固体废物处理与资源化——工矿业固废的资源化

1、1工矿业固体废物的资源化工矿业固体废物的资源化2第第1、2节要点节要点1.掌握掌握高炉渣、硫铁矿烧渣和粉煤灰高炉渣、硫铁矿烧渣和粉煤灰的来的来源、分类、组成、加工利用的形式和综源、分类、组成、加工利用的形式和综合利用的途径。合利用的途径。2. 了解钢渣、铬渣和碱渣的来源、组成及了解钢渣、铬渣和碱渣的来源、组成及综合利用途径。综合利用途径。第一节第一节 工业固体废物的资源化工业固体废物的资源化3第一节第一节 工业固体废物的资源化工业固体废物的资源化l工业固体废物：在工业、交通等生产活动工业固体废物：在工业、交通等生产活动中产生的固体废物。中产生的固体废物。l冶金：高炉渣和钢渣；冶金：高炉渣和钢渣

2、；l电力：粉煤灰；电力：粉煤灰；l化学：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。化学：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。4l（一）概述（一）概述l1.来源：冶炼生铁时从高炉中排出的废物。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（铁矿石、焦炭和助熔剂（14001600）熔融）熔融 铁水铁水生铁生铁 脉石、灰分、助熔剂和杂质脉石、灰分、助熔剂和杂质高炉渣高炉渣 （硅酸盐和铝酸盐）（硅酸盐和铝酸盐）5l2.分类分类l（1）按照冶炼生铁的品种分类）按照冶炼生铁的品种分类l铸造生铁矿渣；铸造生铁矿渣；l炼钢生铁矿渣；炼钢生铁矿渣；l特种生铁矿渣。特种生铁矿渣。l（2）按照矿渣的碱度分）按照矿渣的碱度分l碱性矿渣

3、；碱性矿渣；l中性矿渣；中性矿渣；l酸性矿渣。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6l3.组成组成l主要化学成分：主要化学成分： SiO2 、 Al2O3 、CaO、MgO、MnO、FeO和和S等。等。l其中，其中， SiO2 、 Al2O3 、CaO占占90% 以上。以上。l我国高炉渣大部分属于中性矿渣，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、碎属于硅酸盐材料，适于加工制作水泥、碎石、骨料等建筑材料石、骨料等建筑材料l4.目前利用率：目前利用率：85%左右。左右。7（二）高

4、炉渣的加工和处理（二）高炉渣的加工和处理l1.高炉渣水淬处理工艺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。将热熔态的高炉渣置于水中急速冷却。l（1）渣池水淬）渣池水淬 熔渣直接倒入水池熔渣直接倒入水池l（2）炉前水淬）炉前水淬 利用高压水使高炉渣在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。式、水力输送渣池式、搅拌槽泵送法等。8l2.矿渣碎石工艺矿渣碎石工艺l高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或

5、淋水冷却形成较为致密的矿渣后，再经过挖掘、破碎、磁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。选和筛分而得到的一种碎石材料。l（1）热泼法）热泼法 将熔渣分层浇泼在坑内或渣场上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喷洒适量水使热渣冷却和破裂采掘、破碎、采掘、破碎、磁选、筛分加工。磁选、筛分加工。l（2）堤式法）堤式法 用渣罐车将热熔矿渣运至堆渣场，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，再进行开沿铁路两侧分层倾倒，待形成渣山后，再进行开采采制成各种粒级的重矿渣。制成各种粒级的重矿渣。9l3.膨胀矿渣或膨胀矿渣珠生产工艺膨胀矿渣

6、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。形成的一种多孔轻质矿渣。l（1）喷射法）喷射法l（2）喷雾器堑沟法）喷雾器堑沟法l（3）滚筒法）滚筒法l（4）膨珠的生产工艺）膨珠的生产工艺10（三）高炉渣的综合利用（三）高炉渣的综合利用l1.水渣作建材水渣作建材l（1）矿渣硅酸盐水泥）矿渣硅酸盐水泥l（2）石膏矿渣水泥）石膏矿渣水泥l（3）石灰矿渣水泥）石灰矿渣水泥l（4）矿渣砖）矿渣砖l（5）矿渣混凝土）矿渣混凝土l2.矿渣碎石的利用矿渣碎石的利用l（1）配制矿渣碎石混凝土）配制矿渣碎石混凝土l（2）在地基工程中的应用）在地基

