工业固体废物处理讲义.

1、工业废渣综合利用技术讲义1 工业固废概述在工业生产中，排放出的有毒的、易燃的、有腐蚀性的、传染疾病的、有化学反应性的以及其他有害的固体废物均属工业有害废渣。为便于管理，一般将这些废渣分成下述几类：（1）有毒废物。对任何一类特定的遗传活动测定呈阳性反应的；对生活蓄积的潜在性试验呈阳性结果的；超过“特定化学制剂表列”中规定的含量的；根据所选用的分析方法或生物监测方法，超过所规定浓度的废物。（2）易燃废物。含燃点低于60的液体废弃物；在物理因素作用下，容易起火的含液体和气体的废弃物；在点火时剧烈燃烧，易引起火灾的和含氧化剂的废弃物等。（3）有腐蚀性的废物。含水废弃物、不含水但加入等量水后浸出液的PH

2、值为3以下或12以上的废弃物：最低温度为55时，对钢制品的腐蚀深度大于064cma的废弃物。（4）能传染疾病的废物。医院或兽医院未经消毒排出的含有病原体的和含致病性生物的污泥等。（5）有化学反应性的废物。容易引起激烈化学反应但不爆炸的、易与水激烈反应可形成爆炸性混合物的；与水混合时释放有毒烟雾的；在有强烈起始源（加热或和水作用）产生爆炸性或爆炸性反应的；在常温常压下，可能引起爆炸性反应或分解的；属于A级或B级的炸药（包括引火物质、自动聚合物和各种氧化剂）等。一、根据生产工艺和废物形态：连续产生粉煤灰浆定期批量产生食品加工一次性产生废催化剂、设备清洗、车间打扫事故性排放报废原料产品二、工业固废来

3、源分类采矿：剥离物、尾矿等冶金：高炉渣、钢渣、赤泥等化工：无机盐、铬渣、碱渣、废催化剂、油泥、硫铁矿渣、废石膏等煤系：粉煤灰、煤矸石、炉渣工业固废分类按照危害：一般工业固废、危险废物按照行业类别：冶金、采矿、化工、放射性、玻璃、陶瓷.矿山固体废物：开采过程中产生的剥离物和废石，以及在选矿过程中所排弃的尾矿。剥离废石、掘进废石、煤矸石、选矿废石、选洗废渣、各种尾矿等。分为露天开采和地下开采。 冶金固体废物指在各种金属冶炼过程中或冶炼后排出的所有残渣废物。如高炉矿渣、钢渣、各种有色金属渣、铁合金渣、化铁炉渣以及各种粉尘、污泥等。高炉渣普通硅酸盐水泥碱度，（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）

4、钢渣钢渣碱度CaO/（SiO2+P2O5）轧钢固体废物铁合金固体废物烧结固体废物烧结粉尘、高炉粉尘、炼钢尘泥等重有色金属冶炼废物、铝工业、稀有金属冶炼化工固体废物：化学工业生产过程中产生的固体、半固体或浆状废物。包括化工生产过程中进行化合、分解、合成等化学反应所产生的不合格产品和副产物、失效催化剂、废添加剂、未反应的原料及原料中夹带的杂志等直接从反应装置排出的，或在产品精制、分离、洗涤时由相应装置排出的工艺废物；还包括粉尘、污泥、泄露固体废物和报废的设备等。产生量大，种类繁多。无机盐铬盐、黄磷、氯化钠、锌盐；氯碱含汞；磷肥磷石膏、酸性硅胶、粉尘和泥磷；氮肥造气炉渣、废催化剂等；硫酸硫铁矿烧渣、

5、污泥、废催化剂；染料染料合成过程产生的废渣、高浓度母液、滤渣等；纯碱氨碱生产。有机原料、感光材料等。三、工业固体废物再生利用的必要性（一）环境污染问题1、产量增长迅速2、环境污染危害严重。水体、大气、土壤、生物3、具有难处理处置的特点。长期性、间接性、隐蔽性（二）资源化价值1、生产建材原料2、直接筑路、回填3、利用有用组分4、回收有价金属5、生产农肥、改良土壤工业固废特点：1产生源相对集中2成分比较单一，性质稳定3 成分与性质、工艺结构、原料密切相关与城市生活垃圾、农业固废相比：1造成污染危害的成分较单一2分类处理处置3 特定地区差异明显4 有害成分浓度高，污染物集中，危害更严重固体废物在环境

6、中行为考察指标1 滞留因子 反应有毒有害物质在土壤中由于吸附作用产生的随水流迁徙时的滞后现象。2 降解常数和生成系数3 生物富集因子4 有毒有害物质空气扩散系数Da 有毒有害物质在土壤中的扩散系数2 工业固体废物的运贮与处理处置 2.1 工业固体废物的收集与运输 1. 收集运输费用增加 产量种类增加，处置设施选址困难，远离市区，运输时间延长2. 作业环境不佳 贮存、收集运输时间长，腐败分解变质，产生有害气体，释放有害成分。3. 收集运输风险较大 事故导致外溢和泄露工业固废收集原则：1.以工业区规划为基础2.以企业为负责人3.服从工业区域的整体规划或者工业固体废物管理机构的宏观调控4.在资源综合

7、利用基础上实行规模处理和处置5.建立收集运输调度机构6.危险性或者有毒有害性废物，科学规划运输线路工业固体废物运输方式车辆运送、船舶运送、铁路运送、管道运送（真空抽吸、空气压送。企业内的泥浆和液态废物）工业固废的收集运输机械安全、清洁、效率和经济 固废外观形状和物理化学性质液体吸引车、油罐汽车；泥状吸引车、自卸车；粉粒吸引车、散装车；固体自卸车、集装箱车、平板车、篷车工业固体废物的贮存露天堆存法 废石、废渣，不溶性和低溶性，无毒筑坝堆场法 尾矿粉、砂和粉煤灰压缩干贮法 减少占地，北京高井电厂。干粉煤灰拌合适量水，分层铺洒在贮灰场上，推土机压缩成板状。2.2 工业固体废物处理技术1. 物理与化学

