固体废物处理与资源化工矿业固废的资源化

工矿业固体废物的资源化主要内容〔工业、矿业〕一、资源化的概念二、国内外现状三、资源化的原那么四、资源化的根本途径五、资源化系统〔综合处置系统〕第1、2节要点1.掌握高炉渣、硫铁矿烧渣和粉煤灰的来源、分类、组成、加工利用的方式和综合利用的途径。2.了解钢渣、铬渣和碱渣的来源、组成及综合利用途径。第一节工业固体废物的资源化第一节工业固体废物的资源化工业固体废物：在工业、交通等消费活动中产生的固体废物。冶金：高炉渣和钢渣；电力：粉煤灰；化学：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。一、高炉渣的资源化〔一〕概述1.来源：冶炼生铁时从高炉中排出的废物。铁矿石、焦炭和助熔剂〔1400~1600℃〕熔融铁水→生铁脉石、灰分、助熔剂和杂质→高炉渣〔硅酸盐和铝酸盐〕2.分类〔1〕按照冶炼生铁的种类分类铸造生铁矿渣；炼钢生铁矿渣；特种生铁矿渣。〔2〕按照矿渣的碱度分碱性矿渣；中性矿渣；酸性矿渣。高炉渣的碱度或碱性率，M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)碱性氧化物酸性氧化物3.组成主要化学成分：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、FeO和S等。其中，SiO2、Al2O3、CaO占90%以上。我国高炉渣大部分属于中性矿渣，M0=0.99~1.08。属于硅酸盐资料，适于加工制造水泥、碎石、骨料等建筑资料4.目前利用率：85%左右。〔二〕高炉渣的加工和处置1.高炉渣水淬处置工艺将热熔态的高炉渣置于水中急速冷却。〔1〕渣池水淬熔渣直接倒入水池〔2〕炉前水淬利用高压水使高炉渣在炉前冲渣沟内淬冷成粒并保送到沉渣池构成水渣。根据过滤方式分为炉前渣池式、水力保送渣池式、搅拌槽泵送法等。2.矿渣碎石工艺高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却构成较为致密的矿渣后，再经过发掘、破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石资料。〔1〕热泼法将熔渣分层浇泼在坑内或渣场上→喷洒适量水使热渣冷却和破裂→采掘、破碎、磁选、筛分加工。〔2〕堤式法用渣罐车将热熔矿渣运至堆渣场，沿铁路两侧分层倾倒，待构成渣山后，再进展开采——制成各种粒级的重矿渣。3.膨胀矿渣或膨胀矿渣珠消费工艺膨胀矿渣是用适量冷却水急冷高炉熔渣构成的一种多孔轻质矿渣。〔1〕放射法〔2〕喷雾器堑沟法〔3〕滚筒法〔4〕膨珠的消费工艺〔三〕高炉渣的综合利用1.水渣作建材〔1〕矿渣硅酸盐水泥〔2〕石膏矿渣水泥〔3〕石灰矿渣水泥〔4〕矿渣砖〔5〕矿渣混凝土2.矿渣碎石的利用〔1〕配制矿渣碎石混凝土〔2〕在地基工程中的运用〔3〕在道路工程中的运用〔4〕在铁路道碴上的运用3.膨珠作轻骨料4.其他运用〔1〕消费矿渣棉〔2〕消费微晶玻璃二、钢渣的资源化〔一〕概述1.来源炼钢过程中排出的废渣。铁水与废钢中所含元素氧化→氧化物；金属炉料带入的杂质；参与的造渣剂；氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体资料等。2.组成由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物组成，其中钙、铁、硅氧化物占绝大部分。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇灰石、铁酸二钙、RO〔MgO、FeO、MnO构成的固熔体〕、游离石灰等。3.性质碱度：R=CaO/(SiO2+P2O5)，低、中、高。活性：具有水硬胶凝性，随碱度而变化。稳定性：只需fCaO、MgO根本消解完后才会稳定。耐磨性：与矿物组成和构造有关。耐磨指数为1.43，比高炉渣耐磨。目前利用率61%以上。1.3~1.81.8~2.5>2.5〔二〕钢渣的处置工艺1.冷弃法倒入渣罐缓冷后直接运到渣场丢弃。〔逐渐被淘汰〕2.热泼法熔渣渣罐热泼车间泼至渣床喷水冷却推土机推渣集渣坑破碎机筛分料仓磁选废钢3.盘泼水冷法在钢渣车间设置高架泼渣盘，用吊车将罐内熔渣泼在渣盘内→喷淋适量的水使钢渣急冷碎裂→装车载至池边喷水降温→倒入水池内进一步降温冷却→磁选、破碎、筛分、精加工。4.