7、工程中的应用l（3）在道路工程中的应用）在道路工程中的应用l（4）在铁路道碴上的应用）在铁路道碴上的应用l3.膨珠作轻骨料膨珠作轻骨料l4.其他应用其他应用l（1）生产矿渣棉）生产矿渣棉l（2）生产微晶玻璃）生产微晶玻璃11l（一）概述（一）概述l1.来源来源 炼钢过程中排出的废渣。炼钢过程中排出的废渣。l铁水与废钢中所含元素氧化铁水与废钢中所含元素氧化氧化物；氧化物；l金属炉料带入的杂质；金属炉料带入的杂质；l加入的造渣剂；加入的造渣剂；l氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体材料等。氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体材料等。12131.31.8 1.82.5 2.514l1.冷弃法冷弃法 倒入渣罐缓冷

8、后直接运到渣场抛倒入渣罐缓冷后直接运到渣场抛弃。（逐渐被淘汰）弃。（逐渐被淘汰）l2.热泼法热泼法 熔渣熔渣渣罐渣罐热泼车间热泼车间泼至渣床泼至渣床喷水冷却喷水冷却推土机推渣推土机推渣集渣坑集渣坑破碎机破碎机筛分筛分料仓料仓磁选废钢磁选废钢15l3.盘泼水冷法盘泼水冷法 在钢渣车间设置高架泼渣盘，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用吊车将罐内熔渣泼在渣盘内喷淋适量喷淋适量的水使钢渣急冷碎裂的水使钢渣急冷碎裂装车载至池边喷水装车载至池边喷水降温降温倒入水池内进一步降温冷却倒入水池内进一步降温冷却磁选、磁选、破碎、筛分、精加工。破碎、筛分、精加工。l4.钢渣水淬法钢渣水淬法 高温

9、液态钢渣在流出、下降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，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同时进行了热交换，使熔渣在水幕中进行粒化。粒化。16（三）（三） 钢渣的综合利用钢渣的综合利用l1. 用作冶金原料用作冶金原料l（1）作烧结熔剂）作烧结熔剂 l钢渣含钢渣含40%50%CaO，代替部分石灰石。，代替部分石灰石。l（2）作高炉或化铁炉熔剂作高炉或化铁炉熔剂 l含有含有10%30% 的的Fe、4060%的的CaO、MgO和和2%的的Mn。l（3）作炼钢返回渣

10、作炼钢返回渣l（4）回收废钢铁）回收废钢铁 一般含有一般含有710% 的废钢的废钢及钢粒。及钢粒。17l2.用于建筑材料用于建筑材料l（1）生产水泥）生产水泥 含有和水泥相类似的硅酸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，三钙、硅酸二钙及铁铝酸盐等活性物质，具有水硬胶凝性，具有水硬胶凝性，可成为生产无熟料或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。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：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以水泥熟料为激发剂

11、的钢渣水泥l（2）作筑路与回填工程材料）作筑路与回填工程材料l做工程材料有基本要求做工程材料有基本要求18l3.用于农业用于农业l（1）作钢渣磷肥）作钢渣磷肥 是一种以是一种以钙、硅钙、硅为主含为主含多种养分的具有速效又有后劲的复合矿质多种养分的具有速效又有后劲的复合矿质肥料。肥料。l施用时注意：宜做基肥不做追肥使用；宜施用时注意：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。混合施用；注意与土壤的酸碱性相结合。l（2）做硅肥）做硅肥 水稻水稻l（3）做酸性土壤改良剂）做酸性土壤改良剂19三、粉煤灰的资源化三

12、、粉煤灰的资源化l（一）概述（一）概述l1.来源来源l粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山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。灰质混合材料。l2.组成组成 l化学组成与粘土质相似，主要成分为化学组成与粘土质相似，主要成分为SiO2、Al2O3、 Fe2O3、CaO和未燃炭，其余为少量和未燃炭，其余为少量K、P、S、Mg等化合物和等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。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矿物组成十分复杂，主要有无定形相和结晶相两大类。两大类。20l3.性质性质l（1）物理性质：灰色或灰白色粉状物；）物理性质：灰色或灰白色粉状物；具有较大内表

13、面积的多孔结构，多半呈具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。玻璃状。P102.l（2）活性：指粉煤灰在和石灰、水混活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。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。较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。l我国利用率约我国利用率约30% 。21222324l4.回收工业原料回收工业原料l（1）回收煤炭资源）回收煤炭资源l一般含碳一般含碳57%，含碳大于，含碳大于10%的占的占30% 。l浮选法和干灰静电分选。浮选法和干灰静电分选。l（2）回收金属物质）回收金属物质l含