8、处理技术破碎与压缩浓缩脱水与干燥 分离、分选 重力分离、过滤分离、气浮分离、化学分离 重力分选、风力分选、重介质分选、磁力分选、摇床分选 中和、沉淀与絮凝、氧化还原、稳定化2 厌氧消化3 焚烧与热解一、 废物的再生与利用原位再生 产生废物的地方回收异位再生废物交换 信息交换和实物交换二、 物质分离与回收工艺1活性炭吸附技术 重金属离子的浸取液，如电镀行业含铬废水2 蒸馏 废镍镉电池真空蒸馏技术利用混合物中各组分的蒸气压差异。被加热后产生液相和蒸气相，高挥发性能组分上升到塔顶，低挥发性能组分流到塔底。蒸馏技术从废物中回收有机化合物样品的液相分离技术。特点：不破坏产品；没有污水排放；可提高化学品价

9、格；满足严格排放标准；选择性回收方法：旋转蒸发系统、薄膜蒸发器、气提系统、间歇式、连续分馏、共沸分馏、萃取分馏、分子分馏3 电解利用直流电进行溶液氧化还原反应。利用电极与废液中有害物质发生电化学作用消除其毒性。废物在阳极氧化，在阴极还原，或者与电极反应产物作用，转化成无害成分被分离去除。方法：按污染物净化机理分：电解氧化法、电解还原法、电解凝聚法、电解上浮法。直流电解法、间接电解法电解凝聚气浮：将需要处理的废液作为电解质溶液，在直流电的作用下发生电化学反应，在电解过程中，产生电解氧化反应、电解絮凝反应和电解气浮反应，可以处理多种含有机物、重金属的废液。应用： 电解氧化处理垃圾渗滤液；膜辅助电解

10、处理草浆黑夜的碱回收；感光材料处理；有色金属渣中回收铜4水解5离子交换6萃取 利用有机溶剂从不相溶的液相中把某种物质提取。7膜分离8气提 分离、提纯及回收挥发性有机物用途：不溶于水的有机物去除或高沸点水溶性化合物的分离，将挥发性物质转移到蒸气相中以便回收利用或处理方法：空气气提、水蒸气气提9薄膜蒸发在半固态、液态的工业固体废物中去除挥发性有机质的预处理；可能淤塞或堵塞传统蒸发器的废物，低压条件下进行，脱除热敏性液体或高黏性物料中的低沸点物质。以机械旋转刮片将液体物料涂布在加热面上，在真空环境下将其中所含低沸点物质蒸发去除。如废机油再生、硫酸钠废水、氯化钠废水等10冷冻结晶通过降低溶液的温度使溶

11、液达到饱和，适用于溶解度随温度降低而显著减少的盐类废液结晶操作。相分离过程，尚未商业应用应用：无机肥料、纯碱、化学试剂、橡胶、橡皮、聚合物塑料、维生素、炸药等。冷冻结晶优点比精馏、干燥能耗小适用于共沸物等复杂物系的分离结晶操作温度较低，对设备腐蚀程度小改善操作环境，减少环境污染火法冶金：利用高温从废物提取金属或其化合物的冶金过程，金属氧化还原反应废电池综合利用。处理废干电池，回收汞；镍镉电池回收镍，高温熔炉；酸蓄电池废铅合金板栅铸成合金铅锭制作合金板栅、铅还原技术电子废物回收或再生（废电路板）、材料回收与土地还原改良土壤膏，城市污泥生产建材粉煤灰生产水泥，煤矸石生产建材，污泥生产建材工业废物最

12、终处理处置矿山土地复垦，填埋，深井灌注和盐矿处置3 工业固体废物污染修复技术3.1 工业固体废物污染途径工业固体废物的露天存放或堆置于处置场，其中的有害化学成分可通过环境介质进入环境，直接或间接地威胁着人类的健康。化学成分形成化学物质型污染其污染特性与废水、废气污染的区别工业固体废物的污染对象大气、水、土壤、动植物有机体内积蓄3.2土壤与地下水修复技术修复技术：物理化学修复技术、生物修复技术、植物修复技术、综合修复技术原位修复（in-situ remediation）：对土壤和地下水中的污染物进行就地处置，使之得以降解和解毒，不需要建设昂贵的地面基础设施和远程运输，维护操作简单。可以修复深层次

13、污染的土壤和地下水异位修复（ex-situ remediation）：土壤挖出后进行处理，环境风险较低，可预测性强。3.2.1物理化学修复技术1 电动力学修复技术原理：将电极插入受污染的土壤溶液中，在电极上施加直流电后，两电极之间形成直流电场，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动。带正电荷的向阴极移动，带负电的离子向阳极移动，不带电的污染物随着孔隙水的电渗析流而发生迁移，其迁移量和迁移速度受污染物浓度、土壤粒径和含水量、污染物离子的迁移性和电流强度的影响。到达电极区的污染物一般通过电沉积或者离子交换萃取被去除，从而达到修复的目的。降解机理和运动机制：

14、电解、电迁移、电渗析、电泳和自由扩散。土壤电动修复的优点和缺点：优点： （1）可以处理其它方法不能处理的低渗透性土壤； （2）不必向土壤中加入有害环境的物质； （3）重金属污染物可回用；费用比较经济且处理彻底； （4）不需挖掘而直接处理土壤； （5）修复时间短； （6）试剂用量少、安装方便、操作简单、能耗低和修复彻底。存在问题阳极电解水发生反应，产生pH值，pH变化，阳极形成酸性带；阴极形成碱性带。电极极化降低电流密度，影响电修复效果。重金属离子下渗至深层土壤。2固化/稳定化技术重金属污染及多种复杂金属废物修复技术：玻璃化修复技术（vitrification）、土壤淋洗技术（soil flus

