固废复习重点2

1、 高炉渣的分类及性质；高炉渣的分类及性质； 粉煤灰的性质（火山灰活性、激发）与利用；粉煤灰的性质（火山灰活性、激发）与利用； 硫铁矿烧渣的来源、成分及利用；硫铁矿烧渣的来源、成分及利用； 铬渣解毒定义、方法铬渣解毒定义、方法 煤矸石的性质及综合利用；煤矸石的性质及综合利用； 污泥与垃圾焚烧灰资源化利用污泥与垃圾焚烧灰资源化利用三章重点三章重点返回返回高高炉炉渣渣的的加加工工渣池水淬渣池水淬 ：节水，：节水，易产生渣棉和易产生渣棉和H2S，淘汰淘汰 炉前水淬炉前水淬 分为分为为炉前渣池式、水为炉前渣池式、水利输送式、旋转滚利输送式、旋转滚筒式及脱水仓式等筒式及脱水仓式等急冷渣，有活性急冷渣，有活

2、性在渣场自然冷却在渣场自然冷却或淋水冷却或淋水冷却,形成形成结构致密的矿渣石结构致密的矿渣石热泼法热泼法 炉前热炉前热泼及渣场热泼法泼及渣场热泼法 渣场堆存开采法渣场堆存开采法 成本低成本低 慢冷，无活性慢冷，无活性高炉渣水淬处理高炉渣水淬处理工艺工艺高炉重矿渣碎石高炉重矿渣碎石工艺工艺膨珠生产工艺膨珠生产工艺高温熔渣在控制高温熔渣在控制水量和机械的配水量和机械的配合作用下，抛甩合作用下，抛甩开，使其急冷、开，使其急冷、膨胀、成珠。膨胀、成珠。水量少，环境污水量少，环境污染小。染小。半急冷，有活性半急冷，有活性1.1.高炉渣的加工及特性高炉渣的加工及特性潜在活性潜在活性：高炉熔渣用大量的水急冷

3、成粒，使其中的化合高炉熔渣用大量的水急冷成粒，使其中的化合物来不及结晶，以物来不及结晶，以玻璃体玻璃体状态将热能转化为化学能封存其内，状态将热能转化为化学能封存其内，具有潜在活性。具有潜在活性。 2.2.高炉渣的活性与激发高炉渣的活性与激发 磨细的水淬渣单独与水拌和时，反应极慢，得不到足磨细的水淬渣单独与水拌和时，反应极慢，得不到足够的胶凝性，但在够的胶凝性，但在激发剂的作用下，与水化合可生成具有激发剂的作用下，与水化合可生成具有水硬性的水硬性的胶凝材料。胶凝材料。即需激发剂激发活性即需激发剂激发活性。激发剂激发剂 碱性激发剂：碱性激发剂： Ca（OH）2 硫酸盐激发剂：石膏硫酸盐激发剂：石膏

4、 何谓潜在活性：何谓潜在活性：C C2 2S S的晶型转变与活性的晶型转变与活性矿渣中含有矿物矿渣中含有矿物C2SC2S 2CaOSiO2，在不同温度下有四种晶型，在不同温度下有四种晶型、，、和和，前三种有活性前三种有活性 ，但均为高温晶型，但均为高温晶型， 型无活性。型无活性。-C2S -C2S525 若慢冷会发生该转变，快冷则来不及转变，以若慢冷会发生该转变，快冷则来不及转变，以型（介型（介稳态）保留下来。所以水淬渣有活性，重矿渣无活性。稳态）保留下来。所以水淬渣有活性，重矿渣无活性。返回返回物物理理及及化化学学性性质质化学成分化学成分与粘土相似与粘土相似： SiO2 （40%60%）、）