钢渣水淬法高温液态钢渣在流出、下降过程中，被压力水分割、击碎，再加上高温熔渣遇水急冷收缩产生应力集中而破裂，同时进展了热交换，使熔渣在水幕中进展粒化。〔三〕钢渣的综合利用1.用作冶金原料〔1〕作烧结熔剂钢渣含40%~50%CaO，替代部分石灰石。〔2〕作高炉或化铁炉熔剂含有10%~30%的Fe、40~60%的CaO、MgO和2%±的Mn。〔3〕作炼钢前往渣〔4〕回收废钢铁普通含有7~10%的废钢及钢粒。2.用于建筑资料〔1〕消费水泥含有和水泥相类似的硅酸三钙、硅酸二钙及铁铝酸盐等活性物质，具有水硬胶凝性，∴可成为消费无熟料或少熟料水泥的原料，也可作为水泥掺和料。我国目前消费的钢渣水泥主要有：以石膏作激发剂的无熟料钢渣矿渣水泥以水泥熟料为激发剂的钢渣水泥〔2〕作筑路与回填工程资料做工程资料有根本要求3.用于农业〔1〕作钢渣磷肥是一种以钙、硅为主含多种营养的具有速效又有后劲的复合矿质肥料。施用时留意：宜做基肥不做追肥运用；宜与有机肥混拌后再施用；不宜与氮素化肥混合施用；留意与土壤的酸碱性相结合。〔2〕做硅肥水稻〔3〕做酸性土壤改良剂三、粉煤灰的资源化〔一〕概述1.来源粉煤灰是煤粉经高温熄灭后构成的一种似火山灰质混合资料。2.组成化学组成与粘土质类似，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃炭，其他为少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。矿物组成非常复杂，主要有无定形相和结晶相两大类。3.性质〔1〕物理性质：灰色或灰白色粉状物；具有较大内外表积的多孔构造，多半呈玻璃状。P102.〔2〕活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。较多活性氧化物，分别与氢氧化钙反响→较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。我国利用率约30%。〔二〕粉煤灰的综合利用1.在水泥工业和混凝土工程中的运用〔1〕替代粘土原料消费水泥硅酸盐水泥熟料+粉煤灰+适量石膏→粉煤灰水泥。〔2〕做水泥的混合材〔3〕消费低温合成水泥〔4〕制造无熟料水泥〔5〕作砂浆或混凝土的掺合料2.在建筑制品中的运用〔1〕蒸制粉煤灰砖〔2〕烧结粉煤灰砖〔3〕蒸压消费泡沫粉煤灰保温砖〔4〕粉煤灰硅酸盐砌块〔5〕粉煤灰加气混凝土〔6〕粉煤灰陶粒〔7〕粉煤灰轻质耐热保温砖3.作农业肥料和土壤改良剂〔1〕作土壤改良剂主要作用机理：改善土壤的可耕性；改善酸性土和盐碱土；提高土壤温度；提高土壤保水才干；添加土壤的有效成分，提高土壤肥力。〔2〕作农业肥料含有大量枸溶性硅、钙、镁、磷等农作物所必需的营养元素。可作硅钙肥、钙镁肥、各种复合肥、钙镁磷肥等。4.回收工业原料〔1〕回收煤炭资源普通含碳5~7%，含碳大于10%的占30%。浮选法和干灰静电分选。〔2〕回收金属物质含有氧化铁、氧化铝和大量稀有金属。磁选回收。〔3〕分选空心微珠由51~60%SiO2、26.2~39.9%Al2O3、2.2~8.7%Fe2O3及少量钾、铁、钙、镁、钠、硫的氧化物组成的熔融法结晶体，在1400~2000℃温度下或接近超流态时，遭到CO2的分散、冷却固化与外部压力作用而构成的。5.作环保资料〔1〕环保资料开发可制造分子筛、絮凝剂和吸附资料等。〔2〕用于废水处置可用于处置含氟废水、电镀废水与含重金属离子废水和含油废水。四、硫铁矿烧渣的资源化〔一〕概述1.来源消费硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣2.组成主要是Fe2O3、Fe3O4、金属的硫酸盐、硅酸盐和氧化物以及少量的铜、铅、锌、金、银等有色金属。3.危害不大，有害组分含量微小，且大多不溶。〔二〕综合利用1.制矿渣砖消石灰粉〔或水泥〕+烧渣→混合→成型→自然养护→矿渣砖。2.磁选铁精矿矿渣→储料斗→圆盘给料机→球磨机→缓冲槽→磁选机→冲泥沉淀池→废品。3.重选铁精矿将一定浓度的硫铁矿渣浆，经溜槽重选得含铁量在55~60%的铁精矿。4.高温氯化法回收有色金属将废渣与氯化钙均匀混合制成球团，在高温下焙烧，废渣中的有色金属生成金属氯化物，以蒸汽方式随烟气排出，用水吸收，回收有色金属氯化物，剩余的烧渣可作为炼铁原料。回收率90%左右。5.作水泥配料磁选和重选后，含铁30%左右，可作水泥的辅助配料烧渣可替代铁矿粉作为水泥烧成的助熔剂，降低烧成温度，提高水泥的强度和抗侵蚀性能。