冶金与化工等典型固体废物的处理与利用

10冶金与化工等典型固体废物的处理与利用(Treatmentandutilizationofmetallurgicalandchemicalindustryet.typicalsolidwaste)本章主要讨论十个问题：1高炉渣的物质组成及性能、2高炉渣的处理利用3钢渣的来源及物质组成4钢渣的处理、加工及利用5硫铁矿烧渣的物质组成及处理利用6铬渣的物质组成及处理利用7赤泥的性质及处理利用8废石膏的来源、物质组成及综合利用9石油、化工废催化剂回收利用10砷渣、汞渣、电镀污泥、氰渣处理利用,*补充讲四个问题：1废旧电池的处理利用2电子废弃物的处理利用3医疗废弃物的处理利用4建筑垃圾的再生利用本章内容有很强的实用性，通过学习，应重点掌握典型固体废物，特别是高炉渣、硫铁矿烧渣、铬渣、化学石膏、废旧电池等固体废物的物质成分、处理利用原理、途径和方法。,10.1高炉渣的处理利用(Treatmentandutilizationofblastfurnaceslag)10.1.1高炉渣的组成（Compositionofblastfurnaceslag）高炉渣：是高炉炼铁过程，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和助熔剂（石灰石）等炉料中非挥发组分形成的废物。高炉渣的主要化学成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、FeO和S等。此外，有些高炉渣中还含有微量的TiO2、V2O5等。在高炉渣中CaO、MgO、SiO2、Al2O3占95%以上。我国高炉渣的化学成分如表10-1所示。高炉渣的碱度或碱性率：是指高炉渣的主要化学成分中的碱性氧化物之和与酸性氧化物之和的比值，以M0表示，即：M0=（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）当Al2O3和MgO的含量变化不大时，炉渣碱度M0=CaO/SiO2按高炉渣的碱度可将其分为三类：碱性渣（M01）、中性渣（M0=1）和酸性渣（M00.25为活性矿渣；Mc1.9为高活性矿渣；K1.61.9为中活性矿渣；K1.6为低活性矿渣。,（2）重矿渣的性能重矿渣也叫块渣：是高炉熔渣经慢冷处理形成的类石料矿渣。重矿渣中有多晶型硅酸二钙和硫化物、游离石灰（CaO），当其含量较高时，会导致矿渣结构破坏，称为重矿渣分解。硅酸盐分解：由于硅酸二钙晶型转变，体积膨胀，导致重矿渣自动碎裂或粉化。铁、锰分解：重矿渣中如果含有FeS或MnS，便会在水的作用下生成氢氧化物，体积相应能增大38和24，也能导致矿渣酥碎。石灰分解：如果重矿渣中夹有石灰颗粒，遇水消解，也能产生体胀，导致重矿渣碎裂。（3）膨珠的性能膨珠也叫膨胀矿渣珠：是使高炉熔渣受半急冷作用时通过专设的成珠装备被击碎、抛甩到空气中，进而再受空气的冷却作用形成的珠状矿渣。,10.1.3高炉渣的处理利用(Treatmentandutilizationofblastfurnaceslag)高炉渣处理工艺及利用途径示意图如101。（1）水渣制建材矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥：是用硅酸盐水泥熟料和粒化高炉渣加3%5%的石膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料。矿渣混凝土配合比见表10-2。矿渣砖其生产工艺流程为：原料过筛搅拌混料配料入窑出坯蒸汽养护成品（2）矿渣碎石的利用作为工程用材。（3）膨珠作轻骨料近年来发展起来的膨珠生产工艺制取的膨珠质轻、面光、自然配级好、吸音、隔热性能好，可以制作墙板楼板等，也可用于承重结构。用作混凝土骨料可节约20%左右的水泥。*（4）作水处理剂（补充资料：本人的博士论文）。（5）矿渣棉、微晶玻璃、热铸矿渣、矿渣铸石等。