14、有氧化铁、氧化铝和大量稀有金属。含有氧化铁、氧化铝和大量稀有金属。l磁选回收。磁选回收。l（3）分选空心微珠）分选空心微珠l由由5160%SiO2、26.239.9%Al2O3、2.28.7%Fe2O3及少量钾、铁、钙、镁、钠、硫的及少量钾、铁、钙、镁、钠、硫的氧化物组成的熔融法结晶体，在氧化物组成的熔融法结晶体，在14002000温度温度下或接近超流态时，受到下或接近超流态时，受到CO2的扩散、冷却固化与的扩散、冷却固化与外部压力作用而形成的。外部压力作用而形成的。25l5.作环保材料作环保材料l（1）环保材料开发）环保材料开发l可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等。可制造分子筛、絮凝剂和吸附材

15、料等。l（2） 用于废水处理用于废水处理l可用于处理含氟废水、电镀废水与含重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。金属离子废水和含油废水。26l（一）概述（一）概述l1.来源来源l 生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣l2.组成组成l主要是主要是Fe2O3、Fe3O4、金属的硫酸盐、硅酸金属的硫酸盐、硅酸盐和氧化物以及少量的铜、铅、锌、金、银盐和氧化物以及少量的铜、铅、锌、金、银等有色金属。等有色金属。l3.危害危害l不大，有害组分含量微小，且大多不溶。不大，有害组分含量微小，且大多不溶。27l1.制矿渣砖制矿渣砖l消石灰粉（或水泥）消石灰粉（或水泥

16、）+烧渣烧渣混合混合成型成型自然养护自然养护矿渣砖。矿渣砖。l2.磁选铁精矿磁选铁精矿l矿渣矿渣储料斗储料斗圆盘给料机圆盘给料机球磨机球磨机缓冲缓冲槽槽磁选机磁选机冲泥沉淀池冲泥沉淀池成品。成品。l3.重选铁精矿重选铁精矿l将一定浓度的硫铁矿渣浆将一定浓度的硫铁矿渣浆 ，经溜槽重选得含，经溜槽重选得含铁量在铁量在5560%的铁精矿。的铁精矿。28l4.高温氯化法回收有色金属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，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，

17、回收有色金属氯化物，剩余烟气排出，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。回收率的烧渣可作为炼铁原料。回收率90%左右。左右。l5.作水泥配料作水泥配料l磁选和重选后，含铁磁选和重选后，含铁30%左右，可作水泥的辅助配左右，可作水泥的辅助配料料l烧渣可代替铁矿粉作为水泥烧成的助熔剂烧渣可代替铁矿粉作为水泥烧成的助熔剂 ，降低，降低烧成温度，提高水泥的强度和抗侵蚀性能。烧成温度，提高水泥的强度和抗侵蚀性能。l6国外烧渣利用法国外烧渣利用法1）磁化焙烧）磁化焙烧磁选磁选球团法球团法2）中温氯化中温氯化浸出浸出烧结法烧结法3）氯化挥发）氯化挥发沸腾炉沸腾炉法法4）还原挥发）还原挥发金

18、属球团法金属球团法29l山东乳山县化工厂用氰化法从硫铁矿烧渣中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。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、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。银，利用弱磁场将烧渣磁选得铁精矿。30五、铬渣的资源化五、铬渣的资源化l（一）概述（一）概述l1.来源与组成来源与组成l铬渣是冶金和化工行业在生产重铬酸钠、金属铬渣是冶金和化工行业在生产重铬酸钠、

19、金属铬过程中排出的废渣。黄、黑、赭。铬过程中排出的废渣。黄、黑、赭。l化学成分：化学成分：Cr2O3、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、水溶性水溶性Cr6+、酸溶性酸溶性Cr6+。l物相组成：方镁石、硅酸二钙、铁铝酸钙、亚物相组成：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、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氢氧化铝。对铬渣解毒处理与综合利用有决定性的影响。性的影响。31l2.危害危害l有害成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性有害成分

20、主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子。铬酸钙等六价铬离子。l铬渣扬尘和含铬粉尘铬渣扬尘和含铬粉尘污染大气；污染大气；l铬渣堆场铬渣堆场对土壤和水影响；对土壤和水影响；l对农作物的影响；对农作物的影响；l对人身体健康的毒害很大，对人体的消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、内脏都有化道、呼吸道、皮肤、黏膜、内脏都有危害。有致癌作用。危害。有致癌作用。32（二）综合利用（二）综合利用l1.作玻璃着色剂作玻璃着色剂l代替铬铁矿作绿色玻璃的着色剂。代替铬铁矿作绿色玻璃的着色剂。lCr6+与酸性氧化物、二氧化硅作用与酸性氧化物、二氧化硅作用Cr3+分散在玻璃体中。铬渣中的