5、、 Al2O3 （17% 35%）、）、 Fe2O3（2%15%）、）、 CaO （1% 10%）和）和未燃炭未燃炭。 其余为少量其余为少量MgO、Na2O、K2O及及SO3等和等和As、Cu、Zn等微量元素等微量元素。 矿物组成矿物组成： 粉煤灰的矿物组成非常复杂，主要有粉煤灰的矿物组成非常复杂，主要有无定形相无定形相和和结晶结晶相相两大类。无定性相主要为两大类。无定性相主要为玻璃体，约占粉煤灰总量的玻璃体，约占粉煤灰总量的50%80%，此外，未燃尽的炭粒也属于无定形相。此外，未燃尽的炭粒也属于无定形相。 结晶相主要有石英、莫来石、云母、长石、赤铁矿等。结晶相主要有石英、莫来石、云母、长石、

6、赤铁矿等。1 1、粉煤灰性质、粉煤灰性质 活性：活性：粉煤灰的活性也叫粉煤灰的活性也叫“火山灰活性火山灰活性”。 火山灰活性：是指火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等火山灰活性：是指火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等天然火山灰类物质所具有的性能。天然火山灰类物质所具有的性能。 （1）其成分以）其成分以二氧化硅二氧化硅、三氧化二铝三氧化二铝为主，且含有相为主，且含有相当多的玻璃体或其他无定形体。当多的玻璃体或其他无定形体。 （2）其本身无水硬性或水硬性极小；）其本身无水硬性或水硬性极小； （3）在潮湿环境下，能与氢氧化钙等发生反应，生成）在潮湿环境下，能与氢氧化钙等发生反应，生成较稳定的较稳定的水化硅酸钙

7、、水化铝酸钙水化硅酸钙、水化铝酸钙，不论在空气中还是，不论在空气中还是在水中，都能凝结、硬化并具有一定的强度。在水中，都能凝结、硬化并具有一定的强度。 2 2、粉煤灰活性与激发、粉煤灰活性与激发活活性性与与激激发发掺掺30粉煤灰的水泥砂浆粉煤灰的水泥砂浆28d抗压强度与纯水泥砂浆抗压强度与纯水泥砂浆28d抗压强度的比值，即为粉煤灰活性值，应抗压强度的比值，即为粉煤灰活性值，应 62%。活性激发活性激发碱性激发作用碱性激发作用：Ca（OH）2破坏玻璃体的网络结构，与活性破坏玻璃体的网络结构，与活性SiO2反应反应水化硅酸钙凝胶，与活性水化硅酸钙凝胶，与活性Al2O3反应反应水化铝酸钙水化铝酸钙2

8、2222223223236()(1)()3()336mCa OHSiOnH OmCaO SiOnH OCSHCa OHAl OH OCaO Al OH O 凝胶 （C AH 立方晶体）硫酸盐激发作用硫酸盐激发作用： 有石膏时有石膏时C3AH6与与CaSO4反应反应水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙232422234236323332()CaO Al OH OCaSOH OnH OCaO Al OCaSOH O 针状晶体激发剂：激发剂：碱性激发剂碱性激发剂 Ca（OH）2硫酸盐激发剂硫酸盐激发剂 CaSO4C-S-H凝胶，纤维状晶体凝胶，纤维状晶体C3AH6 ， 立方晶体立方晶体3CaOAl2O33CaS

9、O432H2O 针状晶体针状晶体形成的网状结构，强度形成的网状结构，强度不断提高，产生水硬性不断提高，产生水硬性 在常温下，水化产物形成需在常温下，水化产物形成需2890天，若用高温蒸汽天，若用高温蒸汽养护，则水化反应加快，只需养护，则水化反应加快，只需812h便可达到足够强度，便可达到足够强度，适合工业化生产制品的需要。适合工业化生产制品的需要。粉粉煤煤灰灰综综合合利利用用方方法法做建筑材料做建筑材料化工利用化工利用农业生产农业生产回收工业原料回收工业原料环保材料环保材料水泥水泥 混凝土混凝土 砌块砌块 陶粒陶粒制分子制分子筛筛 作高分作高分子材料填子材料填充剂充剂提取提取Al2O3、 硫酸