,图101高炉渣处理工艺及利用途径示意图,表10-2矿渣混凝土配合比,10.2钢渣的处理利用(Treatmentandutilizationofsteelscoria)钢渣：是炼钢过程中排出的废渣。钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入造渣剂如石灰石、萤石、硅石，以及氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。根据炼钢所用炉型的不同，钢渣分为转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣；按不同生产阶段，平炉钢渣又分为初期渣和后期渣，电炉钢渣分为氧化渣和还原渣；按钢渣性质，又可分为碱性渣和酸性渣等。10.2.1钢渣的物质成分（Materialcompositionofsteelscoria）钢渣是由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物组成。钢渣的主要矿物成分为硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、钙镁橄榄石（CaOMgOSiO2）、游离氧化钙（fCaO）等。,表10-3各种钢渣化学成分（%）,10.2.2钢渣的性质（Characterofsteelscoria）,10.2.3钢渣的处理与加工（Treatmentandprocessofsteelscoria）目前国内外钢渣加工处理工艺主要有冷弃法、热泼法、盘泼水法和钢渣水淬法等四种。这里主要介绍我国已成熟使用的钢渣水淬方法。根据炼钢设备、工艺布置、排渣特点不同，水淬工艺一般有以下三种：（1）倾翻罐水池法其工艺流程如10-2所示。（2）中间罐（开孔）压力水水池（或渣沟）法其工艺装置如图10-3所示。（3）炉前直接水淬工艺其工艺流程如图10-4所示。,图10-4炉前直接水淬工艺布置示意图1-平炉；2-滑动小车；3-粒化器；4-输渣罐；5-沉渣池；6-吊车抓斗,10.2.4钢渣的综合利用（Comprehensiveutilizationofsteelscoria）（1）用作冶金原料（返回冶金再用）作烧结熔剂；作高炉或化铁炉熔剂；作炼钢返回渣；钢渣作化铁炉熔剂。（2）用于建筑材料生产水泥；作筑路与回填工程材料。（3）用于农业作钢渣磷肥；作硅肥；作酸性土壤改良剂。,有色金属渣分类成分,熔融矿渣,湿法残渣,烟尘,污泥,按工艺分,重金属渣,轻金属渣,矿物性质分,稀有金属渣,补充资料：,10.3硫铁矿烧渣的处理利用(Treatmentandutilizationofpyriteignitionresidue)10.3.1硫铁矿烧渣的物质成分（Materialcompositionofpyriteignitionresidue）硫铁矿烧渣：是生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣。硫铁矿的来源：一为天然硫铁矿，一为浮选硫铁矿。硫铁矿烧渣的主要化学成分有Fe2O3、FeO、SiO2和Al2O3等（见表10-4和10-5）。硫铁矿烧渣的矿物成分：主要有赤铁矿、磁铁矿、少量石英、长石、云母等硅酸盐矿物和微量硫酸盐矿物。10.3.2硫铁矿烧渣的处理利用(Treatmentandutilizationofpyriteignitionresidue)（1）回收铁精矿磁选铁精矿；重选铁精矿。,表10-4硫铁矿烧渣的化学成分,表10-5硫铁矿烧渣中微量元素,（2）作水泥生料的配料烧渣在水泥生料中的掺入量约为3%5%。*（3）制烧渣砖（补充资料）烧渣砖：将烧渣、石灰或水泥和水按一定配合比混合压制成型，经养护后即为烧渣砖。烧渣砖有常压蒸气养护和非蒸气养护两种养护方法。常压蒸气养护制烧渣砖的生产工艺流程如图10-5所示。（4）回收有色金属回收工艺主要有氯化焙烧法、浮选法、重选法、选冶联合法、氰化法等，只讲氯化焙烧法。氯化焙烧法是利用氯化剂与烧渣在一定温度下加热焙烧，使有色金属转化为氯化物而回收。