21、氧化分散在玻璃体中。铬渣中的氧化镁、氧化钙代替玻璃配料中的白云石和镁、氧化钙代替玻璃配料中的白云石和石灰石原料。石灰石原料。l2.制钙镁磷肥制钙镁磷肥l铬渣与磷矿石、硅石、焦粉或无烟煤在铬渣与磷矿石、硅石、焦粉或无烟煤在高温下熔融高温下熔融钙镁磷肥。铬渣代替蛇纹钙镁磷肥。铬渣代替蛇纹石作熔剂。石作熔剂。33l3.干法解毒干法解毒l将铬渣与无烟煤按适当比例混合，在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。焙烧，使六价铬还原成三价铬。l4. 铬渣炼铁铬渣炼铁l铬渣代替白云石、石灰石作为生铁冶炼过铬渣代替白云石、石灰石作为生铁冶炼过程的添加剂，在高炉冶炼过程中，六价铬程

22、的添加剂，在高炉冶炼过程中，六价铬可完全还原，脱除率达可完全还原，脱除率达97%以上，还原后以上，还原后的金属进入生铁中，使铁中铬含量增加，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、耐腐蚀性能使机械性能、硬度、耐磨性、耐腐蚀性能提高。提高。34l5.制钙铁粉制钙铁粉l铬渣经风化筛分后进行打浆、湿磨磨细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、粉到一定粒度，经水洗、过滤、烘干、粉碎而成产品钙铁粉，一种碎而成产品钙铁粉，一种CT防锈颜料。防锈颜料。l6.制铸石制铸石l铬渣、硅砂、烟道灰和轧钢铁皮混合粉铬渣、硅砂、烟道灰和轧钢铁皮混合粉碎，于碎，于1450

23、1550的平炉中熔融，在的平炉中熔融，在1300 下浇铸成型，结晶、退火后自下浇铸成型，结晶、退火后自然降温然降温铸石。铸石。l7.生产铬渣棉生产铬渣棉35六、碱渣的资源化六、碱渣的资源化l（一）来源与组成（一）来源与组成l纯碱生产的主要方法是氨碱法，食盐、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碳酸氢钠和氯化铵母液过滤、洗涤、过滤、洗涤、煅烧煅烧纯碱。母液与石灰乳混合，蒸馏纯碱。母液与石灰乳混合，蒸馏氨和废渣。氨和废渣。l组分：氯化钙、氯化钠、碳酸钙、氧化组分：氯化钙、氯化钠、碳酸钙、氧化钙、氢氧化镁、硫酸钙等

24、。是一种水分钙、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。和氯化物含量都较高的白色膏状物质。3637l3.制钙镁肥制钙镁肥l氨碱废渣和盐泥氨碱废渣和盐泥钙镁磷肥钙镁磷肥l工艺控制条件：工艺控制条件：p124l钙镁磷肥代替石灰石施于酸性或微酸性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、增加肥源和提土壤，可起到改良土壤、增加肥源和提高地力的作用。高地力的作用。38l掌握煤矸石的来源、组成和综合利用的途径。掌握煤矸石的来源、组成和综合利用的途径。l一、概述一、概述l矿业固体废物：矿山开采和矿石冶炼过程中产矿业固体废物：矿山开采和矿石冶炼过程中产生的废物。生的废物。

25、l矿山开采矿山开采 废石（包括煤矸石）废石（包括煤矸石） 尾矿尾矿l尾矿处理利用率不到尾矿处理利用率不到32%，煤矸石的利用率仅，煤矸石的利用率仅38.5% 。39l（一）概述（一）概述l1.来源来源 l采煤过程和洗煤过程中排出的固体废物，是一种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。煤坚硬的黑灰色岩石。l2.组成组成l主要成分是主要成分是SiO2和和Al2O3，还含有数量不等的，还含有数量不等的Fe2O3 、 CaO 、MgO、NaO、K2O以及以及P2O5、SO3和微量的稀有金属元素。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、伊利一般主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石、 石灰石、硫化铁、氧化铝等组成。石灰石、硫化铁、氧化铝等组成。40l1.代替燃料代替燃料l含有一定量的固定炭和挥