第八章_工业固体废物处理与资源化

第八章工业固体废物处理与资源化8.1工业固体废物的处理原则与技术8.2矿业固体废物的处理与资源化8.3煤矸石的处理与资源化8.4粉煤灰的处理与资源化8.5钢铁工业固体废物的处理与资源化8.6化学工业固体废物的处理与资源化8.7清洁生产与工业产业园主要内容8.1工业固体废物的处理原则与技术1.工业固体废物的处理原则与技术工业固体废物是指工业生产、加工过程中产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥等废物。按行业主要包括：冶金废渣（如钢渣、高炉渣、赤泥）、矿业废物（如煤矸石、尾矿）、能源灰渣（如粉煤灰、炉渣、烟道灰）、化工废物（如磷石膏、硫铁矿渣、铬渣）、石化废物（如酸碱渣、废催化剂、废溶剂），以及轻工业排出的下脚料、污泥、渣糟等废物。1）工业固体废物的处理原则1234“3化”原则“减量化”“资源化”“无害化”“3C”原则“Clean”“Cycle”“Control”全过程管理原则“3R”原则“Reduce”“Reuse”“Recycle”末端治理首端治理首端治理固体废物管理原则2）工业固体废物的处理与处置方法化学处理–主要用于处理无机废物，如酸、碱、重金属废液、氰化物、乳化油等，处理方法有焚烧、溶剂浸出、化学中和、氧化还原。物理处理–包括重选、磁选、浮选、拣选、摩擦和弹跳分选等各种相分离及固化技术。生物处理–如适用于有机废物的堆肥法和厌氧发酵法；提炼铜、铀等金属的细菌冶金法；适用于有机废液的活性污泥法；该法还可用于生物修复被污染的土壤。填埋焚烧生产建材−煤矸石、粉煤灰、炉渣等化学成分和黏土较接近，常开发用于筑路、生产烧结砖、生产混凝土制品、砌筑砂浆材料回收或利用其中的有用组分，开发新产品，取代某些工业原料筑路、筑坝与回填生产农肥和土壤改良3）工业固体废物的资源化利用8.2矿业固体废物的处理与资源化一、矿业固体废物的产生、特点和危害–黑色金属矿山、有色金属矿山、黄金矿山等在采矿、选矿、冶炼和矿物加工过程中，产生的数量庞大的固体或泥状废物，主要包括选矿尾矿、采矿废石、赤泥、冶炼渣、粉煤灰、炉渣、浸出渣、浮渣、电炉渣、尘泥等二、矿山废石和尾矿1.回收有价金属–铁矿、有色金属、非金属矿的采选回收率分别为60-67%、30-40%、25-40%–尾矿中含铜、铅、锌、铁、硫、钨、锡等，以及钪、镓、钼等稀有元素及金、银等贵金属1.回收有价金属–铁矿尾矿：高梯度磁选机回收细粒赤铁矿；–有色金属矿山尾矿：回收金属精矿，如对部分硫化矿尾矿进行浮选回收银试验，可获得含铋银精矿，采用三氯化铁盐酸溶液浸出，最终获得海绵铋和富银渣；–金矿尾矿：黄金价值高，但在地壳中含量很低，所以从金矿尾矿中回收金就显得更为重要。对尾矿经过再富集，可进一步回收金及其他金属。2.生产建材–尾矿制砖：免烧砖、墙体砌块、蒸养砖、建筑用砖、铺路砖、涂化饰面砖等；–生产水泥和混凝土：代替部分水泥原料；作为原料配置混凝土；作为混凝土的粗细骨料直接使用；–生产玻璃：利用高钙镁型尾矿生产饰面玻璃，铁尾矿用量可达70-80%；作为生产微玻璃材料，能改善为玻璃性能–用作其它建筑材料：如陶瓷、石英砂、微晶玻璃等3.用作农肥–如铁尾矿含少量磁铁矿，经磁化后，再掺加适量的N、P、K等，得磁化复合肥；镁尾矿中含CaO、MgO和SiO2可用作土壤改良剂；锰尾矿除含锰外，通常还含P2O5、Cl-、SO42-、MgO和CaO等，可作为一种复合肥使用；钼尾矿施于缺钼的土壤，有利于农业增产，降低食道癌的发病率。4.采空区回填、泄土造田–耗资少、操作简单赤泥是氧化铝在生产过程中产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥.因矿石品位、生产方法和技术水平的不同，大约每生产1t氧化铝要排1.0~1.8t的赤泥.赤泥铝土矿炼铝氧化铝三、赤泥赤泥是一种不溶性残渣，可分为烧结法、拜尔法和联合法赤泥，主要成分为SiO2,Al2O3,CaO和Fe2O3等.我国部分厂家采用烧结法和联合法排放赤泥的主要成分大致相同，其中含有大量的2CaO·SiO2等活性矿物组分，可以直接应用于建筑材料生产.