冶金工业固体废物的资源化.ppt

第十一章冶金工业固体废物的资源化 2 目录 高炉渣的资源化钢渣的资源化赤泥的资源化铜渣的资源化 有色金属渣 炼铁过程 3 11 1冶金工艺概述 4 冶金工业分类法 除铁 铬 锰三种金属以外的所有金属 有色金属 5 1 有色轻金属 指密度小于4 5g cm3的有色金属 有铝 镁 钙等及其合金 2 有色重金属 指密度大于4 5g cm3的有色金属 有铜 镍 铅 锌 锡 锑 钴 铋 镉 汞等及其合金 3 贵金属 指矿源少 开采和提取比较困难 价格比一般金属贵的金属 如金 银和铂族元素及其合金 6 4 半金属 指物理化学性质介于金属与非金属之间的硅 硒 碲 砷 硼等 也有人将硼 碳 砹 钋划入半金属 所有半金属元素都呈现金属光泽 5 稀有金属 指在自然界中含量很少 分布稀散或难以提取的金属 稀有金属又分为钛 铍 锂 铷 铯等稀有轻金属 钨 钼 铌 钽 锆 钒等稀有高熔点金属 镓 铟 铊 锗等稀有分散金属 钪 钇和镧系元素等稀土金属 镭 锕系元素等稀有放散性元素 7 11 2冶金固体废物 冶金固体废物是指在冶金生产过程中所排放的暂时没有利用价值而被丢弃的固体废物 按照 中华人民共和国固体废物污染环境防治法 固体废物分为城市垃圾 工业固体废物和危险废物三类 8 2006年我国工业固体废物排放情况如下 工业固体废物产生量 万t 151541 4工业固体废物综合利用量 万t 92601 0工业固体废物综合利用率 59 6工业固体废物贮存量 万t 22398 1工业固体废物处置量 万t 42883 0工业固体废物排放量 万t 1302 1 三废 综合利用产品产值 亿元 1026 8 我国固废的排放及利用状况 9 冶金固体废物分类 1 矿业固体废物 2 钢铁冶金工业固体废物 3 有色金属工业固体废物 10 11 3冶金固体废物分类 1 矿业固体废物 见上一章 11 2 有色金属工业固体废物有色金属工业有害固体废物 则是指具有浸出毒性 腐蚀性 放射性和急性毒性四种中的一种或一种以上的固体废物 及列入表3 24的固体废物 12 3 钢铁冶金工业固体废物主要是炼铁 炼钢冶炼过程中排出的废渣 这些废渣可以统称冶金渣 13 冶金废渣 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 14 高炉渣的资源化钢渣的资源化赤泥的资源化铜渣的资源化 有色金属渣 炼铁过程 重点讲述以下四种冶金废渣的资源化 15 11 4高炉渣的资源化 重点 11 4 1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 高炉渣中主要成分为CaO SiO2 Al2O3 16 11 4 2高炉渣分类 按冶炼生产方法可分为 铸造生铁矿渣 炼钢生铁矿渣 特种生铁矿渣 按化学成分可以分为 碱性矿渣 中性矿渣 酸性矿渣 按物理性质及形态可分为 急冷矿渣 粒状矿渣 浮石状或球状矿渣 慢冷矿渣 块状矿渣 粉状矿渣 17 高炉矿渣的性能取决于高温熔渣的处理方法 对高炉熔渣通常用急冷法 慢冷法和半急冷法三种方法处理 便得到了三种性能不同的高炉矿渣 水淬渣 granulatedblastfurnaceslag 块矿渣 granularoreslag 膨胀矿渣 expandedslag 18 1 水淬渣 granulatedblastfurnaceslag 用水 压缩空气或蒸汽对熔渣进行快速冷却处理 