷水降温→倒入水池内进一步降温冷却→磁选、破碎、筛分、精加工。4.钢渣水淬法高温液态钢渣在流出、下降过程中，被压力水分割、击碎，再加上高温熔渣遇水急冷收缩产生应力集中而破裂，同时进行了热交换，使熔渣在水幕中进行粒化。（三）钢渣的综合利用1.用作冶金原料（1）作烧结熔剂钢渣含40%~50%CaO，代替部分石灰石。（2）作高炉或化铁炉熔剂含有10%~30%的Fe、40~60%的CaO、MgO和2%±的Mn。（3）作炼钢返回渣（4）回收废钢铁一般含有7~10%的废钢及钢粒。2.用于建筑材料（1）生产水泥含有和水泥相类似的硅酸三钙、硅酸二钙及铁铝酸盐等活性物质，具有水硬胶凝性，∴可成为生产无熟料或少熟料水泥的原料，也可作为水泥掺和料。我国目前生产的钢渣水泥主要有：以石膏作激发剂的无熟料钢渣矿渣水泥以水泥熟料为激发剂的钢渣水泥（2）作筑路与回填工程材料做工程材料有基本要求3.用于农业（1）作钢渣磷肥是一种以钙、硅为主含多种养分的具有速效又有后劲的复合矿质肥料。施用时注意：宜做基肥不做追肥使用；宜与有机肥混拌后再施用；不宜与氮素化肥混合施用；注意与土壤的酸碱性相结合。（2）做硅肥水稻（3）做酸性土壤改良剂三、粉煤灰的资源化（一）概述1.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。2.组成化学组成与粘土质相似，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃炭，其余为少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。矿物组成十分复杂，主要有无定形相和结晶相两大类。3.性质（1）物理性质：灰色或灰白色粉状物；具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。P102.（2）活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。较多活性氧化物，分别与氢氧化钙反应→较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。我国利用率约30%。（二）粉煤灰的综合利用1.在水泥工业和混凝土工程中的应用（1）代替粘土原料生产水泥硅酸盐水泥熟料+粉煤灰+适量石膏→粉煤灰水泥。（2）做水泥的混合材（3）生产低温合成水泥（4）制作无熟料水泥（5）作砂浆或混凝土的掺合料2.在建筑制品中的应用（1）蒸制粉煤灰砖（2）烧结粉煤灰砖（3）蒸压生产泡沫粉煤灰保温砖（4）粉煤灰硅酸盐砌块（5）粉煤灰加气混凝土（6）粉煤灰陶粒（7）粉煤灰轻质耐热保温砖3.作农业肥料和土壤改良剂（1）作土壤改良剂主要作用机理：改善土壤的可耕性；改善酸性土和盐碱土；提高土壤温度；提高土壤保水能力；增加土壤的有效成分，提高土壤肥力。（2）作农业肥料含有大量枸溶性硅、钙、镁、磷等农作物所必需的营养元素。可作硅钙肥、钙镁肥、各种复合肥、钙镁磷肥等。4.回收工业原料（1）回收煤炭资源一般含碳5~7%，含碳大于10%的占30%。浮选法和干灰静电分选。（2）回收金属物质含有氧化铁、氧化铝和大量稀有金属。磁选回收。（3）分选空心微珠由51~60%SiO2、26.2~39.9%Al2O3、2.2~8.7%Fe2O3及少量钾、铁、钙、镁、钠、硫的氧化物组成的熔融法结晶体，在1400~2000℃温度下或接近超流态时，受到CO2的扩散、冷却固化与外部压力作用而形成的。5.作环保材料（1）环保材料开发可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等。（2）用于废水处理可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属离子废水和含油废水。四、硫铁矿烧渣的资源化（一）概述1.来源生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣2.组成主要是Fe2O3、Fe3O4、金属的硫酸盐、硅酸盐和氧化物以及少量的铜、铅、锌、金、银等有色金属。3.危害不大，有害组分含量微小，且大多不溶。（二）综合利用1.制矿渣砖消石灰粉（或水泥）+烧渣→混合→成型→自然养护→矿渣砖。2.