10、铝等硫酸铝等作土壤作土壤改良剂改良剂 作农业作农业肥料肥料回收煤回收煤炭炭 回收金回收金属属 分选空分选空心微珠心微珠吸附剂吸附剂 絮凝剂絮凝剂3 3、粉煤灰资源化利用途径、粉煤灰资源化利用途径筑路筑路 回填回填返回返回硫硫铁铁矿矿烧烧渣渣的的来来源源 硫铁矿烧渣是生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣。硫铁矿烧渣是生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣。 硫铁矿主要成分硫铁矿主要成分FeS2，还含有杂质：铜、铅、锌、，还含有杂质：铜、铅、锌、锰、砷、银的硫化物；钙、镁的硫酸盐、碳酸盐，以锰、砷、银的硫化物；钙、镁的硫酸盐、碳酸盐，以及石英、滑石等。及石英、滑石等。焙烧时焙烧时氧气充分氧气充分 4FeS2+1

11、1O2 2Fe2O3+8SO2氧气不充分氧气不充分 3FeS2+8O2 Fe3O4+6SO2主要成分：主要成分：Fe2O3和和Fe3O4，含铁以金属，含铁以金属Fe计计3050%，少量有色金属少量有色金属，呈褐红色、粉状物。，呈褐红色、粉状物。硫硫铁铁矿矿烧烧渣渣的的利利用用返回返回 铬渣解毒原理：铬渣解毒原理： 铬的氧化物具有较强的氧化作用，在铬渣中加入某铬的氧化物具有较强的氧化作用，在铬渣中加入某种还原剂，在一定的温度和气氛条件下，将有毒的六种还原剂，在一定的温度和气氛条件下，将有毒的六价铬还原成无毒的三价铬，从而达到消除铬污染的目价铬还原成无毒的三价铬，从而达到消除铬污染的目的。的。常用

12、的解毒方法：常用的解毒方法：碳还原工艺碳还原工艺药剂还原工艺药剂还原工艺在资源化利用过程中解毒在资源化利用过程中解毒铬铬渣渣的的解解毒毒碳还原工艺（干法）：碳还原工艺（干法）：煤炭：铬渣煤炭：铬渣 = 15：100（质量比），将物料混合加入（质量比），将物料混合加入回转窑中，回转窑中，停留停留30分钟，分钟，高温区高温区540640，停留，停留810分，进行还原焙烧，分，进行还原焙烧，Cr6+被被CO还原成不溶于水还原成不溶于水的的Cr3+，处理后的铬渣放置，处理后的铬渣放置45天以上。检测天以上。检测Cr6+含量含量 5mg/kg，符合处理要求。，符合处理要求。碳碳还还原原工工艺艺 除用煤还

13、原外，还可用含碳的固体废物，如：废活除用煤还原外，还可用含碳的固体废物，如：废活性炭、纸浆废液、锯木屑等。性炭、纸浆废液、锯木屑等。药药剂剂还还原原工工艺艺药剂还原法（湿法）药剂还原法（湿法） 在酸性介质中，可用在酸性介质中，可用FeSO4（硫酸亚铁）、（硫酸亚铁）、Na2SO3（亚硫酸钠）为还原剂，将（亚硫酸钠）为还原剂，将Cr6+ Cr3+ 以以FeSO4为例，反应如下：为例，反应如下： 在碱性介质中，可用硫化钠、硫化钾、硫氢化钠、在碱性介质中，可用硫化钠、硫化钾、硫氢化钠、硫氢化钾等为还原剂进行还原反应。硫氢化钾等为还原剂进行还原反应。CrO42- + 3Fe2+ + 8H+ Cr3+

