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,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1.01.8t的赤泥.,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2CaOSiO2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2CaOSiO2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,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57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14001600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：,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，主要用于铁路道渣、混凝土骨料和沥青路面等膨胀矿渣：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矿渣珠矿渣棉：利用工业废料矿渣为主要原料，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，主要用作绝热材料和吸音材料。免烧砖,2钢渣,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200300kg钢渣。主要化学成分有：CaO、SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、Y2O5、TiO2等,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：钢渣水泥、钢渣砖、代替碎石作骨料和道路基材在农业中的应用：生产钢渣磷肥和钙镁磷肥,钢渣的利用,1.作钢铁冶炼溶剂作烧结熔剂：，利用颗粒小于10mm的分级钢渣可部分替代烧结熔剂。作高炉熔剂或化铁炉熔剂：利用加工分选出1040mm粒径钢渣返回高炉，回收钢渣中的Fe、Ca、Mn元素，不但可节省高炉炼铁熔剂（石灰石、白云石、萤石）消耗，而且对改善高炉运行状况有一定的益处，同时也能达到节能消耗的目的。,2.钢渣中选钢铁水淬钢渣中的钢粒，呈颗粒状，很容易提取，可以做炼钢调温剂从钢渣回收废钢的原则流程为：钢渣颚式破碎磁选废钢。3.钢渣制水泥由于钢渣中含有和水泥相类似的硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)和铁铝酸盐等活性矿物，具有水硬胶凝性，因此可成为生产无熟料或少熟料水泥的原料，也可以作为水泥掺合料。,4.钢渣用于路基垫层钢渣具有容重大、表面粗糙不易滑移、抗压强度高、抗腐蚀和耐久性好的特点，被广泛用于各种路基材料、工程回填、修砌加固堤坝、填海工程等方面代替天然磷石。5.作农肥和酸性土壤改良剂钢渣是一种以钙、硅为主含有多种养分的具有速效和后劲的复合矿质肥料。,8.6化学工业固体废物的处理与资源化,一、概况,1.化学工业固体废物是指化工生产过程中产生的固体、半固体或浆状废物，包括生产过程中产生的不合格产品、副产物、失效催化剂、废添加剂及原料中夹带的杂质等；直接从反应装置排出的或在产品精制、分离、洗涤时由相应装置排出的工艺废物；以及空气污染控制设施排出的粉尘，废水处理产生的污泥，设备检修和事故泄漏产生的固体废物及报废的旧设备、化学品容器和工业垃圾等。化学工业生产中排出的工业废渣主要包括电石渣、碱渣、磷渣、盐泥、铬渣、废催化剂、绝热材料、废塑料、油泥等。这类废渣往往含大量的有毒物质，对环境的危害极大；,化工废渣的特点1.产生和排放量大；2.危险废物种类多，有毒有害物质含量高；3.对土壤的污染；4.对水域的污染；5.对大气的污染；6.废弃物再资源化可能性大。,二、硫铁矿渣,1.硫铁矿渣的成分硫铁矿渣是硫铁矿在沸腾炉中经高温焙烧产生的废物,2.硫铁矿渣的资源化利用途径直接掺烧：硫铁矿渣在炼铁厂烧结机中以10的比例直接掺烧后炼铁，对烧结块的质量和产量均无不利影响，且能降低烧结成本，但处理矿渣量有限。经选矿后炼铁：通过控制硫铁矿中Fe35，粒度35mm，及排气口SO2浓度13.313.5。回收有色金属.,2.生产净水剂利用硫铁矿渣较高的铁含量（5560）、较细的粒度（0.040.15mm），采取盐酸法或硫酸法，生产无机铁系凝聚剂(净水剂)，是目前研究较多的综合回收途径。