15、hing）、土壤洗涤技术（soil washing）、土壤蒸汽抽提技术、溶剂抽提技术、化学氧化修复技术、封闭技术玻璃化技术向污染土壤中插入加热电极，对污染土壤固体组分给予16002000度的高温处理，使有机污染物发生热解，无机污染物固定在形成的玻璃体中。融化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体，有害的无机离子也得到固化。特点：去除有机污染物，固定化大部分无机污染物。挥发性和半挥发性有机物、金属、放射性。时间短6-24个月。能耗高，砾石含量低。土壤加热因其污染物向清洁土壤迁移。含水率低，污染物圣地小于6m的土壤。土壤淋洗技术（soil flushing）原位修复，借助能促进土壤

16、环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水利压头将其喷淋或注入到被污染土层中，然后把含有污染物的液体从土层中抽出来，进行分离和污水处理，去除水中的污染物。特点：化学助剂，提高污染物溶解性和可迁移性有机、无机污染物表面活性剂处理有机污染物污染土壤螯合剂、酸处理重金属污染土壤土壤洗涤技术（soil washing）异位修复。土壤挖掘出来，进行物理筛分，分成不同颗粒级别，用水或化学试剂溶液清洗，去除污染物，再处理含有污染物的废水或废液，最后把土回填。特点：大粒级土壤，含沙率高土壤修复（黏土难）各种类型污染物（重金属、放射性、有机）水或加入其他化学试剂设备可运输，随时搭建、拆卸和改装。土壤蒸气抽提技术（

17、soil washing）降低土壤空隙的蒸气压，把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除。不饱和土壤中挥发性和半挥发性有机污染物，尤其适合高挥发性化学污染土壤的修复（汽油、苯、四氯乙烯）。向污染土壤中通入清洁空气，或者是采用抽真空的方式降低气压的情况下，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，将污染物转化为气态形式后从土壤中排出。溶剂抽提技术化学抽提技术，异位处理技术。利用溶剂将有害化学物质从被污染土壤中抽提后去除土壤挖掘出来，大块杂质分离出来，将土壤放入密闭抽提容器内，土壤中的污染物与化学溶剂进行反应，将污染物从土壤中抽提出来，将浓缩的污染物做最终处置。特点：脂溶性化学物质。不适用于重金属和

18、无机物污染的土壤黏粒含量低于15%，湿度低于20%化学氧化修复技术（chemical oxidation）原位土壤修复技术。向污染土壤中渗入氧化剂与污染物发生氧化反应，使污染物降解或转化为无毒、低毒产物。直接在受污染的土壤区域大不同深度的钻井，注入氧化剂，然后将反应的废液抽提出来进行处理。封闭技术（containment）物理墙技术将污染土壤的范围与周围的未污染土壤分隔开来，防止污染物的扩散。低毒、低迁移性简单、快速且费用低，能治理大块污染土地。3.2.2 生物修复技术依靠微生物（细菌、真菌等）的新陈代谢使土壤或地下水中的污染物得以降解或转化为无毒或低毒物质的过程。自然生物恢复：处理场地中的微

19、生物利用周围环境中的营养物质和电子受体对污染物降解的过程强化生物恢复：通过提供适当的营养物质、电子受体及改善限制生物恢复速度的因素，达到提高生物恢复速度，加快污染物降解的目的。3.2.2.1 原位生物修复技术污染土壤在原地进行处理，加入营养盐，氧源（H2O2），引入微生物。生物通风法（bioventing）生物鼓泡法（biosparging）吸附于土壤饱和层或溶于地下水层中的挥发或半挥发有机污染物分解污染物，不需要尾气处理装置周期较短，6个月-2年，费用较低3.2.2.2 异位生物修复技术含污染物的土壤转移到一些特定场所进行处理工程生物修复土地耕作法（land farming）土壤处理或土地利

20、用。将污染土壤置于未污染土壤表面，通过种植作物或翻耕等手段将这些物质混入土壤，通过施肥、灌溉以增加土壤中的有效营养物和氧气，污染物在土壤中经过水解、光解、化学降解和生物降解最终去除。工艺简单，操作简便。占用大量土地面积，处理效率不高释放出挥发性污染物生物泥浆反应器法（slurry bioreactor）：挖出土壤与水混合为泥浆，转入反应器，加入驯化的微生物。生物堆积法（biopile）生物堆腐法。利用高温好氧微生物的生物降解作用来去除土壤中的微生物，与固体废物的堆肥相似3.2.4 植物修复技术利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、转化以及降解的作用机制来清除环境中的污染物质。修复机理和过程

21、：植物固定、植物挥发、根际过滤、根际降解、植物萃取3.2.5.1 地下水泵出处理系统异位，地上处理3.2.5.2 原位渗透反应格栅技术工业固废资源化专章4 能源工业固废一、粉煤灰（Flying ash）的处理和利用1. 粉煤灰（Flying ash）的性质粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂排出的废弃物。电厂烟气经除尘器收集的细灰称为粉煤灰或飞灰。由炉底排出的废渣称为炉渣或熔渣。每一万千瓦发电机组排灰渣量约为0.91.0万吨。粉煤灰是一种火山灰质材料，具有火山灰活性。（1）粉煤灰的物质组成a. 粉煤灰的化学成分（chemical composition） 粉煤灰的化学成分类似于粘土,主要有SiO2、

22、Fe2O3、Al2O3、CaO和未燃尽的煤炭，以SiO2和A12O3为主要成分。由于产地、煤的品种和燃烧条件的不同，粉煤灰的化学成分变化范围较大。 粉煤灰的化学成分是评价其质量优劣的重要技术参数。CaO：根据CaO的含量分为高钙粉煤灰（CaO>20）和低钙粉煤灰（CaO<20%），高钙粉煤灰质量高于低钙粉煤灰。（对活性而言）I.L（烧失量）：反映锅炉燃烧状况，I.L越高，粉煤灰质量越差。（对活性而言）SiO2+A12O3+Fe2O3：粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量直接关系到它们作为建筑材料原料的优劣。用于水泥和混凝土的低钙粉煤灰，要求SiO2+A12O3+Fe2O3

