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 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、加工利用的形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l工业固体废物：在工业、交通等生产活动中产生的固体废物。l冶金：高炉渣和钢渣；l电力：粉煤灰；l化学：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。 l（一）概述l 1.来源：冶炼生铁时从高炉中排出的废物。l铁矿石、焦炭和助熔剂（14001600）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） l2.分类l（1）按照冶炼生铁的品种分类l铸造生铁矿渣；l炼钢生铁矿渣；l特种生铁矿渣。l（2）按照矿渣的碱度分l碱性矿渣；l中性矿渣；l酸性矿渣。高炉渣的碱度或碱性率，M 0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)碱性氧化物 酸性氧化物 l3.组成l主要化学成分： SiO2 、 Al2O3 、CaO、MgO、MnO、FeO和S等。l其中， SiO2 、 Al2O3 、CaO占90% 以上。l我国高炉渣大部分属于中性矿渣， M0=0.991.08。l属于硅酸盐材料，适于加工制作水泥、碎石、骨料等建筑材料l4.目前利用率：85%左右。 （二）高炉渣的加工和处理l1.高炉渣水淬处理工艺l 将热熔态的高炉渣置于水中急速冷却。l（1）渣池水淬 熔渣直接倒入水池l（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输送到沉渣池形成水渣。根据过滤方式分为炉前渣池式、水力输送渣池式、搅拌槽泵送法等。 l 2.矿渣碎石工艺l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，再经过挖掘、破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石材料。l（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。l（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，待形成渣山后，再进行开采制成各种粒级的重矿渣。 l3.膨胀矿渣或膨胀矿渣珠生产工艺l膨胀矿渣是用适量冷却水急冷高炉熔渣形成的一种多孔轻质矿渣。l（1）喷射法l（2）喷雾器堑沟法l（3）滚筒法l（4）膨珠的生产工艺 （三）高炉渣的综合利用l 1.水渣作建材l（1）矿渣硅酸盐水泥l（2）石膏矿渣水泥l（3）石灰矿渣水泥l（4）矿渣砖l（5）矿渣混凝土l 2.矿渣碎石的利用l（1）配制矿渣碎石混凝土l（2）在地基工程中的应用l（3）在道路工程中的应用l（4）在铁路道碴上的应用l 3.膨珠作轻骨料l 4.其他应用 l（1）生产矿渣棉l（2）生产微晶玻璃 l（一）概述l1.来源 炼钢过程中排出的废渣。l铁水与废钢中所含元素氧化氧化物；l金属炉料带入的杂质；l加入的造渣剂；l氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体材料等。 1.31.8 1.82.5 2.5 l1.冷弃法 倒入渣罐缓冷后直接运到渣场抛弃。（逐渐被淘汰）l2.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 l3.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。l4.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，同时进行了热交换，使熔渣在水幕中进行粒化。 （三） 钢渣的综合利用l1. 用作冶金原料l（1）作烧结熔剂 l钢渣含40%50%CaO，代替部分石灰石。l（2）作高炉或化铁炉熔剂 l含有10%30% 的Fe、4060%的CaO、MgO和2%的Mn。l（3）作炼钢返回渣l（4）回收废钢铁 一般含有710% 的废钢及钢粒。 l2.用于建筑材料l（1）生产水泥 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，可成为生产无熟料或少熟料水泥的原料，也可作为水泥掺和料。l我国目前生产的钢渣水泥主要有：l以石膏作激发剂的无熟料钢渣矿渣水泥l以水泥熟料为激发剂的钢渣水泥l（2）作筑路与回填工程材料l做工程材料有基本要求 l3.用于农业l（1）作钢渣磷肥 是一种以钙、硅为主含多种养分的具有速效又有后劲的复合矿质肥料。l施用时注意：宜做基肥不做追肥使用；宜与有机肥混拌后再施用；不宜与氮素化肥混合施用；注意与土壤的酸碱性相结合。l（2）做硅肥 水稻l（3）做酸性土壤改良剂 三、粉煤灰的资源化l（一）概述l 1.来源l粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。l 2.组成 l化学组成与粘土质相似，主要成分为SiO2、Al2O3、 Fe2O3、CaO和未燃炭，其余为少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。l矿物组成十分复杂，主要有无定形相和结晶相两大类。 l3.性质l（1）物理性质：灰色或灰白色粉状物；具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。P102.l（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。l较多活性氧化物，分别与氢氧化钙反应较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。l我国利用率约30% 。 l4.回收工业原料l（1）回收煤炭资源l一般含碳57%，含碳大于10%的占30% 。l浮选法和干灰静电分选。l（2）回收金属物质l含有氧化铁、氧化铝和大量稀有金属。l磁选回收。l（3）分选空心微珠l由5160%SiO2、26.239.9%Al2O3、2.28.7%Fe 2O3及少量钾、铁、钙、镁、钠、硫的氧化物组成的熔融法结晶体，在14002000温度下或接近超流态时，受到CO2的扩散、冷却固化与外部压力作用而形成的。 