14、+ 3Fe3+ + 4H2O2Cr6+ 3S2- + 6OH- 3S + 2Cr（OH）3 药剂还原法解毒不彻底，且处理费用较高。药剂还原法解毒不彻底，且处理费用较高。解毒后的铬渣用固化处理（以水泥固化为主）解毒后的铬渣用固化处理（以水泥固化为主）铬铬渣渣的的综综合合利利用用返回返回化学成分化学成分:以以SiO2、Al2O3为主，为主，Fe2O3次之，少量次之，少量CaO、MgO、R2O、SO3等。等。煤煤矸矸石石的的组组成成成分成分SiO2AI2O3Fe2O3CaOMgO含量含量/%406516362.2814.60.422.320.442.41成分成分TiO2R2OP2O5SO3烧失量烧失

15、量含量含量/%0.94.01.453.90.0780.240.12.01030煤矸石的岩石种类影响化学成分，砂岩矸石煤矸石的岩石种类影响化学成分，砂岩矸石SiO2含含量高达量高达70%，铝质岩矸石，铝质岩矸石Al2O3含量大于含量大于40%，钙质，钙质岩矸石岩矸石CaO含量大于含量大于30%矿物组成矿物组成:未燃与自燃的不同未燃与自燃的不同未燃煤矸石未燃煤矸石:主要是粘土矿物主要是粘土矿物(高岭土、蒙脱土、水云高岭土、蒙脱土、水云母等母等)，其次为石英、长石、黄铁矿和碳酸盐等矿物，其次为石英、长石、黄铁矿和碳酸盐等矿物，还含植物化石、有机质、碳质等还含植物化石、有机质、碳质等自燃煤矸石：自燃煤

16、矸石：燃烧后矿物组成发生了变化燃烧后矿物组成发生了变化 自燃温度自燃温度1000、燃烧完全：石英、莫来石、燃烧完全：石英、莫来石 （3Al2O32SiO2）；）； 自燃温度自燃温度700900：结晶相分解破坏，生成无定形：结晶相分解破坏，生成无定形 SiO2、Al2O3； 自燃温度低：部分残存高岭土、水云母，另一部分自燃温度低：部分残存高岭土、水云母，另一部分 由于失去结晶水，晶格被破坏。由于失去结晶水，晶格被破坏。煤煤矸矸石石的的矿矿物物组组成成 煤矸石必须经过煤矸石必须经过煅烧才有活性煅烧才有活性，煅烧后属，煅烧后属人工火山人工火山灰类物质，灰类物质，可用碱性激发剂或碱性可用碱性激发剂或碱

17、性- -硫酸盐激发剂来硫酸盐激发剂来激发其活性。激发其活性。 （1）煤矸石活性的来源）煤矸石活性的来源 高岭石的变化高岭石的变化 高岭石在高岭石在500600脱去结晶水，脱去结晶水，晶格破坏，形成无定形偏高岭土。晶格破坏，形成无定形偏高岭土。 2SiO2Al2O32H2O Al2O32SiO2+2H2O 温度继续升高（温度继续升高（600900 ），偏高岭土进一步分解），偏高岭土进一步分解为化学活性较高的无定形的为化学活性较高的无定形的 SiO2和和Al2O3，具有火山灰具有火山灰活性活性煤煤矸矸石石的的活活性性500偏高岭土偏高岭土 Al2O32SiO2 Al2O3 +2SiO2高岭土高岭土

18、 9001000 ， SiO2与与Al2O3 结合重新结晶，形成非结合重新结晶，形成非活性物质活性物质 2Al2O3 + 3SiO2 2Al2O33SiO2（硅类晶石）（硅类晶石） 3Al2O3 + 2SiO2 3Al2O32SiO2 （莫来石）（莫来石） 水云母矿的变化水云母矿的变化 （K2O5Al2O314SiO24H2O） 100200 ，脱去层间水；，脱去层间水； 450600 ，失去结晶水，仍保持原晶格结构；，失去结晶水，仍保持原晶格结构； 600，晶体逐渐破坏，出现无定形物质；，晶体逐渐破坏，出现无定形物质；9001000时，分解完毕，具有较高的活性；时，分解完毕，具有较高的活性；