根据反应温度不同可分为：中温氯化焙烧（氯化溶出法）高温氯化焙烧（氯化焙烧挥发法）高温氯化法回收有色金属工艺流程如图10-6所示。,图10-5常压蒸养烧渣砖生产工艺流程,图10-6硫铁矿烧渣高温氯化法回收有色金属的工艺流程,用浮选法、氰化浸出法或矿泥摇床氰化浸出联合法等方法回收硫铁矿烧渣中的Au、Ag等贵金属；其回收率可达50%左右。*（5）生产铁系颜料（补充资料）铁系颜料主要有：黑铁（Fe3O4）：将烧渣用硫酸和盐酸进行酸液处理制备三价铁盐溶液，然后加入铁皮（或铁粉、黄铁矿粉）将三价铁盐还原成亚铁溶液，最后在适宜的温度下通入空气氧化，用NaOH溶液调节pH值=56，使Fe3+/Fe2+=1.92.1，趁热过滤，烘干、粉碎即为成品。铁红（Fe2O3）：硫酸浸取、过滤，在滤液中加入聚丙烯酰胺与少量氨水进行絮凝沉降，滤液中加少量的铁皮储存，中和氧化，烘干即为成品。铁黄（FeOOH）此外，用硫铁矿烧渣可制备硫酸亚铁和聚合硫酸铁等其它用途。,10.4铬渣的处理利用(Treatmentandutilizationofchromeslag)10.4.1铬渣的物质组成（Materialcompositionofchromeslag）铬渣：是由铬铁矿加入纯碱、白云石、石灰石在11001200高温焙烧、用水浸出铬酸钠后的残渣。国内铬渣的化学成分为：Cr2O3、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2，水溶性Cr6+0.28%1.34%，酸溶性Cr6+0.9%1.49%。铬渣的主要物相组成有：方镁石20%，硅酸二钙25%，铁铝酸钙25%，铬尖晶石、亚铬酸钙和铬酸钙等。国内外在治理铬渣方面所采取的方法主要有：堆贮法：采取渣堆地面防渗并加盖防水。铬渣无害化处理：在铬渣中加入适量的还原剂，将铬酸钠和铬酸钙中的六价铬可以还原成三价铬。综合利用：直接作为工业材料的代替品，加工成品。,铬浸出渣为浅黄绿色的粉状固体，呈碱性。每生产1t重铬酸钠约产生1.83t铬渣，每生产1t金属铬约产生1213t铬渣。,10.4.2铬渣的处理利用(Treatmentandutilizationofchromeslag)（1）作玻璃着色剂（2）铬渣制钙镁磷肥铬渣制钙镁磷肥工艺流程如图107。（3）铬渣干法解毒铬渣干法解毒工艺流程如图10-8所示。（4）铬渣作炼铁原料铬硫两渣炼铁工艺流程如图109。（5）铬渣制铸石将30%铬渣、25%硅砂、45%烟道灰和3%5%氧化铁皮（轧钢铁皮）混合、粉碎，于14501550的平炉中熔融，在1300下浇铸成型，结晶、退火后经自然降温即为成品。,图10-7铬渣制钙镁磷肥工艺流程,图10-8铬渣干法解毒工艺流程,图10-9铬硫两渣炼铁工艺流程,10.5赤泥的处理利用(Treatmentandutilizationofredsludge)10.5.1赤泥的来源、性质及组成(Source,characterandcompositionofredsludge)赤泥：是从氧化铝矿提炼氧化铝后排弃的泥浆。赤泥的化学组成主要包括：Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、TiO2、Na2O。赤泥的矿物组分主要包括：硅酸二钙和硅酸三钙，尤以硅酸二钙含量最多。10.5.2赤泥的利用(Utilizationofredsludge)（1）生产水泥（2）回收有价金属10.5.3赤泥的防治(Controlofredsludge)（1）赤泥脱碱（2）放射性元素评价（3）赤泥堆场防渗处理,10.6废石膏的处理利用(Treatmentandutilizationofwastegypsum)10.6.1废石膏的来源和组成(Sourceandcompositionofwastegypsum)化学石膏（废石膏）：在磷化工和氟化工等化学工业生产过程中产生的以硫酸钙为主要成分的工业废渣。化学石膏的来源及化学成分如表10-6所示。硫酸钙主要有三种结晶状态：石膏CaSO42H2O、半水石膏CaSO41/2H2O和硬石膏CaSO4。