l5.作环保材料l（1）环保材料开发l可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等。l（2） 用于废水处理l可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属离子废水和含油废水。 l（一）概述l1.来源l 生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣l2.组成l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。l3.危害l不大，有害组分含量微小，且大多不溶。 l1.制矿渣砖l消石灰粉（或水泥）+烧渣混合成型自然养护矿渣砖。l2.磁选铁精矿l矿渣储料斗圆盘给料机球磨机缓冲槽磁选机冲泥沉淀池成品。l3.重选铁精矿l将一定浓度的硫铁矿渣浆 ，经溜槽重选得含铁量在5560%的铁精矿。 l4.高温氯化法回收有色金属l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，以蒸汽形式随烟气排出，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。l 5.作水泥配料l磁选和重选后，含铁30%左右，可作水泥的辅助配料l烧渣可代替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。l 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）还原挥发金属球团法 l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。l原理：金、银在有氧存在的氰化溶液中与氰化物反应，生成金氰配离子进入溶液，经液固分离后用锌置换，再经冶炼得到成品金、银，利用弱磁场将烧渣磁选得铁精矿。 五、铬渣的资源化l（一）概述l1.来源与组成l铬渣是冶金和化工行业在生产重铬酸钠、金属铬过程中排出的废渣。黄、黑、赭。l化学成分：Cr2O3、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、水溶性Cr6+、酸溶性Cr6+。l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。对铬渣解毒处理与综合利用有决定性的影响。 l2.危害l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。l铬渣扬尘和含铬粉尘污染大气；l铬渣堆场对土壤和水影响；l对农作物的影响；l对人身体健康的毒害很大，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l1.作玻璃着色剂l代替铬铁矿作绿色玻璃的着色剂。lCr6+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、氧化钙代替玻璃配料中的白云石和石灰石原料。l2.制钙镁磷肥l铬渣与磷矿石、硅石、焦粉或无烟煤在高温下熔融钙镁磷肥。铬渣代替蛇纹石作熔剂。 l3.干法解毒l将铬渣与无烟煤按适当比例混合，在800900焙烧，使六价铬还原成三价铬。l4. 铬渣炼铁l铬渣代替白云石、石灰石作为生铁冶炼过程的添加剂，在高炉冶炼过程中，六价铬可完全还原，脱除率达97%以上，还原后的金属进入生铁中，使铁中铬含量增加，使机械性能、硬度、耐磨性、耐腐蚀性能提高。 l5.制钙铁粉l铬渣经风化筛分后进行打浆、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。l6.制铸石l铬渣、硅砂、烟道灰和轧钢铁皮混合粉碎，于14501550的平炉中熔融，在1300 下浇铸成型，结晶、退火后自然降温铸石。l7.生产铬渣棉 六、碱渣的资源化l（一）来源与组成l纯碱生产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。l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。 l3.制钙镁肥l氨碱废渣和盐泥钙镁磷肥l工艺控制条件：p124l钙镁磷肥代替石灰石施于酸性或微酸性土壤，可起到改良土壤、增加肥源和提高地力的作用。 l掌握煤矸石的来源、组成和综合利用的途径。l一、概述l矿业固体废物：矿山开采和矿石冶炼过程中产生的废物。l矿山开采 废石（包括煤矸石） 尾矿l尾矿处理利用率不到32%，煤矸石的利用率仅38.5% 。 l（一）概述l 1.来源 l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、比煤坚硬的黑灰色岩石。l 2.组成l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。l一般主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、 石灰石、硫化铁、氧化铝等组成。 l1.代替燃料l 含有一定量的固定炭和挥发分，一般烧失量在1030%，发热量在4.1912.6MJ/Kg，可用来代替燃料。l可用于化铁、烧锅炉、烧石灰、回收煤炭等 l2.生产水泥l煤矸石中SiO2、Al2O3和Fe2O3的总含量一般在80%以上，是一种天然粘土质原料，可以代替粘土配料烧制水泥。l（1）生产普通硅酸盐水泥l（2）生产特种水泥l（3）生产无熟料水泥 l 3.生产建筑材料l（1）煤矸石烧结砖l以煤矸石为主要原料，一般占坯料的80%。要求SiO2在5070% ， Fe2O3在28%， MgO在3%以下，S在1%以下。l（2）煤矸石生产轻骨料l轻骨料是为了减少混凝土的相对密度，选用的一类多孔骨料。l工艺：用烧结剂生产烧结性的煤矸石多孔烧结料；用回转窑生产膨胀性的煤矸石陶粒。l（3）生产微孔吸音砖l（4）生产煤矸石棉l用煤矸石和石灰为原料，经高温融化，喷吹而成的一种建筑材料。 l4、生产化工产品l（1）制结晶三氯化铝l煤矸石+盐酸破碎、焙烧、磨碎、酸浸、沉淀、浓缩结晶和脱水AlCl36H2Ol（2）制水玻璃l（3）生产硫酸铵l煤矸石内的硫化铁在高温下SO2SO3 H2SO4，与氨的化合物硫酸铵。