通常用水冷 使矿渣与水激烈混合急冷成粒状或海绵状浮石类物质 故又叫粒化矿渣 在急冷过程中 熔渣中的大部分组分来不及结晶而呈玻璃态保留下来 只有少部分形成稳定晶体 对于碱性水淬渣 主要结晶相为碱性高炉水淬渣 具有良好的活性 对于酸性熔渣由于A12O3含量高 粘度大 在水淬急冷时 熔渣易于形成玻璃态物质 因此 酸性水淬渣也具有良好的活性 熔渣中的MgO能降低其粘度 在水淬急冷时易于进入玻璃体 对水淬渣活性有利 熔渣中的MnO不利于玻璃体的形成 因此对水淬渣活性有不良影响 19 2 块渣 Granularoreslag 块渣的矿物成分和物理性能块渣的矿物成分明显地不同于水淬渣 由于缓慢冷却 化学组分大多已析晶 主要矿物有黄长石 20 70 CS 10 40 C2S 20 50 辉石 FeS MnS CaO 玻璃体 3 5 绝大多数不具有活性 CS CaO SiO2硅酸钙C2S 2CaO SiO2硅酸二钙C3S 3CaO SiO2硅酸三钙块渣的分解块渣中有多晶型的C2S 硫化物和石灰 当其含量较高时会导致矿渣结构破坏 这种现象称为重矿渣分解 硅酸盐分解硫化物分解石灰分解 FeS MnS是硫化物 20 a 硅酸盐分解 由于C2S在不同温度下发生晶型转变 导致重矿渣体积膨胀而自动碎裂粉化 称为硅酸盐分解 如 C2S在 525 时 转变为 C2S 密度减小 由3 28降低到2 87 而体积约增大10 导致已凝固的重矿渣中产生内应力 当内应力超过重矿渣本身结合力时 就会导致块渣开裂 酥碎 粉化 因此 C2S含量较多的块渣 不能用作混凝土骨料和道路碎石 块渣的分解 21 b 硫化物分解 块渣中所含的硫化物主要有铁 锰的硫化物 硫化物在水的作用下会生成氢氧化物 体积明显增大 FeS生成Fe OH 3时体积增大38 MnS生成Mn OH 2时体积增大24 硫化物的分解也会导致重矿渣酥碎粉化 块渣的分解 22 c 石灰分解 块渣中的CaO遇水消解 产生体积膨胀 导致块渣碎裂粉化 称为石灰分解 所以 当利用块渣 特别是用作混凝土骨料时 必须认真分析上述物质 根据国标YBJ205 84规定 将块渣碎石试样置于蒸养釜中 在2个大气压下进行24小时蒸压 视矿渣块有无胀裂现象 予以试验评定 块渣的分解 23 3 膨胀矿渣 expandedslag 膨胀矿渣是高炉熔渣经半急冷处理的产物 通常用水并在机械作用下形成的块状或粒状膨胀矿渣 故又叫膨珠 主要由玻璃体 95 构成 外观大多呈球形 表面有釉化玻璃光泽 珠内有微孔 其松散容重大于陶粒 浮石 可达400 1200kg m3 24 11 4 3高炉渣利用 我国通常是把高炉渣加工成 水渣矿渣碎石膨胀矿渣矿渣珠矿渣棉免烧砖 25 1 制作水渣 水渣是把热熔状态的高炉渣置于水中急速冷却的过程 主要有渣池水淬或炉前水淬两种方式 水渣作建材用于生产水泥和混凝土 由于水渣具有潜在的水硬胶凝性能 在水泥熟料 石灰 石膏等激发剂作用下 可以作为优质的水泥原料 可制成 矿渣硅酸盐水泥 石膏矿渣水泥 石灰矿渣水泥 矿渣砖 矿渣混凝土等 26 2 制作矿渣碎石 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 经过挖掘 破碎 磁选和筛分而得到的一种碎石材料 生产工艺主要有热泼法和堤式法两种 27 矿渣碎石在我国可以代替天然石料用于公路 机场 地基工程 铁路道渣 混凝土骨料和沥青路面等 可用于配制矿渣碎石混凝土 