磁选铁精矿矿渣→储料斗→圆盘给料机→球磨机→缓冲槽→磁选机→冲泥沉淀池→成品。3.重选铁精矿将一定浓度的硫铁矿渣浆，经溜槽重选得含铁量在55~60%的铁精矿。4.高温氯化法回收有色金属将废渣与氯化钙均匀混合制成球团，在高温下焙烧，废渣中的有色金属生成金属氯化物，以蒸汽形式随烟气排出，用水吸收，回收有色金属氯化物，剩余的烧渣可作为炼铁原料。回收率90%左右。5.作水泥配料磁选和重选后，含铁30%左右，可作水泥的辅助配料烧渣可代替铁矿粉作为水泥烧成的助熔剂，降低烧成温度，提高水泥的强度和抗侵蚀性能。6国外烧渣利用法1）磁化焙烧—磁选—球团法2）中温氯化—浸出—烧结法3）氯化挥发—沸腾炉法4）还原挥发—金属球团法（三）处理实例山东乳山县化工厂用氰化法从硫铁矿烧渣中提取金、银、铁实例。原理：金、银在有氧存在的氰化溶液中与氰化物反应，生成金氰配离子进入溶液，经液固分离后用锌置换，再经冶炼得到成品金、银，利用弱磁场将烧渣磁选得铁精矿。五、铬渣的资源化（一）概述1.来源与组成铬渣是冶金和化工行业在生产重铬酸钠、金属铬过程中排出的废渣。黄、黑、赭。化学成分：Cr2O3、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、水溶性Cr6+、酸溶性Cr6+。物相组成：方镁石、硅酸二钙、铁铝酸钙、亚铬酸钙和铬尖晶石、铬酸钙、四水铬酸钠、铬铝酸钙、碱式铬酸铁、碳酸钙、水合铝酸钙、氢氧化铝。对铬渣解毒处理与综合利用有决定性的影响。2.危害有害成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子。铬渣扬尘和含铬粉尘→污染大气；铬渣堆场→对土壤和水影响；对农作物的影响；对人身体健康的毒害很大，对人体的消化道、呼吸道、皮肤、黏膜、内脏都有危害。有致癌作用。（二）综合利用1.作玻璃着色剂代替铬铁矿作绿色玻璃的着色剂。Cr6+与酸性氧化物、二氧化硅作用→Cr3+分散在玻璃体中。铬渣中的氧化镁、氧化钙代替玻璃配料中的白云石和石灰石原料。2.制钙镁磷肥铬渣与磷矿石、硅石、焦粉或无烟煤在高温下熔融→钙镁磷肥。铬渣代替蛇纹石作熔剂。3.干法解毒将铬渣与无烟煤按适当比例混合，在800~900℃焙烧，使六价铬还原成三价铬。4.铬渣炼铁铬渣代替白云石、石灰石作为生铁冶炼过程的添加剂，在高炉冶炼过程中，六价铬可完全还原，脱除率达97%以上，还原后的金属进入生铁中，使铁中铬含量增加，使机械性能、硬度、耐磨性、耐腐蚀性能提高。5.制钙铁粉铬渣经风化筛分后进行打浆、湿磨磨细到一定粒度，经水洗、过滤、烘干、粉碎而成产品钙铁粉，一种CT防锈颜料。6.制铸石铬渣、硅砂、烟道灰和轧钢铁皮混合粉碎，于1450~1550℃的平炉中熔融，在1300℃下浇铸成型，结晶、退火后自然降温→铸石。7.生产铬渣棉六、碱渣的资源化（一）来源与组成纯碱生产的主要方法是氨碱法，食盐、石灰石和氨为原料，盐水吸氨、碳酸化→碳酸氢钠和氯化铵母液→过滤、洗涤、煅烧→纯碱。母液与石灰乳混合，蒸馏→氨和废渣。组分：氯化钙、氯化钠、碳酸钙、氧化钙、氢氧化镁、硫酸钙等。是一种水分和氯化物含量都较高的白色膏状物质。（二）综合利用1.制水泥碱渣、石灰石、硅质材料及铁质材料按比例混合制成料浆→机械脱水→生料浆→回转窑煅烧→熟料→冷却、破碎→加入石膏、混合料→研磨到一定粒度→水泥。2.制建筑胶凝材料（工艺控制条件：p124）控制煅烧温度，使碱渣中的氯化物与生料中的相关组分形成稳定结构的矿相组分，再经复配、球磨而成碱渣建筑胶凝材料。3.制钙镁肥氨碱废渣和盐泥→钙镁磷肥工艺控制条件：p124钙镁磷肥代替石灰石施于酸性或微酸性土壤，可起到改良土壤、增加肥源和提高地力的作用。第二节矿业固体废物资源化掌握煤矸石的来源、组成和综合利用的途径。一、概述矿业固体废物：矿山开采和矿石冶炼过程中产生的废物。矿山开采废石（包括煤矸石）尾矿尾矿处理利用率不到32%，煤矸石的利用率仅38.5%。二、煤矸石的资源化（一）概述1.来源采煤过程和洗煤过程中排出的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。2.组成主要成分是SiO2和Al2O3，还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、NaO、K2O以及P2