23、>70。MgO和SO3：粉煤灰中的MgO和SO3对水泥和混凝土来说是有害成分，必须加以控制。b. 粉煤灰的矿物成分（mineral constituent） 粉煤灰的矿物成分取决于所用燃煤的化学成分和矿物成分。粉煤灰中矿物大部分是在燃烧过程中熔融结晶所得。因此粉煤灰的矿物成分很复杂。主要分为无定形和结晶相两大类。无定形相（amorphous phase）：主要是Si-A1质玻璃体，约占5080,和少量未燃烬的碳粒。玻璃体含量多，火山灰活性高。结晶相（crystallization phase）：主要有石英、莫来石、长石、云母、赤铁矿、金属铁、硅化铁、磁铁矿；在高钙粉煤灰中还含有一些水泥熟

24、料矿物如C2S，铝酸钙、长石、方镁石、石灰等。（2）粉煤灰的颗粒组成（Particle composition） 粉煤灰是由形状各异,大小不同的球粒，多孔颗粒和碎屑颗粒构成。玻璃微珠（microbeads）：表面光滑的球粒，粒径一般为0.5100m，平均为1030m，比重大，在水中下沉，也称为沉珠，含量多者可达25，少者34%，有些颗粒表面还生长着一些石英、莫来石的微晶。按其化学成分可分为：富Ca玻璃微珠，CaO含量高，化学活性高。富Fe玻璃微珠，SiA1玻璃微珠富含赤铁矿、磁铁矿包体，具有磁性，也称磁珠。多孔颗粒：有多孔炭粒和多孔玻璃体之分。多孔玻璃体富含SiO2、A12O3，含量高达70以

25、上，有的颗粒表面呈蜂窝状，有的颗粒为封闭性孔穴，内部为蜂窝状。比表面积较大，粒径往往>45m。封闭性孔穴颗粒比重一般小于1,能漂浮于水面上，称为漂珠,其体积含量可达1520，重量含量可45，是一种保温隔热材料。碎屑：结晶相和玻璃相的碎片，也有碳粒碎屑。（3）粉煤灰的物理性质粉煤灰外观象水泥,呈灰白色，随着含碳量的增加，颜色变深可呈黑色，而且碳粒主要赋存于粗颗粒中；因此，粉煤灰的颜色在一定程度反映了粉煤灰的含碳量和细度，颜色越深，粒度越粗，质量越差。比重和容重。低Ca灰：比重1.82.8；高Ca灰：比重2.52.8；粉煤灰的松散干容重为6001000 kg/m3，压实容重约为1300160

26、0 kg/m3；细度。粉煤灰的粒径为0.5300m，表面积30004000 cm2/g（4）粉煤灰的活性（activity ）a. 火山灰（volcanic ash）物质及其活性（activity）天然产出的喷出岩,火山碎屑岩,如玻璃质流纹岩（松脂岩、珍珠岩、黑曜岩、浮岩）和凝灰岩、硅藻土、蛋白岩等都具有该活性；以下特征：1、SiO2和A12O3含量较高（总和7085%）且含有相当多玻璃质或其它无定形一隐晶质物质2、本身无水硬性；3、在潮湿环境下能与Ca（OH）2发生反应,生成一系列水化硅酸钙，铝酸钙C-S（A）-H凝胶，在空气或水中都能产生明显的强度； 这就是火山灰活性。此外，烧页岩、烧粘土

27、、煤矸石烧渣、炉渣、粉煤灰等人工火山灰类物质，同样具有上述火山灰活性，即它们同样能在潮湿环境下与Ca（OH）2反应生成水化硅（铝）酸钙系列水化产物，而具有水化硬化性能。b. 火山灰活性的评定。火山灰活性决定了上述物质的可利用性。这些物质由于其成因、化学成分、矿物成分和物理状态的差异而导致活性的差异，必须采用一定的方法评定它们的活性,主要有化学方法和物理方法两类。具体有三种：石灰吸收法、Si、A1溶出法；胶砂强度实验法；c. 提高粉煤灰活性的方法粉磨（pulverizing）：粉煤灰中的玻璃体颗粒在水化过程中不可能象水泥熟料颗粒那样发生解体和分散，反应只能通过颗粒表面层进行，在磨细过程中玻璃体颗

28、粒被粉碎形成许多新生表面，粒度变细，比表面积增加，提高界面反应能力，从而提高了粉煤灰的活性。随着粉磨时间的延续，粉煤灰的比重增加，容重减小，表面积明显增大，原来的多孔玻璃体、多孔炭粒、颗粒集合体和开放性空洞中可以储存大量水分，磨细后蓄水空腔减少，标稠用水量明显减少；但是磨到一定时间后，粉煤灰的性能将不会进一步改善，需水量不再减少，同时不适当的延长粉磨时间增加了能耗，实际收效不大，一般情况下粉磨0.51小时的比较经济的。也可采用助磨剂降低粉磨功耗。增钙燃烧（Calcining combustion）：在燃煤中掺加一定量的石灰石，共同粉磨，送入旋风炉燃烧，在高温中形成硅酸钙相或富CaSi、Al玻璃

29、体，改变了普通粉煤灰的化学组成，形成高钙粉煤灰，其活性大大提高；增钙燃烧后的粉煤灰经粉磨后，形成比表面积大，表面能大的细粉，在水化初期能生成较多的碱性胶体，后期生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质。化学处理：用碱或酸处理使粉煤灰玻璃体的Si-Al和Al-O长键裂断，降低SiO2、Al2O3的聚合度，增大SiO2、Al2O3的溶出量，增大颗粒的反应性。常用的激发剂有： 碱性激发剂：石灰、硅酸盐水泥、NaOH、KOH、硅酸钠等；硫酸盐激发剂：半水石膏、二水石膏、硬石膏、磷石膏、氟石膏等，只有在一定的碱性环境中，硫酸盐激发剂才能发挥作用。另外，当用酸性激发剂时，在PH值<3的酸性溶液中，硅铝质