19、 10001200 ，重新结晶，向晶质转变，活性下降。，重新结晶，向晶质转变，活性下降。煤煤矸矸石石的的活活性性 活性因素归纳活性因素归纳 粘土类和云母类矿物受热分解产生无定形，是其活性粘土类和云母类矿物受热分解产生无定形，是其活性 的主要来源；的主要来源； 煅烧温度：对于以高岭土为主的煤矸石煅烧温度：对于以高岭土为主的煤矸石600950 对于以云母矿为主的煤矸石对于以云母矿为主的煤矸石10001050 活性激发：碱性激发剂、碱性活性激发：碱性激发剂、碱性- -硫酸盐激发剂硫酸盐激发剂 养护条件：蒸养或蒸压养护都可提高煤矸石强度活性养护条件：蒸养或蒸压养护都可提高煤矸石强度活性煤煤矸矸石石的的

20、活活性性制结晶氯化铝煤矸石利用煤矸石制砖 回收硫铁矿生产轻骨料生产水泥制水玻璃煤煤矸矸石石的的利利用用返回返回一、农田林地利用一、农田林地利用1.生产堆肥生产堆肥 利用好氧微生物，人为利用好氧微生物，人为地促进可生物降解的地促进可生物降解的有机有机物物向稳定的向稳定的腐殖质腐殖质转化的转化的过程叫做堆肥化，其产品过程叫做堆肥化，其产品称作堆肥。称作堆肥。 将污泥与调理剂及膨胀将污泥与调理剂及膨胀剂在一定条件下进行好氧剂在一定条件下进行好氧堆沤，即是污泥的堆肥化。堆沤，即是污泥的堆肥化。2.生产复合肥生产复合肥 将污泥堆肥与市售的无机化肥（氮素：尿素、氯化铵、将污泥堆肥与市售的无机化肥（氮素：尿

21、素、氯化铵、碳酸氢铵、硫酸铵等；磷素：过磷酸钙、钙镁磷肥；钾素：碳酸氢铵、硫酸铵等；磷素：过磷酸钙、钙镁磷肥；钾素：氯化钾、硫酸钾等），按一定比例配合、混匀、造粒，生氯化钾、硫酸钾等），按一定比例配合、混匀、造粒，生产有机产有机无机复合肥，集生物肥料的长效与化肥的速效无机复合肥，集生物肥料的长效与化肥的速效为一体，其肥效显著。为一体，其肥效显著。 污泥中重金属离子含量必污泥中重金属离子含量必须符合我国须符合我国农用污泥中污农用污泥中污染物控制标准染物控制标准的要求。的要求。二、回收能量二、回收能量1.利用污泥生产沼气利用污泥生产沼气 污泥进行厌氧消化可制得沼气。污泥进行厌氧消化可制得沼气。1m

22、3沼气燃烧发热量相当沼气燃烧发热量相当于于1kg煤或煤或0.7kg汽油。汽油。2.通过焚烧回收热量通过焚烧回收热量 干污泥具有较高热值，焚烧既可减容，又可利用热交换干污泥具有较高热值，焚烧既可减容，又可利用热交换装置回收热量，用来供热或发电。装置回收热量，用来供热或发电。 另外，污泥还可与煤混合，制成污泥煤球等混合燃料。另外，污泥还可与煤混合，制成污泥煤球等混合燃料。 干污泥热值干污泥热值未经消化的污泥未经消化的污泥 1490018190kJ/kg干污泥干污泥消化后的污泥消化后的污泥 6700 8120kJ/kg干污泥干污泥3.热解制取燃料油、气热解制取燃料油、气 在在400500常压和缺氧条