在软弱地基中应用用矿渣碎石作基料铺成的沥青路面既明亮且防滑性能好 还具有良好的耐磨性能制动距离缩短用于铁路道渣可以适当吸收列车行走时产生的振动和噪音 28 3 制作膨胀矿渣珠 膨胀矿渣珠是用适量冷却水急冷高炉渣熔渣而形成的一种多孔轻质矿渣 生产方法有喷射法 喷雾法 堑沟法 滚筒法 可用于做轻骨料 用来制作内墙板楼板等 也可用于承重结构 29 4 制作矿渣棉 矿渣棉矿物棉的一种由钢铁高炉渣矿渣制成的短纤维 常用的原料有铁 磷 镍 铅 铬 铜 锰 锌 钛等矿渣 主要用作绝热材料和吸音材料 也可用铁包装材料 矿渣棉是利用工业废料矿渣 高炉矿渣或铜矿渣 铝矿渣等 为主要原料 经熔化 采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维 它具有质轻 导热系数小 不燃烧 防蛀 价廉 耐腐蚀 化学稳定性好 吸声性能好等特点 可用于建筑物的填充绝热 吸声 隔声 制氧机和冷库保冷及各种热力设备填充隔热等 30 31 5 制作免烧砖机 主要是利用河沙 矿渣 炉渣 粉煤灰 石粉 煤矸石 钢渣 建筑垃圾等原料压制免烧砖 压制的免烧砖符合国家标准 32 1 体积 240 x115x50 mm 和普通砖一致 符合JC422 91部标77 5 15级非烧结免烧砖标准 2 重量 由于原料不同 重量稍有差别块重约 2 2 3 5 kg3 砖的粘力 吸水率 20 30 均优于粘土砖 能粘贴瓷片等各种建筑装饰 33 11 5钢渣 slag 的处理和利用 钢渣是炼钢过程中排放出的废渣 炼钢过程是用空气或高纯氧气氧化铁水中的碳 Fe Mn Si P等元素并释放大量化学热 在高温下 炉料分成两个互不相溶的液相 钢液和熔渣 熔渣硬化后即为钢渣 一般每炼一吨钢 产生200 300kg钢渣 按冶炼方法 钢渣可分为平炉钢渣 初期渣 后期渣 电炉钢渣 氧化渣 还原渣 和转炉钢渣三类 钢渣的物质组成钢渣的处理工艺钢渣的利用 34 11 5 1钢渣的物质组成 钢渣的化学成分钢渣的矿物成分 35 1 钢渣的化学成分 钢渣的化学组分的来源 重点 钢渣的主要化学成分及其特点 重点 钢渣的碱度 alkalinity 及分类 36 a 钢渣化学组分的来源 重点 金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物 被腐蚀的炉衬和补炉材料 金属炉料带入的泥砂等杂质 造渣材料 如石灰石 白云石 铁矿石 石英砂等 37 b 钢渣的主要化学成分及其特点 重点 主要化学成分有 CaO SiO2 A12O3 FeO Fe2O3 MgO MnO P2O5 Y2O5 TiO2等 钢渣中FeO和Fe2O3含量 约20 明显高于高炉矿渣和水泥熟料中的含量 约 5 钢渣中含有P2O5 约1 5 而高炉矿渣和水泥熟料中一般没有P2O5 P2O5对于钢渣矿物的形成起重要作用 但P2O5和CaO SiO2能形成活性较差的叠磷硅钙石Ca3 PO4 2 2 Ca2SiO4 阻碍了C3S的生成 并使C3S分解 从而降低钢渣的活性 38 c 钢渣的碱度 alkalinity 及分类 钢渣的碱度 M0 钢渣按碱度分类 低碱度钢渣 M0 1 8 中碱度钢渣 M0 1 8 2 5 高碱度钢渣 M0 2 5 39 2 钢渣的矿物成分 钢渣的矿物成分与其化学成分 特别是与碱度密切相关 在炼钢过程中 随着碱度逐渐增高 将发生不同的化学反应 并形成不同的矿物相 在冶炼初期 