30、工业废渣虽然也能溶解，但是水化产物在酸性介质中是不稳定的，不能形成水化产物网络结构，因此，浆体也就不能呈现水硬性能。所以一般情况下不使用酸性激发剂。2. 粉煤灰的分选处理（1）未燃碳的分选。目前我国有许多电厂的粉煤灰中有较多的未燃碳，表现在粉煤灰中有较高的烧失量，可达1030。未燃碳的存在既是资源的浪费，也对粉煤灰的利用带来不利影响。未燃碳的分选技术主要有：干排灰采用电选，湿排灰采用浮选的方法。 a. 干排灰的电选粉煤灰电选脱碳是利用粉煤灰中的碳粒和灰粒导电性能的差异进行的。采用圆筒形电选机。当粉煤灰进入高压直流电场后，碳粒、灰粒均带上电荷。导电性能比较好的碳粒与旋转的金属圆筒接触时，将所带电

31、荷传递给圆筒，随着旋转的惯性离心力和重力的作用，掉入圆筒前部的碳粒收集槽中。导电性能较差的灰粒不能将所带的电荷给出，而继续荷电，在电场力作用下，克服离心力和重力的作用而吸附在圆筒上，随着圆筒和旋转被带到圆筒后部，用毛刷强行刷落，掉入灰收集槽中，达到碳粒、灰粒分离的目的。b.湿排灰的浮选用浮选方法分选高碳粉煤灰中的碳的有效方法。碳颗粒的表面是疏水亲油的，灰粒表面是亲水的。利用粉煤灰中碳粒与灰粒的表面疏水、亲水特性，在浮选药剂的作用下并借助于浮选剂所产生的气泡，将二者分离。回收碳粒常用的捕收剂为0#柴油，起泡剂有红樟油、杂醇、甲醇母液、松节油、煤焦油等。（2）铁质分选技术粉煤灰中的铁质矿物主要有金

32、属铁粒，磁铁矿、赤铁矿等氧化铁矿物。通常呈溶融状的滚圆小球珠，约占铁矿物的90，粒径约为0.060.1mm，单一的磁铁矿形成的圆球粒仅占约10，粒径约为0.0070.02mm，主要是磁铁矿、赤铁矿、硅化铁和非金属矿物组成的小球粒，形态有磁铁矿形成的空心球粒，中间核部由硅化铁等矿物充填，磁铁矿呈规则的格子状，格子空间由非金属矿物充填，小球粒边缘为赤铁矿。粉煤灰中的铁质通常用磁选机分选，也可用摇床，磁力脱水槽，球磨细筛等工艺分选。（3） 空心微珠（hollow microsphere）分选技术空心微珠分选方法有干法机械分选和湿法分选两种。干法机械分选通常用立式倒宝塔式分选工艺。分选装置由磁选、电选

33、、风选、筛选和收尘五部分组成，按成分、粒径、电磁性、比重差异分选出铁氧化物、碳粒、空心薄壁、空心厚壁球，灰分等五种产品。湿法分选a.用浮选法脱除细碳粒b.用重力沉降法分选漂珠微珠和尾灰漂珠粒径大，容重小，比重，可以漂浮水面进行回收，玻璃微珠颗粒小，容重大，采用重力沉降分选并与尾灰分离。精碳、微珠和尾灰分选工艺 从电厂排出的粉煤灰浆浓缩搅拌浮选细碳粒，尾浆扫选水力分级机重力分选 微珠矿浆浓缩絮凝沉降去除粗粒尾灰过滤干燥玻璃微珠产品； 尾灰矿浆浓缩过滤干燥尾灰产品。（4） 分选产品的应用碳粒利用：掺入原煤中，返回锅炉作燃料。选出的碳粒，精碳含量高，呈多孔状，可作为吸附剂或制造活性碳，经试验，直接作

34、含重金属废水的吸附剂，对Hg、Cd、Pb的去除率都很高，而且对氰化物，硫化学，CO，P等均有吸附净化作用。用于碳素材料制品：煤质活性碳，碳球还原剂，铸模粉，碳化煤球，粘土内燃砖等。空心微珠应用：作为塑料，特别耐高温塑料的填料：生产建筑防火涂料：生产刹车片等各种耐磨制品：可作瓷及轻型电气绝缘材料。铁质的应用：炼铁原料尾灰应用：用于海港工程、水工工程、建筑墙体材料。3.粉煤灰的利用（1） 粉煤灰水泥（fly ash cement）由硅酸盐水泥热料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰水泥，粉煤灰掺量为2040，粉煤灰水泥标号一般分为225、275、325、525五个标号。（2）粉煤灰

35、混凝土（fly ash concrete）混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石为粗、细骨料，加水拌和而成的构筑材料。在配制混凝土混合料时加入一定量的粉煤灰（或细磨粉煤灰）可以有效地节约水泥，改善混凝土的和易性，提高混凝土质量。我国已在一些大型水电工程的混凝土中使用，取得了良好的经济效益。a. 粉煤灰在混凝土中的基本效应粉煤灰在混凝土中实际效能，主要是形态效应，活性效性和微集料效应三方面的综合作用。形态效应（Texture effect）：粉煤灰特有的颗粒形态和颗粒组成，能够改善新搅混凝土的结构和性能。活性效应（Activity effect）：粉煤灰中的活性组分与水泥水化过程中析出的Ca（OH

