《矿山环境与生态工程》课件-5矿山固废处理与处置

矿山环境与生态工程第五章矿山固体废物的处理及资源化途径第一节：矿山固体废物的处理及资源化途径第二节：煤矸石处理与处置及综合利用第三节：粉煤灰处置与综合利用第四节：煤矿区工业固废CO2矿化制备绿色建材（自学）第五章矿山固体废物的处理及资源化途径第一节：矿山固体废物的处理及资源化途径第二节：煤矸石处理与处置及综合利用第三节：粉煤灰处置与综合利用第四节：煤矿区工业固废CO2矿化制备绿色建材（自学）一、固体废物的环境问题及其管理固体废物生产、生活和其他活动过程中产生的丧失原有的利用价值，或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固体，半固体，和置于容器中的气态物品、物质法律，行政法规规定纳入废物管理的物品，物质固体废物对环境的影响水污染大气污染土壤/生物群落污染侵占土地粉尘颗粒、释放有害气体、露天焚烧直接污染水体、降水/渗滤液降水/渗滤液/生物富集固体废物处理处置方法处理处置预处理物化处理生物处理热处理陆地处置海洋处置固体废物收集、压实、破碎、分选、脱水等收集、运输、压实、破碎、分选、脱水浮选、氧化、固化等好氧堆肥、厌氧消化、微生物浸出等干燥、热分解、焚烧、热解、焙烧等土地耕作、土地填埋、深井灌注等深海填埋、远洋焚烧等固体废物管理原则固体废物管理原则1324“3化”原则“减量化”“资源化”“无害化”“3C”原则“Clean”“Cycle”“Control”全过程管理原则“3R”原则“Reduce”“Reuse”“Recycle”

减量化—减少固体废物的产生量和危害性（优选措施）。源削减(清洁生产)+废物资源化回收利用

资源化—充分合理利用固体废物（物质+能源）。物质回收(金属)、物质转换(堆肥)、能量转换(沼气)

无害化—对已产生且无法资源化利用的废物无害化处置。焚烧、危废稳定化/固化、热处理、卫生填埋等技术减量化是基础，资源化促进减量化，无害化是资源化的前提。“三化”基本原则—我国固体废物管理的基本技术政策《固废法》规定：国家对固体废物污染环境的防治，实施减少固体废物的产生、充分利用固体废物和无害化处置固体废物的原则。“从摇篮到坟墓”（Cradle-to-Grave）新概念避免产生（Clean）综合利用（Cycle）妥善处置（Control）3C原则基本对策固体废物进行全过程管理的原则—对固体废物的产生、收集、运输、利用、贮存、处理和处置的全过程及各个环节都实行控制管理和开展污染防治。例：能否用“摇篮到坟墓”来追溯废物流动？循环再生原则：废物=资源以物质闭环流动为特征的经济模式，从传统的“资源-产品-废物”经济发展模式转变为“资源－产品－废物－资源”封闭模式。使物质和能源得到最大限度的合理、高效和持久的利用，并把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度，形成“低开采，高利用，低排放”的新型经济发展模式

废物最小化原则：“使产生的废物量达到最小”“对资源的损耗达到最小”循环经济理念下的固体废物管理原则“3R”原则“Reduce”“Reuse”“Recycle”线性经济社会模式社会经济模式的变迁循环经济社会模式资源产品废物生产购买使用抛弃循环经济理念下的固体废物管理原则二、工业固废的种类煤系固体废物—煤矸石、粉煤灰、炉渣……冶金工业固体废物—钢渣、有色金属渣、赤泥……

化工工业固体废物—无机化工渣、炼油泥……矿业固体废物—尾矿、采矿废石……轻工业固体废物—造纸污泥、皮革污泥……其他工业固体废物—加工业固体废物（工业垃圾）大宗工业固体废物[占全部工业固体废物95%以上]三、矿山固体废物资源化途径回收有价金属生产建材用作农肥采空区回填、覆土造田综合利用第五章矿山固体废物的处理及资源化途径第一节：矿山固体废物的处理及资源化途径第二节：煤矸石处理与处置及综合利用第三节：粉煤灰处置与综合利用第四节：煤矿区工业固废CO2矿化制备绿色建材（自学）煤矸石是煤矿开采和洗选分离出的含煤岩石和其它岩石的总称。煤炭开采和加工过程中的必然产物。煤矸石包含岩巷矸、煤巷矸、夹矸及洗矸，是多种岩石的混合物。一、煤矸石的组成化学成分：一般以硅、铝为主要成分，另有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na2O、P2O5等氧化物，以及微量的稀有金属元素，如钛、钒、钴、镓等。矿物组成：