部分铁水氧化 形成FeO和Fe2O3 铁水中的Si被氧化成SiO2 此时熔渣为SiO2 FeO Fe2O3 CaO三元体系 主要矿物相为橄榄石CaO Mg Fe Mn O SiO2 随后 由于石灰的不断加入 碱度不断提高 依次发生下列反应 橄榄石 CaO 3CaO Fe Mg Mn O 2Si02 蔷薇辉石 十 Fe Mg Mn O蔷薇辉石 CaO C2S Fe Mg Mn OC2S CaO C3S 40 2 钢渣的矿物成分 在不同冶炼期和不同碱度的钢渣中都有 Mg Mn O连续固溶体和游离CaO 铁酸钙存在 含磷多的钢渣中还存在叠磷硅酸钙石 在这些矿物中C2S和C3S的含量都比较高 若钢渣处理方法适当 可以保存较高的活性 适于生产水泥 MgO在低碱度钢渣中以镁蔷薇辉石形式存在 在高碱度钢渣中以氧化物固溶体形式存在 不影响水泥的安定性 因此 钢渣可用于生产水泥 41 11 5 3钢渣的处理工艺 由于炼钢设备 工艺过程 造渣制度的不同 钢渣物化性能的多样性及其多种利用途径 决定了钢渣处理工艺的多样化 处理工艺的选择必须综合考虑钢渣的用途 炼钢工艺特点和有利于提高炼钢能力 炼钢熔渣的处理钢渣的加工处理 42 1 炼钢熔渣的处理 目前炼钢熔渣的处理工艺主要有四种 弃渣法 将熔渣倒入渣槽 稍冷后直接运往渣场抛弃 堆积量大时便形成渣山 这种工艺不利钢渣合理加工利用 占用农田 污染环境 热泼法 将熔渣运到有一定坡度的热泼场地 分层泼倒并用冷水喷淋 冷却后用堆土机堆集 外运加工 热泼渣的块度大多在80mm左右 盘泼水冷法 将熔渣运到炉渣车间 倒入几个浅盘内 形成约l0cm厚的渣层 再洒水急冷 温度降到500 时 倒入排渣台车 进行第二次洒水冷却 温度降至200 90 倒入渣池 冷至70 时用抓斗装车外运 水淬法 水淬原理与高炉渣急冷处理相同 在急冷过程中 抑制了C2S向 C2S的转变 故水淬钢渣安定性好 有较高的综合利用价值 43 2 钢渣的加工处理 为了利用钢渣 必须根据不同用途的要求 对上述各种钢渣进行合理的破碎 细磨 筛分和磁选工艺流程 例如 若将钢渣用作烧结原料或改良土壤 则可选用自磨机加工 将钢渣用于生产水泥或钢渣磷肥 则应选用球磨机加工 钢渣的入磨粒度要求小于lOcm 含水率 2 含钢量 1 钢渣加工处理的工艺流程见图10 4 1 44 图6 6 1钢渣加工处理的工艺流程 45 11 5 4钢渣的利用 重点 在冶炼钢铁中的应用作烧结矿的熔剂作高炉炼铁熔剂作化铁炉熔剂返回转炉炼钢生产铁水脱硫剂回收钢铁及提取稀有元素用于建筑材料在农业中的应用 46 1 作烧结矿的熔剂 在烧结矿中掺配5 15 粒度 8mm的钢渣代替部分熔剂 利用钢渣中的钢粒及其它有益组分可以显著改善烧结过程 由于钢渣软化温度低 可使烧结矿液相生成早 并迅速向周围扩散 与周围物质反应 使粘结相增多且分布均匀 不易破碎 有利于烧结造球 提高烧结速度 对于含P低的烧结矿 由于引入钢渣中的磷 其离子半径小 能固溶在C2S晶体中 可以抑制 C2S向 C2S转化 防止烧结矿的粉化 有助于提高烧结成品率 炼铁高炉使用掺入矿渣的烧结矿 虽然铁的品位稍有降低但烧结矿强度高 可使高炉操作顺利 有利于提高生铁产量 降低焦比 钢渣中CaO 50 第一节完 47 2 作高炉炼铁熔剂 将钢渣破碎到8 30mm粒径 直接返回高炉 以代替石灰石 并回收利用其中的有益组分 可以节省熔剂 石灰石 白云石 萤石 消耗 改善高炉渣的流动性 增加生铁产量 