36、）2、部分硫酸钙起化学反应，改善硬化混凝土的结构和性能。微集料效应（Aggregation effect）：粉煤灰颗粒在水泥浆体中发挥细分散微集料的物理化学作用，对新搅混凝土和硬化混凝土的结构和性能都有所改善。在初期和早期，微集料效应和形态效应对混凝土共同起有益的作用；在后期微集料效应和活性效应共同起有益的作用。b. 粉煤灰对混凝土性能的影响改善和易性，提高致密度，减少渗透性；降低水化热（heat of hydration）；对强度的影响；减少收缩性（contractibility）和徐变性；提高耐久性（durability）；碳化作用（carbonization）；改善和易性，提高致密度，减

37、少渗透性（3）非烧结粉煤灰硅酸盐制品（calcium silicate concrete）蒸养粉煤灰砖：粉煤灰加气混凝土：免烧免蒸粉煤灰砖（5） 粉煤灰在农业上的应用粉煤灰可以改良土壤，制作化肥。粉煤灰改良土壤：粉煤灰改良土壤的孔隙率；提高土层温度；使农作物增产粉煤灰肥料（6）粉煤灰筑路（7）粉煤灰制分子筛（molecular sieve ）5 矿山固废5.1 煤矸石（gangue）的处理与利用概述1 概述煤矸石是杂有可燃物质的岩石，其含煤量一般不超过20，发热量在8374187KJ/kg之间。灰分达60以上。在采煤或洗煤过程中作为废石排出，一般每采一吨原煤排矸石约为0.2吨。我国已堆积的煤矸

38、石达10亿吨以上。2000年我国原煤产量达12亿吨，煤矸石达2亿吨以上。我国煤矸石利用率低，利用率不到20，大部分堆积存放，形成大大小小的煤矸石山，侵占农田、山沟、坡地，自燃煤矸石放出的烟灰粉尘及SO2等有害气体污染大气、水体，造成酸雨。从我国目前利用情况看，技术成熟、利用量比较大的途径是生产建筑材料，主要是生产水泥和烧结砖。煤矸石按其来源分为为三类：掘进矸石、开采矸石、洗选矸石。煤矸石在堆放过程中，由于其中可有定量的可燃组分缓慢氧化、自燃，故又分为：自燃矸石和末燃矸石。煤矸石排至地面，无论利用与否都不同程度的侵占土地，破坏自然景观。煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着

39、比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。（一）空气污染煤矸石中含有可燃成分，会产生自燃现象，散发大量的SO2、CO和H2S等有害气体，造成环境污染。我国有将近/的煤矸石山发生过自燃，现在还有几百座煤矸石山在发生自燃。煤矸石自燃产生并向空气中排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物，这些使得空气污染加剧。另外，由于风化作用表面风化成粉尘，在风的作用下这些粉尘悬浮于大气中造成严重的空气污染，威胁着矿区居民的身心健康。 （二）水体和土壤污染 煤矸石中存在着大量的铜，铬，铅等重金属这些物质在煤矸石以干燥固体存在的时候，不会对人类造成很大的危害。煤矸石受到降雨的喷淋或长

40、期处于浸渍状态，会使其中有害成分溶解进入水体或渗入土壤，造成水体污染和土壤污染。另外，自然煤矸石山释放出大量有害气体，进入空气氧化成酸，并随降雨落到地面污染土壤，对工农业造成影响和严重破坏，污染生态环境。（三）侵占土地煤矸石排至地面，无论利用与否都不同程度的侵占土地，破坏自然景观。煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。（四）滑坡与泥石流为了尽量少占土地，煤矸石山堆积过高，坡度过大，就容易形成滑坡。当降雨等作用使煤矸石山的含水量达到饱和状态，就有可能形成泥石流，造成附近土地被淹，建筑物被毁，及危害生命财产安全又造

41、成环境污染。煤矸石是煤炭开采和加工过程中排出的固体废物，主要产生于井巷掘进、煤炭洗选、露天开采剥离中，是一种含碳量低、质地坚硬的黑色工业废料，也是目前排放量最大的工业固体废物。煤矸石由有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成的混合物。前者可燃烧，后者不可燃烧。煤矸石中所含的黄铁矿（FeS2）易被空气氧化，放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃。2 煤矸石的物质组成煤矸石主要由碳质页岩、泥质页岩、砂质页岩构成，主要矿物有高岭石、水云母（伊利石）、蒙脱石、绿泥石、长石、石英、方解石、黄铁矿、白铁矿等矿物。对于自燃煤矸石,由于燃烧受热,煤矸石的矿物成分将发生变化：当自然温度较低时，高岭石、水

42、云母、粘土矿物由于失去结晶水而晶格破坏，形成了玻璃体类物质，尚残存有高岭石、水云母等粘土矿物，此外长石、石英等矿物仍然存在，部分硫铁矿氧化成赤铁矿。当自燃温度较高时，燃烧比较充分，粘土矿物已转变为莫来石（A3S2），此外还有石英、赤铁矿、长石等矿物。煤矸石经自燃后，烧失量明显降低，说明自燃煤矸石中可燃物大大减少，水分也减少，而SiO2和Al2O3含量明显增加。煤矸石是由有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成的混合物。前者可燃烧，含量少；后者含量多，但不能燃烧。煤矸石主要以 Si、Al 、 Fe等元素为主，且以氧化物的形式存在，即煤矸石以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主的无机组分组成。决定

43、煤矸石综合利用依据碳含量：四类：<4，46%，620%，>20%全硫含量：四类：<0.5，0.53%，35%，>5%铝硅比：>0.5，可塑性好，高级陶瓷、分子筛原料；<0.3，可塑性好，高级陶瓷、分子筛原料3 煤矸石的活性（activity）煤矸石的活性取决于煤矸石中所含粘土矿物的种类、数量、脱水温度及脱水相的结构状态。当煤矸石中粘土矿物含量越高，则活性越高；粘土矿物脱水相的活性与其结构有关，按下列顺序减小：高岭石>水云母>绿泥石；每一种粘土矿物在特定的温度范围内脱水，晶体结构破坏，变成无定形结构的脱水相，结构中可溶出的SiO2和Al2O3数量最