国外则是含赤铁矿、铝硅酸钠水合物较多的拜尔法赤泥.拜耳法冶炼氧化铝采用的是强碱NaOH溶出高铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿，所产生的拜耳法赤泥中不存在2CaO·SiO2等活性成分，另外含铁高，耐腐蚀性差，很难直接用于建材行业.赤泥的典型化学组成%赤泥主要的利用途径–一是提取其中有用组分，回收有价金属，如Ga、Fe、Ti、U、Th等；–二是将赤泥作为矿物原料，整体利用，生产建筑材料，如水泥、墙体材料、保温材料、陶瓷釉面砖、微晶玻璃等；制备混凝剂、筑路、肥料及土壤改良–三是赤泥在环保领域中的应用.制备吸附剂去除重金属离子，吸收SO2冶金工业分类法铁、铬、锰三种黑色金属除铁、铬、锰三种金属以外的所有金属。有色金属四、冶炼渣冶金废渣是指冶金工业生产过程中产生的各种固体废弃物。主要指炼铁炉中产生的高炉渣；钢渣；有色金属冶炼产生的各种有色金属渣，如铜渣、铅渣、锌渣、镍渣等；从铝土矿提炼氧化铝排出的赤泥以及轧钢过程产生的少量氧化铁渣。1.回收有价金属–钨冶炼系统采用碱压煮工艺生产仲钨酸铵及蓝钨时产出的钨渣可用火法-湿法联合流程处理，还原熔炼得到钨铁合金和含铀，钍、钪等元素的熔炼渣。钨铁合金用于铸铁件，熔炼渣采用湿法处理，分别回收氧化钪、重铀酸和硝酸钍等产品。钨湿法冶炼工艺中采用镁盐法除去钨酸钠溶液中的磷、砷等杂质时会产出磷砷渣，将此渣经过酸溶、萃取、反萃、沉砷等综合利用工艺，可回收钨的氧化物及硫酸镁。最后产出砷铁渣约为原磷砷渣的10％，且其渣型稳定，不溶于强碱、弱酸，容易处理。有色金属冶金废渣2、有色冶金渣的综合利用–铜渣：铜熔炼鼓风炉渣或反射炉渣水淬后，成为黑色致密的颗粒。可用作水泥、代替铁粉配制水泥生料；生产渣棉，细而柔软、含珠少、熔点低，可节省能源，质优价廉。云南冶炼厂、沈阳冶炼厂的冶炼铜水淬渣硬度较高，可用作钢铁表面除锈剂，供造船厂作除锈喷砂，其中一部分出口国外。–铅渣、锌渣与锡渣：如同铜熔渣一样，一般作为原料的调配掺加组分和填料，分别用于水泥工业和混凝土生产。2.有色冶金渣的综合利用–镍渣：镍渣可做铸石、碎石、制砖，制水泥混合材料等建筑材料。国外研究用磨细镍渣与水玻璃混合，制造高强度、防水、抗硫酸盐的胶凝材料，它既可在常温下硬化，也可以在压蒸下硬化，还可以用来配制耐火混凝土等。–其它冶炼渣的综合利用：锡矿山锑冶炼鼓风炉渣用于生产水泥。炼锑反射炉渣用于生产蒸汽养护砖。砷钙渣经处理后可用于玻璃工业，代替白砒作澄清脱色剂，生产出质量合格的玻璃。金矿的浮选尾矿可生产硅酸盐砖，铺设路基等。2.有色冶金渣的综合利用–碱介质湿法冶金工艺提取有色金属矿渣：碱介质湿法冶金就是在碱性溶液（包括烧碱溶液、碳酸钠溶液、氨水等）中通过化学或物理化学作用进行的化学冶金过程。其基本工艺流程如图1.1所示。一、煤矸石的产生与分类煤矸石是煤炭开采、洗选及加工过程中排放的固体废物，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，约占煤炭产量的15%左右。碳含量分类硫含量分类二、煤矸石的组成与危害1.组成煤矸石是煤矿中夹在煤层间的脉石(又称夹矸石)。大部分煤矸石结构较为致密，呈黑色，自燃后呈浅红色，结构较疏松。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。2.危害–露天堆积的矸石山侵占良田、阻塞河道、造成水灾；–煤矸石自燃释放大量有害气体，如CO、CO2、SO2、H2S及NOx、CmHn等，甚至引起火灾；–煤矸石含有微量重金属元素，Pb、Sn、Cr、As等，酸性淋溶水损伤临近土壤、农作物及水环境；煤矸石细粒随风飘散，造成降尘污染；–矸石中天然放射性元素对人体与环境产生危害；矸石山崩塌时，危及人畜安全。三、煤矸石的资源属性与利用途径8.4粉煤灰的处理与资源化一、概况粉煤灰是冶炼厂、化工厂和燃煤电厂排放的非挥发性煤残渣，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，包括漂灰、飞灰和炉底灰三部分。