48 3 作化铁炉熔剂 用钢渣代替石灰石或萤石作化铁炉熔剂 对于铁水温度 铁水含硫量 熔化率 炉渣的碱度及流动性均无明显的不利影响 对于使用化铁炉的厂矿企业都可使用 并可以取得明显的经济效益 代替石灰石 49 4 返回转炉炼钢 转炉炼钢时 每吨钢铁中掺入25kg高碱度钢渣 并配合使用白云石 可使炼钢成渣早 减少初期渣对炉衬的腐蚀 有利于延长炉龄 降低耐火材料的消耗 50 5 生产铁水脱硫剂 利用平炉末期钢渣生产铁水炉外复合脱硫剂 处理初始含硫量大于0 03 铁水 脱硫率可达50 此种脱硫剂不粘罐 无污染 原料来源于废渣 2020 3 15 51 可编辑 52 6 回收钢铁及提取稀有元素 钢渣一般含有7 10 的废钢及钢粒 可以回收大量废钢铁及部分磁性氧化物 用化学浸取法可以提取钢渣中的Nb 铌 V等稀有金属 53 7 用于建筑材料 钢渣水泥钢渣砖代替碎石作骨料和道路基材 54 a 钢渣水泥 以碱度较高 1 8 的平炉精渣 后期渣 转炉后期渣以及电炉还原渣为主要原料 加入一定量的粒化高炉渣和适量石膏 经细磨而成钢渣水泥 我国目前生产的钢渣水泥有 无熟料钢渣水泥和少熟料钢渣水泥 无熟料钢渣水泥以石膏为激发剂 其配合比为 钢渣 45 粒化高炉渣40 45 石膏8 12 其标号为275 325 此种水泥早期强度低 仅用于砌筑砂浆 墙体材料 预制混凝土构件和农田水利等工程 55 a 钢渣水泥 少熟料钢渣水泥以水泥熟料为激发剂 其配合比为 钢渣35 45 粒化矿渣35 45 熟料10 15 石膏3 5 标号在325以上 此种水泥的早期 后期强度比无熟料钢渣水泥都高 钢渣水泥的质量必须符合GBnl64 82规定要求 钢渣水泥适于蒸气养护 具有后期强度高 耐腐蚀 微膨胀 耐磨性能好 水化热低等特点 可配制200和400号混凝土 分别用于民用建筑和工业建筑的各个方面 防水混凝土工程方面 56 b 钢渣砖 以粉状钢渣或水淬钢渣为主要原料 掺入一定量的粒化高炉渣 或粉煤灰 和激发剂 石灰 石膏 加水拌和 经轮碾 蒸养而制成的建筑用砖 其配合比为 钢渣60 67 粒化高炉渣20 30 石灰5 10 石膏3 10 生产钢渣砖的主要设备有磁选机 球磨机 搅拌机 轮碾机 压砖机等 钢渣砖可用于民用建筑中的墙体 柱子 沟道等 57 c 代替碎石作骨料和路材 钢渣碎石具有容重大 强度高 表面粗糙 稳定好 不滑移 耐蚀 耐久性好 与沥青结合牢固等优良性能 特别适用于铁路 公路 工程回填 修筑堤坝 填海造地等方面 由于钢渣中含有一定量的游离CaO fCaO 会导致碎石体积膨胀 出现碎裂 粉化 因此 严格禁止将钢渣用于混凝土骨料 作路材时 必须促使fCaO完全分解 可将钢渣碎石在堆放过程中向堆内洒水 堆高20m 存放半年后再使用 钢渣碎石作沥青混凝土骨料时 由于其受到沥青胶结剂薄膜包裹 隔绝了腐蚀的可能性 体积膨胀问题不严重 58 8 钢渣在农业上的应用 钢渣是一种以Ca Si为主 含有多种养分的速效并有后劲的复合矿质肥料 由于钢渣在冶炼过程中经高温煅烧 营养组分的溶解度大大提高 可达全溶解的1 3 1 2 有的甚至更高 容易被植物吸收 钢渣可用于生产钢渣磷肥和钙镁磷肥 以前者为主 59 8 钢渣在农业上的应用 钢渣磷肥是用含中 高磷的铁水炼钢时 在不加萤石造渣的情况下回收的含磷钢渣 经破碎 磁选 磨细而成 钢渣中的P2O5不溶于水 但能溶解于2 的柠檬酸或柠檬酸铵溶液中 可以被植物吸收生产实践表明 