44、多时，其活性最高。当煅烧温度偏低时，粘土矿物的结构没有破坏，SiO2和A12O3溶出量低，其活性低；当煅烧温度过高时，无定形脱水相重结晶成稳定的结晶相，其活性急剧下降；只有当脱水相处于无定形介稳态时,其活性最高。因此要获得较好的火山灰活性，必须控制煤矸石的最佳煅烧温度。最佳煅烧温度不同粘土矿物其煅烧温度亦不同，煤矸石的最佳煅烧温度取决于所含的主要粘土矿物。例如：以高岭石为主的煤矸石，最佳煅烧温度为600900；以水云母为主的煤矸石，最佳煅烧温度为9001000； 以蒙脱石为主的煤矸石，最佳煅烧温度为500700；以绿泥石为主的煤矸石，最佳煅烧温度为600850。煤矸石的最佳煅烧温度必须通过试验

45、而确定，当粘土矿物晶体结构遭受破坏，还没有转变为结晶相的亚稳状态时活性最高。4煤矸石的处理方法难以综合利用的煤矸石可以充填矿井，荒山沟谷和坍陷区，或覆土造田。暂时不能利用的煤矸石可以覆土、植树。自燃煤矸石可以浇洒石灰水，进行酸碱中和制止自燃。5 煤矸石的利用（1）生产水泥利用煤矸石可以生产三种水泥：煤矸石硅酸盐水泥、煤矸石砌筑水泥、煤矸石无熟料水泥a. 煤矸石硅酸盐水泥用煤矸石代替粘土配制水泥生料烧成熟料，其中C3S含量50以上，C4AF含量20以上。再加入一定量的自燃煤矸石和石膏磨细就是煤矸石硅酸盐水泥。煤矸石硅酸盐水泥的标号有275、325、425、525、625号。不同地区配方会有所不同

46、，应通过实验确定。b. 煤矸石砌筑水泥c. 煤矸石无熟料水泥将沸腾炉渣加激发剂混合磨细而成，又可以有两种：石灰沸渣水泥、石膏沸渣水泥。（2）生产烧结砖用煤矸石替代部分或全部粘土用适当工艺烧制而成。（3）生产微孔吸音砖将破碎后的煤矸石、晒干的锯木、白云石和半水石膏混合送入硫酸溶液中混合搅拌,白云石与硫酸反应发泡,使混合料膨胀，然后浇注入模，经干燥、焙烧而制成。（4）煤矸石瓦粘土和自燃煤矸石（含水量<3，粒径<lmm）加水（泥料水分保持在2124），搅拌挤压成型，干燥12天，入窑焙烧（1050一1100）而成。（5）煤矸石制品（砖、砌块、预制构件）以煤矸石无熟料水泥作胶结料，自燃煤矸石

47、作粗细骨料，加水搅拌，配制成半干硬性混凝土，经振动成型、蒸汽养护而成的新型墙体材料。5.2 尾矿的处理及资源化5.2.1 矿山尾矿固体废物现状及危害1 产生量最大占用土地；2 引发重大工程事故及地质灾害；3 污染环境，破坏生态平衡；污染水体、土壤，危害生物，影响农业生产；4大量排放浪费资源。5.2.2 矿山尾矿废物的处理与处置处理：采用合理、有效的工艺对矿山固体废物进行加工利用或直接利用。如：二次资源回收有价元素处置：采用安全、可靠的方法堆存金属矿山固体废物。产生量大，处理不当，造成危害一、治理意义1 解决资源短缺，伴生矿，单打一，取主弃副；2 延长矿山使用年限；3 保护环境、节约土地；4 提

48、高经济效益二、治理方法1 综合利用，减少废物产生量；2 开展废物资源化利用途经；3 做好污染治理和灾害预防工作；4 提高处理技术和水平三、资源化技术（实现零排放）1 提取各种金属尾矿再选，金、银、铜、钨、锡、钼、铅锌、钽铌；2 生产建筑材料；3 回收能源；4 覆土造田；5 井下填充 ；6 絮凝剂、肥料、土壤改良剂和杀虫剂等矿山尾矿固体废物在建材工业中的应用矿山尾矿固体废物在制砖生产中的应用；矿山尾矿在水泥生产中的应用；利用矿山固体废物生产陶瓷材料；利用矿山尾矿生产新型玻璃材料；利用矿山尾矿生产微晶玻璃；利用矿山尾矿生产其他建筑材料；混凝土生产、 提纯矿物产品、生产高分子吸水材料、生产铺路材料、

49、生产人造石。四、矿山固体废物管理矿山固体废物的管理原则矿山环境保护同矿业经济协调发展原则；预防为主、防治结合的原则；“减量化、资源化、无害化”原则；国家宏观调控和市场调节的有机配合原则矿山固体废物管理制度分类管理制度；工业固体废物申报登记制度；固体废物污染环境影响评价制度及其防治设施的“三同时”制度；排污收费制度；限期治理制度；矿山环境恢复治理保证金制度；危险废物行政代执行制度；危险废物经营单位许可证制度；危险废物转移报告单制度。矿山环境影响评价矿山固体废物的环境监测5.2.3 矿山尾矿固体废物土地复垦1 矿区土地复垦规划和设计（1）服从土地利用总体规划；（2）现场调查及测试；（3）因地制宜；

50、（4）最佳效益及综合治理2 矿区土地复垦特点使用中尾矿库边坡保护；停止使用尾矿库复垦；直接复垦。3 生态复垦方式农业用地；林业用地；建筑用地4 尾矿库复垦效益分析经济效益；环境效益；社会效益5 尾矿库复垦健康评估风险评估；研究范例6 冶金工业固废处理与资源化6.1 概述来源与分类：尾矿、高炉渣、钢渣、含铁尘泥、粉煤灰与炉渣、工业垃圾、铁合金渣和化铁炉渣特点：数量巨大；可综合利用价值大；有毒废物较少 6.2 高炉渣炼铁过程中产生的废渣，炼铁炉在高温条件下将氧化铁还原成金属铁，并将矿石中的二氧化硅、三氧化二铝等杂质与石灰等溶剂化合成矿渣并使之与铁水分离。高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温