6国外烧渣利用法1〕磁化焙烧—磁选—球团法2〕中温氯化­—浸出­—烧结法3〕氯化挥发—沸腾炉法4〕复原挥发—金属球团法〔三〕处置实例山东乳山县化工厂用氰化法从硫铁矿烧渣中提取金、银、铁实例。原理：金、银在有氧存在的氰化溶液中与氰化物反响，生成金氰配离子进入溶液，经液固分别后用锌置换，再经冶炼得到废品金、银，利用弱磁场将烧渣磁选得铁精矿。五、铬渣的资源化〔一〕概述1.来源与组成铬渣是冶金和化工行业在消费重铬酸钠、金属铬过程中排出的废渣。黄、黑、赭。化学成分：Cr2O3、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、水溶性Cr6+、酸溶性Cr6+。物相组成：方镁石、硅酸二钙、铁铝酸钙、亚铬酸钙和铬尖晶石、铬酸钙、四水铬酸钠、铬铝酸钙、碱式铬酸铁、碳酸钙、水合铝酸钙、氢氧化铝。对铬渣解毒处置与综合利用有决议性的影响。2.危害有害成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子。铬渣扬尘和含铬粉尘→污染大气；铬渣堆场→对土壤和水影响；对农作物的影响；对人身体安康的毒害很大，对人体的消化道、呼吸道、皮肤、黏膜、内脏都有危害。有致癌作用。〔二〕综合利用1.作玻璃着色剂替代铬铁矿作绿色玻璃的着色剂。Cr6+与酸性氧化物、二氧化硅作用→Cr3+分散在玻璃体中。铬渣中的氧化镁、氧化钙替代玻璃配料中的白云石和石灰石原料。2.制钙镁磷肥铬渣与磷矿石、硅石、焦粉或无烟煤在高温下熔融→钙镁磷肥。铬渣替代蛇纹石作熔剂。3.干法解毒将铬渣与无烟煤按适当比例混合，在800~900℃焙烧，使六价铬复原成三价铬。4.铬渣炼铁铬渣替代白云石、石灰石作为生铁冶炼过程的添加剂，在高炉冶炼过程中，六价铬可完全复原，脱除率达97%以上，复原后的金属进入生铁中，使铁中铬含量添加，使机械性能、硬度、耐磨性、耐腐蚀性能提高。5.制钙铁粉铬渣经风化筛分后进展打浆、湿磨磨细到一定粒度，经水洗、过滤、烘干、粉碎而成产品钙铁粉，一种CT防锈颜料。6.制铸石铬渣、硅砂、烟道灰和轧钢铁皮混合粉碎，于1450~1550℃的平炉中熔融，在1300℃下浇铸成型，结晶、退火后自然降温→铸石。7.消费铬渣棉六、碱渣的资源化〔一〕来源与组成纯碱消费的主要方法是氨碱法，食盐、石灰石和氨为原料，盐水吸氨、碳酸化→碳酸氢钠和氯化铵母液→过滤、洗涤、煅烧→纯碱。母液与石灰乳混合，蒸馏→氨和废渣。组分：氯化钙、氯化钠、碳酸钙、氧化钙、氢氧化镁、硫酸钙等。是一种水分和氯化物含量都较高的白色膏状物质。〔二〕综合利用1.制水泥碱渣、石灰石、硅质资料及铁质资料按比例混合制成料浆→机械脱水→生料浆→回转窑煅烧→熟料→冷却、破碎→参与石膏、混合料→研磨到一定粒度→水泥。2.制建筑胶凝资料〔工艺控制条件：p124〕控制煅烧温度，使碱渣中的氯化物与生料中的相关组分构成稳定构造的矿相组分，再经复配、球磨而成碱渣建筑胶凝资料。3.制钙镁肥氨碱废渣和盐泥→钙镁磷肥工艺控制条件：p124钙镁磷肥替代石灰石施于酸性或微酸性土壤，可起到改良土壤、添加肥源和提高地力的作用。第二节矿业固体废物资源化掌握煤矸石的来源、组成和综合利用的途径。一、概述矿业固体废物：矿山开采和矿石冶炼过程中产生的废物。矿山开采废石〔包括煤矸石〕尾矿尾矿处置利用率不到32%，煤矸石的利用率仅38.5%。二、煤矸石的资源化〔一〕概述1.来源采煤过程和洗煤过程中排出的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤巩固的黑灰色岩石。2.组成主要成分是SiO2和Al2O3，还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、NaO、K2O以及P2O5、SO3和微量的稀有金属元素。普通主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等组成。〔二〕综合利用1.替代燃料∵含有一定量的固定炭和挥发分，普通烧失量在10~30%，发热量在4.19~12.6MJ/Kg，∴可用来替代燃料。可用于化铁、烧锅炉、烧石灰、回收煤炭等2.消费水泥煤矸石中SiO2、Al2O3和Fe2O3的总含量普通在80%以上，是一种天然粘土质原料，可以替代粘土配料烧制水泥。〔1〕消费普通硅酸盐水泥〔2〕消费特种水泥〔3〕消费无熟料水泥3.消费建筑资料〔1〕煤矸石烧结砖以煤矸石为主要原料，普通占坯料的80%。要求SiO2在50~7