钢渣磷肥在酸性土壤和缺磷的碱性土壤中施用都可增产 水田 旱田都可用 即使普通钢渣也有一定磷效 钢渣中的Ca Si Mn Al V等组分都是植物所需的养分 对植物早期 晚期都有肥效 60 有色金属冶炼渣的资源化 赤泥的资源化铜渣的资源化 61 有色金属冶炼渣的资源化 有色金属冶金渣 火法冶炼中形成的熔渣 湿法冶炼中排出的残渣 冶炼过程中排出的烟尘 湿法收尘所得污泥 我国有色金属冶炼渣数量最多的是赤泥 其次是铜渣 另外还有铅 锌 锡 镍 钴 锑 汞 镉 锡 钨 钼 钒等废渣 11 6赤泥的资源化利用 63 一 赤泥的来源 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 64 二 赤泥的危害 赤泥的堆放不仅占用大量土地 耗费较多的堆场建设和维护费用 而且存在于赤泥中的碱向地下渗透 造成地下水体和土壤污染 裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬 污染大气对人类和动植物的生存造成负面影响 恶化生态环境 65 66 67 三 赤泥的物理性质 赤泥是呈灰色和暗红色粉状物 颜色会随含铁量的不同发生变化 它是一种具有较大内表面积多孔结构 比表面积64 09 186 9m2 g 孔隙比2 53 2 95 其比重2840 2870g m3 赤泥的含水量86 01 89 97 持水量79 03 93 23 粒径d 0 075 0 005mm的粒组 含量在90 左右 68 四 化学成分及矿物组成 赤泥的化学成分及矿物组成取决于含铝矿物的成分 生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成分 以及新生成的化合物的成分等 如山东铝厂所排赤泥的各主要矿物组分的含量是 硅酸二钙 2CaO SiO2 50 60 钙铝榴石 3CaO A12O3 xSiO2 yH2O 5 10 氧化铁 Fe2O3 xH2O 4 7 方解石 CaCO3 2 10 钠硅渣 Na2O A12O3 1 7xSiO2 2H2O 5 10 钙钛矿 CaO TiO2 2 5 赤泥的化学成分及矿物组成取决于含铝矿物的成分 生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成分 以及新生成的化合物的成分等 69 五 赤泥的分类 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 70 六 赤泥的综合利用 再生利用基础赤泥成分 性质的差异 决定了不同的赤泥利用方法 赤泥及其附液具有强碱性 同时含有可再生利用的氧化物和多种有用金属元素 成为赤泥再生利用的基础 71 六 赤泥的综合利用 赤泥中含有较高的CaO SiO2 可用来生产硅酸盐水泥及其它建材 利用其SiO2 Al2O3 CaO MgO的含量特征及少量的TiO2 MnO Cr2O3可以生产特种玻璃 同时 赤泥中含有丰富的铁 钪 钛等有价金属 赤泥具有强碱性及铁矿物含量较高 颗粒分散性好 比表面积大 在溶液中稳定性好等特点 在环境修复领域具有广阔的应用前景 72 六 赤泥的综合利用 概括地说 对赤泥的综合处理有三类办法 一是将赤泥作为矿物原料 整体利用 二是提取其中有用组分 回收有价金属 三是赤泥在环保领域中的应用 73 一 赤泥作为矿物原料整体利用 1 生产水泥2 利用赤泥生产砖3 