有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成混合物。由碳质页岩、碳质砂岩、砂岩、页岩、粘土等岩石组成的混合物。SiO2Al2O3CaO

MgOFe2O3Na2O+K2O烧失量51～6516～361～71～42～91～2.52～17煤矸石的化学组成，%1)发热量2）活性3）可塑性4）熔融性5）膨胀和收缩性6）煤矸石的灰分7）煤矸石发热量8）煤矸石硫分二、煤矸石的性质1)用作燃料供热或者发电2)用作建筑材料

可以制砖、瓦、水泥等以代替部分粘土。3)用作充填材料

塌陷地或者废矿场复垦充填材料；公路路基；井下护巷材料等。4)制取化工产品

煤矸石中含有硫、铝、铁、钡等50多种元素，富集量达到具有工业利用价值时可以提取利用。三、煤矸石的综合利用方法及技术要求1煤矸石的综合利用方法火铺矸石电厂-贵州热值(kJ/kg)合理利用途径<2090回填、修路、造地、骨料2090~4180内燃砖4180~6270烧石灰6270~8360烧混合材、制骨料、代土节煤烧水泥>8360…三、煤矸石的综合利用方法2煤矸石的综合利用要求煤矸石综合利用途径对煤矸石性质的要求做燃料煤矸石发电发热量大于6270千焦/千克,含碳量＞20％与煤泥混烧发电热量4500-12550千焦/千克,含碳量＞20％生产建筑材料及制品制烧结砖二氧化硅为55％～70％，三氧化二铝为15％～25％，三氧化二铁为2％～8％，氧化钙≤2％，氧化镁≤3％，二氧化硫≤1％。可塑性指教7～15，热值为2090～4180千焦/千克，高岭石泥岩（高岭石含量＞60％）或伊利石泥岩（伊利石含量＞50％），含碳量6％～20％，2090～6270千焦/千克代粘土烧制硅酸盐水泥熟料泥质岩石，含碳量6％～20％，2090～6270千焦/千克作混合材磨制各种水泥炭质泥岩和泥岩、砂岩、石灰岩（氧化钙含量＞70％），二类煤矸石（含碳量一类＜4％，二类4％～6％）,一类、二类煤矸石（2090千焦/千克以下）煤矸石制轻集料二氧化硅在含量55％～65％、三氧化二铝含量在13％～23％为佳。对于易熔组分，氧化钙加上氧化镁的含量宜在1％～8％，氧化钠加上氧化钾宜在2.5％～5％，三氧化二铁和碳是煤矸石中的主要膨胀剂，前者含量宜在4％～9％，后者含量宜在2％左右，砂质泥岩或砂岩，二类煤矸石（含碳量一类＜4％，二类4％～6％）,一类、二类煤矸石（2090千焦/千克以下）煤矸石综合利用途径对煤矸石性质的要求生产建筑材料及制品制加气混凝土二氧化硅≥50％；三氧化二铝≥20％；三氧化二铁≤15％，三氧化硫≤2％，烧失率小于10％，砂质泥岩或砂岩，二类煤矸石（含碳量一类＜4％，二类4％～6％）,一类、二类煤矸石（2090千焦/千克以下）复垦及回填矿井采空区复垦种植风化煤矸石,有害元素含量满足要求，二类煤矸石（含碳量一类＜4％，二类4％～6％）,一类、二类煤矸石（2090千焦/千克以下）作工程填筑材料煤矸石是砂岩、石灰岩或未经风化的新矸石，二类煤矸石（含碳量一类＜4％，二类4％～6％）,一类、二类煤矸石（2090千焦/千克以下）回收硫铁矿煤矸石的含硫量大于6％煤矸石综合利用途径对煤矸石性质的要求生产农肥或改良土壤制取铝盐高岭石含量在80％以上，二氧化硅在30％～50％，三氧化二铝在25％以上，铝硅比大于0.68，三氧化二铝浸出率大于75％，三氧化二铁小于1.5％、氧化钙及氧化镁的含量均小于0.5％制微生物肥料灰分≤85％，水分＜2％，全汞3≤毫克/千克，全砷≤30毫克/千克，全铅≤100毫克/千克，全镉≤3毫克/千克，全铬≤150毫克/千克制备有机复合肥料有机质含量在20％以上、pH值在6左右（微酸性）的碳质泥岩或粉砂岩石改良土壤煤矸石的酸碱性及其中含有的多种微量元素和营养成分其他利用途径生产铸造型砂高岭石含量在40％以上的泥质岩石类煤矸石冶炼硅铝铁合金二氧化硅在20％～35％，三氧化二铝在35％～55％，三氧化二铁在15％～30％第五章矿山固体废物的处理及资源化途径第一节：矿山固体废物的处理及资源化途径第二节：煤矸石处理与处置及综合利用第三节：粉煤灰处置与综合利用第四节：煤矿区工业固废CO2矿化制备绿色建材（自学）未燃烬碳。含碳一般为5～7%，其中含碳大于10%的电厂占30%高钙灰：CaO%20%低钙灰：CaO%<20%高钙灰活性>低钙灰粉煤灰中的有害元素含量一般低于允许值。作为建材使用时：SiO2、Al2O3、Fe2O3含量高为好。对用作水泥和混凝土原料的粉煤灰，要求：对于低钙灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3>70%对于高钙灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3>50%