10.6.2化学石膏的处理利用(Treatmentandutilizationofchemicalgypsum)（1）作水泥掺和料（2）制造半水石膏和石膏板含半个结晶水的硫酸钙，即为烧石膏或熟石膏。工艺流程：高压釜法；烘烤法。（3）生产硫酸盐（4）改良盐碱地,磷酸、磷肥工业、烟气脱硫、用硫酸浸蚀钙盐，生产1t磷酸要产生5t磷石膏。,纸面石膏板提纯的磷石膏+护面纸及适量纤维、胶粘剂、促凝剂、缓凝剂等；经过料浆培植、成型、切割、烘干等工艺流程即可制得纸面石膏板,水泥提纯后的磷石膏+水泥熟料+混合材，经水泥磨粉磨,改良土壤pH14.5,改良碱性土壤,表10-6化学石膏的来源及化学成分,10.7废催化剂的处理利用(Treatmentandutilizationofwastecatalysts)10.7.1从烷基苯生产的废三氯化铝催化剂中回收苯、烃类及三氯化铝溶液（Recoverybenzene,hydrocarbonandaluminumchloridesolutionfromwastealuminumchloridecatalystofproducingalkylbenzene）10.7.2.从生产苯二甲酸二甲酯（聚脂原料）的钴、锰催化剂残渣中回收钴、锰混合催化剂（Recoverycobaltandmanganesemixingcatalystsfromcobaltandmanganesecatalystsresiduesofproducingpolyester）10.7.3从生产环氧乙烷的废银催化剂中回收银（Recoverysilverfromwastesilvercatalystsofproducingvinyloxide）方法：用浓硝酸及脱盐水与催化剂反应，生成AgNO3、NO2和水，往溶液中加入过虑过的NaCI溶液，则析出氯化银。,10.8其它有毒废渣(Othertoxicwasteresidues)10.8.1砷渣(Arsenicwasteresidues)用含砷废渣，可以提取白砷（As2O3）和回收有色金属。10.8.2汞渣(Mercurywasteresidues)国内外较多采用加入碱系药剂处理后再送去焙烧并回收废物中的汞。10.8.3电镀污泥（Electroplatingsludge）（1）用水泥固化一般采用425号（42.5）硅酸盐水泥作固化基材。（2)回收有价金属用电镀污泥生产精制NiCO3工艺流程如图1010。10.8.4氰渣(Cyanidewasteresidues)高温下，废渣中的氰化物受到氧化解毒：CN-1+O2CO2+NO2，处理后氰含量可以降至0.05ppm以下。,*10.9废旧电池的处理利用（补充资料）(Treatmentandutilizationofwastebattery)废电池中的重金属及危害如表107。10.9.1废旧干电池的综合处理技术(Comprehensivetreatmentofwasteaneroidbattery)（1）湿法冶金处理焙烧浸出法工艺流程如图10-11所示。直接浸出法依照不同的工艺流程，可以得到不同的最终产品，如图10-1210-14所示。（2）火法冶金处理多数学者认为，火法冶金是处理废干电池的最佳方法，对汞的处理回收最有效。常压冶金法工艺流程如图10-15所示。真空冶金法,表10-7废电池中的重金属及其危害,图1011干电池的还原焙烧浸出法工艺流程,图10-12废干电池直接浸出法工艺流程,图10-13废干电池制备锌、二氧化锰工艺流程,图10-14废干电池制备立德粉工艺流程,图10-15常压冶金法处理废干电池的工艺流程,10.9.2废旧镍镉电池的综合处理技术(Comprehensivetreatmentofwastenickelandcadmiumcell)（1）湿法处理技术其工艺流程见图10-16。（2）火法冶金处理技术（3）火湿混合处理技术其工艺流程如图10-17所示。10.9.3混合电池的综合处理技术(Treatmentandutilizat