利用赤泥生产加气混凝土砌块4 赤泥路面基层材料5 制备新型功能性材料6 利用赤泥生产硅钙复合肥 74 1 生产水泥 赤泥可生产出多种型号水泥 俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥 生料中赤泥配比可达14 我国山东铝厂利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥 水泥生料中赤泥配比年平均为20 38 5 水泥的赤泥利用量为200 420kg t 产出赤泥的综合利用率30 55 75 2 利用赤泥生产砖 利用赤泥为主要原料可以生产多种砖 可生产免蒸烧砖 粉煤灰砖 黑色颗粒料装饰砖和陶瓷釉面砖 以烧结法赤泥制备釉面砖 以赤泥为主要原料 取代了传统的陶瓷原料 不但可以降低原材料费用 而且具有极大的环保意义 76 3 利用赤泥生产加气混凝土砌块 它是一种具有多孔结构的建筑墙体材料 孔隙率高达70 80 具有容重小 强度高等特点 其抗压强度为1 5 7 0MPa 是一种有利于生态环境的墙体结构材料 利用赤泥为原料生产多孔硅酸盐制品生产加气混凝土砌块 其容重 抗压强度均符合国家标准 最佳配比为 水泥15 石灰12 15 赤泥35 40 硅砂33 35 赤泥加气混凝土的生产工艺与其他加气混凝土基本相同 且赤泥不需再次煅烧 也不需再烘干 因此 其生产成本经济 生产工艺可行 赤泥加气混凝土是加气混凝土的新品种 已成为综合利用赤泥的新途径 77 4 赤泥路面基层材料 利用堆存的烧结法赤泥开发高等级的路面基层材料是一项被看好的大规模消耗赤泥的综合利用技术 淄博市淄川区修建了一条宽约15m 长约4km的赤泥路面基层材料公路 经过淄博市交通局现场钻芯取样 表明赤泥路面基层达到了石灰工业废渣稳定土的一级和高速路的强度要求 为赤泥综合利用技术推广创造了良好的示范效应 78 5 制备新型功能性材料 赤泥聚氯乙烯复合塑料具有阻燃性 可制作赤泥塑料太阳能热水器和塑料建筑型材以赤泥为主要原料 在不外加晶核剂的情况下 可制得抗折 抗压强度高 化学稳定性好的微晶玻璃赤泥生产微孔硅酸钙绝热制品是一种新型环保节能材料以赤泥作为主要原料 添加赤泥用料在30 以上 加入石灰 膨润土外加剂等材料 采用动态法生产工艺可研制开发赤泥微孔硅酸钙保温材料此外 由赤泥还可制备人工轻骨料混凝土 红色颜料 水煤气催化剂 橡胶填料 赤泥陶粒 流态自硬砂硬化剂 防渗材料和杀虫剂载体等新型材料 79 6 利用赤泥生产硅钙复合肥 赤泥中除含有较高的Si Ca K P等成分外 还含有数十种农作物必需的微量元素 赤泥脱水后 在120 300 烘干活化 并磨细至粒径为90 150 m 即可配制硅钙农用肥 它可使植物形成硅化细胞 增强作物生理效能和抗逆性能 有效提高作物产量 改善粮食品质 同时降低土壤酸性 作为基肥改良土壤 山东铝厂生产的硅钙肥在济宁等地的缺硅土壤中的实验表明 该肥对水稻 玉米 地瓜 花生等农作物均有增产效果 一般为8 10 但目前对这一技术很少使用 其原因是长期使用 容易引起渗漏 造成地下水污染 80 二 赤泥中回收和提取有用成分 由于赤泥中含有一定的有价金属和非金属元素 如含有大量的氧化铝 氧化铁 氧化硅 氧化钙 氧化锌等 此外还含有微量元素Ti Ni K As等 是一种宝贵而丰富的二次资源 因此对赤泥中有价金属和稀有稀土元素的回收具有重要的意义 81 三 赤泥在环保领域中的应用 重点 1 