MgO、SO3越低越好一、粉煤灰的组成与性质粉煤灰的活性是潜在的，需要激发剂的激发才能显示。常用激发剂有：石灰、石膏、水泥等石灰激发机理：一、粉煤灰的组成与性质粉煤灰的颗粒组成粉煤灰是一种微细的分散物料。大部分呈球状，表面光滑，微孔较小，小部分为表面粗糙、棱角较多的集合颗粒。粉煤灰颗粒大小不一，形貌各异，主要的为球形颗粒和不规则多孔颗粒，且其中90%的颗粒粒度为-40µm或-60µm。一、粉煤灰的组成与性质依化学成分分为：

富钙玻璃微珠：CaO含量高，化学活性好

富铁玻璃微珠：氧化铁(Fe3O4、Fe2O3)含量高，由铝硅酸盐包裹Fe3O4、Fe2O3而成，具有磁性，叫“磁珠”1）球形颗粒：表面光滑，含量多者达25%，少的仅3～4%，粒径一般从数微米到数千微米，密度和容重均大，在水中下沉，也叫“沉珠”。一、粉煤灰的组成与性质多孔炭粒：提取后可直接用做为吸附剂或活性炭。当用粉煤灰生产建材产品时，制品的强度和性能会随着多孔炭粒的增多而下降。

2）不规则多孔颗粒多孔铝硅玻璃体多孔炭粒多孔铝硅玻璃体：富含SiO2和Al2O3，比表面积较大，粒径从数十微米到数百微米，种密度<1、具有封闭性孔穴的颗粒、能浮于水面上，称为“漂珠”。漂珠含量可达粉煤灰总体积的15～20%，但重量仅为总重量的4～5%，是一种多功能材料。（1）回收有价组分：空心微珠、铁金属物质、A12O3

等。粉煤灰中含有50～80%的空心玻璃微珠漂珠：480kg/m3厚壁空心微珠(沉珠)：800kg/m3包括二、粉煤灰的处理与综合利用粉煤灰中空心微珠的分选流程水力分级-74µm+74µm飘珠粉煤灰水力分级空心微珠粗选碳粒密实微珠铁质微珠粗选扫选空心微珠精选碳粒密实微珠铁质微珠精选扫选提取A12O3：含量17～35%，高于25%才有回收价值。1320～1400℃CO2滤渣（Ca2SiO4）CaCO3Na2CO3溶液循环粉煤灰粉磨烧结自粉化冷却溶出Na2CO3过滤NaAlO2粗液脱硅CaO控制过滤NaAlO2精液碳分过滤Al2O3·3H2O煅烧Al2O3产品图5-15石灰石烧结法提取粉煤灰中氧化铝的工艺流程粉煤灰用于制备吸附材料粉煤灰玻璃体呈蜂窝状，空穴较多，内部具有较为丰富孔隙，比表面积大，具有一定吸附能力原状粉煤灰吸附效果不理想，通过改性可提高粉煤灰的吸附性能。主要的改性方法火法:生产硅胶湿法：生产分子筛粉煤灰蒸养砖的生产工艺流程粉煤灰蒸养砖的生产工艺流程粉煤灰烧结砖生产工艺流程粉煤灰烧结砖生产工艺流程粉煤灰砌块的生产工艺流程粉煤灰砌块的生产工艺流程粉煤灰陶粒生产工艺流程粉煤灰陶粒生产工艺流程粉煤灰基地质聚合物水泥是以粉煤灰和碱为主要原料、经适当工艺制备而成的一种胶凝材