盐酸法制聚合氯化铝硫酸法制聚合羟基硫酸铁,3.制铁系产品主要途径有：高温还原制取金属化团块(即海绵铁)；选矿方法制取铁精矿；生产硫酸亚铁或聚合硫酸铁；干法、湿法生产铁红、铁黄、铁黑、硫酸亚铁等产品。目前国内主要是用硫铁矿渣制高纯氧化铁，方法如下,4.其他综合利用硫铁矿渣经加工磨细、磁选富集的磁性精矿粉可用作选煤加重剂；在还原气氛中于700温度下磁化焙烧，经盐酸溶解、过滤、浓缩、结晶、干燥、压块、氢还原制得还原铁粉可用作电焊条或粉末冶金的原料；它还可用作微量元素肥料，其效果与硫酸铜相同。由其制得的绿矾，与氯化钾一道，可联产硫酸钾、氧化铁及氯化铵等产品。在建材方面，可用于制砖，作建筑用砂浆。硫铁矿渣还可处理含硫废水、有机废水，并用作气体脱硫剂等,三、磷石膏,1.磷石膏的组成随着高浓度磷复肥、磷酸和洗涤剂工业的迅速发展，磷石膏废渣急剧增加（每生产1t磷酸约排放5t磷石膏）磷石膏一般为黄白、浅黄、浅灰或黑灰色的细粉状固体，含水率20%30%、容重0.7330.880g/cm3、粘性较大、呈酸性、略有异味；其主要成分为二水石膏(CaSO42H2O)，并含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5及F等杂质，以及微量的镉、砷、铅等重金属离子，铈、钒、钛等稀有元素和镭、铀等放射性元素。,2.磷石膏的资源化途径水泥缓凝剂：由于磷石膏含有P2O5、氟等杂质影响着水泥的物理性能，使其初凝时间后延、强度下降，故在使用前，应进行适当改性。用磷石膏联产水泥和硫酸：原理是将磷石膏高温分解，所得SO3用于生产硫酸，CaO用于生产水泥。生产低碱型硫铝酸盐水泥：以石灰石、矾土和磷石膏为原料在立窑中烧制的硫铝酸盐水泥熟料，熟料的主要矿物为无水硫铝酸钙（约为65%）和硅酸三钙（约为25%），外掺磷石膏和石灰石磨制而成,2.生产石膏胶凝材料及建材制品建筑石膏可以用来生产粉刷石膏、抹灰石膏、石膏砂浆、各种石膏墙体、天花板、装饰吸声板、石膏砌块以及其它装饰部件等，属于轻质建材，广泛用于高层建筑上3.作为路面基层或工业填料利用磷石膏与水泥配合加固软土地基，其加固土强度可比纯用水泥加固成倍提高，且可节省大量水泥，降低固化剂成本,4.生产化工产品制硫酸铵和碳酸钙制硫酸钾制硫脲和碳酸钙磷石膏在过磷酸钙生产中的应用：磷石膏可取代低品位磷矿石，与高品位磷矿相混合生产合格过磷酸钙，过磷酸钙产量可增长20%以上,5.用作土壤改良剂磷石膏呈酸性，pH值一般在14.5，且含有作物生长所需的磷、硫、钙、硅、锌、镁、铁等养分，可代替石膏用作盐碱土壤的改良剂，消除土壤表层硬壳、减轻土壤粘性、增加土壤渗透性、改良土壤理化性状、提高土壤肥力。将磷石膏和尿素在高湿度下混合、干燥，可制成吸湿性小而肥效比尿素高的长效氮肥尿素石膏,四、铬渣,铬渣的化学组成通常，每生产1t金属铬会排放约10t铬渣，每生产1t铬盐排放35t铬渣，铬渣的化学成分见下表：,1.铬渣的无害化处理由于铬渣的物相组成复杂、危害大，在综合利用之前，需进行无害化治理,2.铬渣用作建筑材料生产辉绿岩铸石生产铬渣棉制砖制水泥3.用作玻璃制品的着色剂在玻璃熔制过程中引入含铬化合物时，该玻璃可吸收某些波长的光，呈现与透过部分波长的光相应的颜色。玻璃料在高温熔融时，Cr6+不稳定，转化为Cr3+，而使玻璃呈现绿色,4.代替石灰用于炼铁铬渣中含约5060的MgO和CaO，此外尚含1020的Fe2O3，这些都是炼铁所需的成分5.代替蛇纹石生产钙镁磷肥利用铬渣中的钙、镁节约了蛇纹石，使每t成本降低l0以上在生产中因以煤或焦炭为燃料和还原剂，所以可把铬渣中的Cr6+还原成Cr3+，达到无害化的目的,7.制备其他铬系产品铬渣经过还原、分离、浸取、蒸发、酸化等工艺，可制成Na2Cr2O7、Na2S等产品；铬渣与废盐酸混合，加入解毒剂、添加剂，可制成铬黄、石膏和氧化镁等,8.7清洁生产与工业产业园,一、清洁生产的定义和原则,1.清洁生产的定义清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类对环境的风险。对生产过程，清洁生产要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减少降低所有废弃物的数量和毒性；对产品，清洁生产要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响；对服务，清洁生产要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。,2.清洁生产遵循的原则预防性原则