吸附废水中放射性金属离子2 除去废水中的重金属离子3 除去废水中的PO43 等离子4 用作某些废水的澄清剂5 赤泥治理含硫废气的研究概况 82 1 吸附废水中放射性金属离子 土耳其研究者研究用赤泥吸附水中的放射性元素Cs137 铯 Sr90 锶 赤泥使用前要经过水洗 酸洗 热处理三个步骤 以产生类似吸附剂的水合氧化物 赤泥的表面处理有助于Cs137吸附 但热处理对赤泥表面吸附Sr90的活性点不利 导致对Sr90吸附能力不高 据日本报道 用酸活化过的赤泥吸附水中的铀 然后用碱液解脱 铀回收率达97 使用过的赤泥可用35 盐酸再生 83 2 除去废水中的重金属离子 三井石化的研究结果表明 将赤泥在温度600 焙烧30min 然后加入含有Cd2 3 5mg L Zn2 4mg L Cu2 5mg L的废水中 搅拌10min 可分别除去98 的Cd2 Zn2 Cu2 赤泥的加入量为500mg L 徐进修曾进行拜耳法赤泥处理含Zn2 Cu2 Cd2 Pb2 废液的探索试验 不经焙烧的赤泥直接处理废液可使其达排放标准 84 3 除去废水中的PO43 等离子 将赤泥在20 HCl溶液中回流2h 取回流溶液并让其冷至室温 添加浓氨水至回流液完全析出沉淀 用蒸馏水将沉淀洗至无铵离子 将沉淀在110 干燥即可制成活化赤泥 其比表面积为249m2 g 在室温下 活化赤泥使用量为2g L 可将浓度范围为30 100mg L的PO43 脱除80 90 此方法可用于处理磷肥厂的废水 用20 盐酸处理过的赤泥除去溶液中的PO43 取得较好的结果 在10min内 含50mg LPO43 的溶液脱磷率达50 120min脱磷率达72 其吸附效果与最好的脱磷剂相当 85 4 用作某些废水的澄清剂 将赤泥用作制酪业废水处理的絮凝剂 在赤泥用量为1304mg L时 废水的混浊度 BOD COD油脂 细菌数的脱去率分别为77 71 65 73 95 将经酸活化过的赤泥用作纺织行业废水的絮凝剂和混凝剂 其处理废水过程如下 先将颜色很深的废水用石灰乳调至pH 8 5 加入活化赤泥 其用量为5 6kg m3 被处理的废水的透明度从61 6 增到95 COD从1400mg L下降到163mg L 脱除率88 4 BOD下降95 使用过的赤泥可经盐酸活化后再使用 86 赤泥处理废水的适应面广 既可处理含放射性元素 重金属离子 非金属离子废水 也可用于废水的脱色 澄清 而且经赤泥处理的废水达排放标准 赤泥处理废水的方法简单 成本低 使用前景较好 87 5 赤泥治理含硫废气的研究概况 拜耳赤泥吸收SO2的过程起作用的主要是化学中和反应 其次是物理吸附 赤泥有很小的粒度和非常大的比表面积 分析数据表明 粒度小于45 m的赤泥占总量50 以上 比表面积可达到10 20m2 g 小粒径及大比表面积均可加大化学反应速度和反应深度 符合脱硫过程中的粒度要求 因此 拜耳赤泥作为SO2的吸收剂 具有吸收效率高 吸硫量大 流程简单等优点 88 总结 在利用赤泥过程中首先将有价金属及稀土元素提取后利用且不产生二次废渣污染 目前对赤泥用途低附加值的是建筑材料和筑路材料等领域 对于赤泥中高附加值的是产品钪等有价元素提取利用方面 用赤泥作环境修复材料处理废气 废水 及土壤中的有机 无机污染 具有成本低 工艺简单 以废治废等优点 应大力推进赤泥在环保领域中的应用范围 但赤泥应用后的再生与利用是必须考虑的一个重要问题 89 11 7铜渣的资源化 铜渣主要来自于火