51、达到14001600时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣 。高炉渣(Blast furnace slag)的处理和利用高炉矿渣是炼铁过程中形成的废渣，其排出率与矿石品位有关，我国目前冶炼一吨生铁，约产生矿渣0.60.7吨，工业先进的国家，渣铁比约为0.230.27。在炼铁中，矿石中的氧化铁被高温还原成全属铁，矿石中的Si，Al质杂质则与助熔剂（石灰石）合成硅酸钙、硅酸铝等轻质矿渣与铁水分离。1、矿渣的物质成分（1）矿渣的化学成分矿渣的化学成分与普通硅酸盐水泥相似，主要为CaO 3050%，Al2O3 720，SiO

52、2 3040，MgO 110，MnO 13%，其中的SiO2和Al2O3主要来自脉石矿物和焦炭，CaO和MgO主要来自助熔剂矿物。特种生铁矿渣中还有TiO2，V2O5，Cr2O3、Ni2O3、P2O5、BaO、Na2O、K2O等。根据矿渣中主要碱性氧化物和酸性氧化物的含量比值(碱度)，可以把矿渣分成碱性矿渣、中性矿渣和酸性矿渣三种。 M0>1：碱性矿渣；M01：中性矿渣；M0<1：酸性矿渣。我国高炉矿渣的M00.991.08，接近于中性矿渣。（2） 矿渣的矿物成分高炉矿渣的SiO2、A12O3和CaO三者含量之总和约为90，所以，可把矿渣视为CaOA12O3SiO2 三元体系。经岩

53、相学研究，高炉矿渣是由结晶相和玻璃相构成并以玻璃相为主，玻璃相一般在80%以上。结晶相(crystallization phase )：主要有钙、镁、铝的硅酸盐类矿物，如C2S，C3S，CS，钙镁橄榄石、镁蔷薇辉石、镁方柱石、斜顽辉石、透辉石、铝方柱石等。并且，不同类型的矿渣其矿物成分也不一样：玻璃相(glass phase)：即前述的无定形相，具有较高的内能，是其活性的来源。2、高炉渣的种类高炉矿渣的性能取决于高温熔渣的处理方法。对高炉熔渣通常用急冷法、慢冷法和半急冷法三种方法处理，便得到了三种性能不同的高炉矿渣：水淬渣（granulated blastfurnace slag）；重矿渣（g

54、ranular ore slag）；膨珠膨胀矿渣（expanded slag）。水淬渣（Granulated blastfurnace slag）用水、压缩空气或蒸汽对熔渣进行快速冷却处理，通常用水冷，使矿渣与水激烈混合急冷成粒状或海绵状浮石类物质，故又叫粒化矿渣。在急冷过程中，熔渣中的大部分组分来不及结晶而呈玻璃态保留下来，只有少部分形成稳定晶体。对于碱性水淬渣，主要结晶相为C2S。碱性高炉水淬渣具有良好的活性。对于酸性熔渣由于A12O3含量高,粘度大，在水淬急冷时，熔渣易于形成玻璃态物质，因此，酸性水淬渣也具有良好的活性。膨胀矿渣是高炉熔渣经半急冷处理的产物，通常用水并在机械作用下形成的块

55、状或粒状膨胀矿渣，故又叫膨珠；主要由玻璃体(95)构成，外观大多呈球形，表面有釉化玻璃光泽，珠内有微孔，其松散容重大于陶粒、浮石，可达4001200 kg/m33、水淬渣的活性(1) 矿渣的活性及其评定方法磨细的粒化矿渣加水拌和时，反应极慢，得不到足够的胶凝性能，但在Ca(OH)2溶液中会发生明显的水化作用，表明矿渣的活性是潜在的。水淬渣的活性评定方法：化学分析法：通常用水渣的活性率(MC)和质量系数(K)进行评定：MC0.25为活性矿渣;MC0.25为低活性矿渣：K1.9为高活性矿渣，K=1.61.9为中等活性矿渣，K1.6为低活性矿渣。强度试验法：矿渣和硅酸盐水泥熟料及适量石膏混合均匀，配

56、成矿渣水泥，并保持掺量和细度相同，以标准试验方法，分别测定矿渣水泥和纯熟料水泥试块的7d、28d强度。计算强度比(R)：R=1则表明矿渣无活性，R1，则其值越大，矿渣活性越高。与粉煤灰一样，强度实验法更接近实际。(2) 矿渣活性的激发(Slag activation)矿渣的活性是潜在的，而且主要来自玻璃体结构，为了把矿渣的活性发挥出来，必须采用物理的或化学的方法使玻璃体中SiO2和A12O3的长链断裂，降低其聚合度，就可以提高矿渣的活性。矿渣的激发有物理方法和化学方法两种：物理方法，化学方法。物理方法：常用的物理方法主要是通过粉磨提高矿渣的细度。这种方法提高矿渣的活性是有限的，而且能耗大。但若采用超细磨（800目）的方法，可以有效地激发矿渣的活性。化学方法：采用酸或碱性化合物(激发剂)使矿渣溶解，释放出游离SiO2和A12O3，促使矿渣自身呈现其胶凝能力的方法。当pH3或pH12时，矿渣的溶解度明显提高。当pH12时，纯矿渣浆才能硬化并具有强度。当pH3时，矿渣溶解度提高，但水化产物在酸性介质中不稳定，不能形成水化物的网络结构，浆体也不能硬化。因此，只有在pH12的碱性溶液中，既有利于矿渣的溶解，又有利于水化产物的稳定形成，当水固比适当时，其水化产物可以形