粉煤灰是高温下高硅铝质的玻璃态物质经快速冷却后形成的蜂窝多孔固体集合物，外观类似水泥主要组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。由表可知，粉煤灰属硅铝酸盐，其中SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量约占总量的80%，由于富集有多种碱金属、碱土金属元素，其pH值较高；同时，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。二、粉煤灰的综合利用途径1.粉煤灰在建材工业中的应用–水泥、混凝土掺料：粉煤灰与粘土成分类似，并具有火山灰活性，在碱性激发剂下，能与CaO等碱性矿物在一定温度下发生“凝硬反应”，生成水泥质水化胶凝物质；–粉煤灰砖：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。1.粉煤灰在建材工业中的应用–小型空心砖块–硅钙板–粉煤灰陶瓷–其它建筑制品：辉石微晶玻璃、石膏制品的填充剂、做沥青填充料生产防水油毡、制备矿物棉、纤维化灰绒、陶砂滤料，在砂浆中代替部分水泥、石灰或砂等二、粉煤灰的综合利用2.粉煤灰在农业上可用作土壤改良剂、农肥和造地还田等3.粉煤灰在环保上的应用–在废水处理工程中的应用：粉煤灰本身已具有较强的吸附性能，经硫铁矿渣、酸、碱、铝盐或铁盐溶液改性后，辅以适量的助凝剂，可用来处理各类废水；在废水脱色除臭、有机物和悬浮胶体去除、细菌微生物和杂质净化、以及Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+等重金属离子去除上，粉煤灰均有显著的处理效果。–在烟气脱硫工程中的应用：电厂烟气脱硫的主要方法是石灰-石灰石法，此法原料消耗大、废渣产量多，但在消石灰中加入粉煤灰，则脱硫效率可提高5～7倍。–在噪声防治工程中的应用：制作保温吸音材料、制作GRC双扣隔声墙板。4.粉煤灰的工程填筑应用–粉煤灰的成分及结构与粘土相似，可代替砂石，应用在工程填筑上，如筑路筑坝、围海造田、矿井回填等5.从粉煤灰中回收有用物质–分选空心微珠、提取工业原料、回收稀有金属6.生产功能性新型材料–粉煤灰可作为生产吸附剂、混凝剂、沸石分子筛与填料载体等功能性新型材料的原料，广泛用于水处理、化工、冶金、轻工与环保等方面。如粉煤灰在作为污水的调理剂时有显著的除磷酸盐能力；作为吸附剂时可从溶液中脱除部分重金属离子或阴离子；作为混凝剂时，COD与色度去除率均高于其它常用的无机混凝剂；而利用粉煤灰制成的分子筛，质量与性能指标已达到或超过由化工原料合成的分子筛。8.5钢铁工业固体废物的处理与资源化一、钢铁工业固体废物概况1高炉渣的资源化来源及成分高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1400—1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣，其主要化学成分是CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO、FeO和S等组成的硅酸盐和铝酸盐。此外有些矿渣还含有微量的TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3等，其中，CaO、Al2O3、MgO、SiO2等四种主要成分在高炉渣中占90%以上。目前，我国除17％的钒钛高炉渣、含放射性稀土元素的高炉矿渣没有利用外，普通高炉矿渣基本上全部利用钢铁冶金废渣高炉渣主要处理利用途径如下图所示：道路材料湿碾矿渣混凝土矿渣砖、砌块材料水泥混合材道路材料、铁路道渣混凝土骨料地基加固回填水泥配料矿渣棉原料水渣膨珠膨珠碎石轻质混凝土骨料地基加固材料护炉材料高炉熔渣急冷处理缓冷处理炉前冲渣法炉外池式法炉前滚筒法炉外滚筒法炉前热泼渣场热泼渣场自然堆存半湿式湿式我国通常是把高炉渣加工成：水渣：把热熔状态的高炉渣置于水中急速冷却，主要用于生产水泥和混凝土矿渣碎石：矿渣碎石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得到的一种碎石材料，