23、件下，借助污泥中所含的硅常压和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅酸铝和重金属的催化作用，将污泥中的有机物转变为碳酸铝和重金属的催化作用，将污泥中的有机物转变为碳氢化合物，最终产物是燃料油、气和碳黑。氢化合物，最终产物是燃料油、气和碳黑。三、建材利用三、建材利用1.制砖制砖 干污泥：粘土干污泥：粘土= 1：10配料，加水拌匀、制坯成型、焙烧。配料，加水拌匀、制坯成型、焙烧。 或：污泥焚烧灰：粘土：硅砂或：污泥焚烧灰：粘土：硅砂=100：50：（：（1520） 可达普通红砖强度。可达普通红砖强度。2.生产水泥生产水泥 日本生态水泥：垃圾灰日本生态水泥：垃圾灰0.5t、脱水污泥、脱水污泥0.3t、石灰石

24、及粘、石灰石及粘土等土等0.3t，粉磨、均化、成球，在，粉磨、均化、成球，在1350下煅烧成熟料，再下煅烧成熟料，再加入石膏，粉磨制成水泥。加入石膏，粉磨制成水泥。污泥生产水泥污泥生产水泥可燃物可燃物代替部分燃料代替部分燃料污泥灰烬污泥灰烬代替部分原料代替部分原料重金属重金属进入熟料矿物晶格，被固化进入熟料矿物晶格，被固化研究表明：水泥制品重金属浸出检验合乎规定研究表明：水泥制品重金属浸出检验合乎规定问题：污泥中水分，用于干法生产需预先去除水分。问题：污泥中水分，用于干法生产需预先去除水分。3.生产陶粒生产陶粒 陶粒是一种轻骨料，用于生产轻质混凝土、隔热保温材料。陶粒是一种轻骨料，用于生产轻质

25、混凝土、隔热保温材料。 脱水污泥脱水污泥粉煤灰（粘土）粉煤灰（粘土）外加剂外加剂混合均匀混合均匀成球成球干燥干燥预烧预烧焙烧焙烧冷却冷却产品产品污泥陶粒污泥陶粒纯污泥陶粒纯污泥陶粒污泥污泥粉煤灰陶粒粉煤灰陶粒污泥污泥粘土超轻陶粒粘土超轻陶粒返回返回四、垃圾焚烧灰渣的利用四、垃圾焚烧灰渣的利用1.生产水泥生产水泥 日本小野田公司日本小野田公司1995年建成的日产年建成的日产50t生态水泥生产线所用生态水泥生产线所用的主要原料为垃圾焚烧灰和脱水污泥，石灰石和粘土只作为调的主要原料为垃圾焚烧灰和脱水污泥，石灰石和粘土只作为调节成分的辅助原料。（详见污泥利用部分）节成分的辅助原料。（详见污泥利用部分）

26、2.制轻质骨料制轻质骨料 除去焚烧物中的废金属，磨细至除去焚烧物中的废金属，磨细至200目，配合赤泥（目，配合赤泥（1：1）制成直径为制成直径为2mm、高、高3mm的圆柱体，在氧化气氛中高温加热的圆柱体，在氧化气氛中高温加热900920，停留，停留4045min。3.作沥青路面的替代骨料作沥青路面的替代骨料 日本、美国等，底灰经磁选除去黑色及有色金属、经筛日本、美国等，底灰经磁选除去黑色及有色金属、经筛分获得适宜粒度，与其他骨料混合，作沥青铺面骨料。分获得适宜粒度，与其他骨料混合，作沥青铺面骨料。 作基层时，灰渣用量不超过作基层时，灰渣用量不超过20%； 作面层时，灰渣用量不超过作面层时，灰渣用量不超过15%。4.作水泥混凝土的替代骨料作水泥混凝土的替代骨料 底灰的性质与天然骨料（砂、石）相近，但强度低于天底灰的性质与天然骨料（砂、石）相近，但强度低于天然骨