工业废弃物的资源化技术

工业废弃物的资源化技术第1页，共50页，2023年，2月20日，星期一2Content1概述2冶金工业渣的资源化技术3粉煤灰的资源化技术4用煤矸石制取煤系高岭土的技术第2页，共50页，2023年，2月20日，星期一31概述资源节约型、环境友好型社会循环经济工业废弃物的资源化技术第3页，共50页，2023年，2月20日，星期一4我国主要工业废弃物的年排放量钢渣 0.65亿吨/年高炉矿渣 1.4亿吨/年粉煤灰 3.75亿吨/年煤矸石 3.8亿吨/年第4页，共50页，2023年，2月20日，星期一52冶金工业渣的资源化技术2.1水硬性钢渣的资源化技术表1钢渣与水泥熟料主要化学成分的对比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2O烧失量钢渣8.9318.7212.9243.796.560.0195.98熟料22.005.503.5064.001.00//第5页，共50页，2023年，2月20日，星期一6钢渣的碱度与主要矿物的关系碱度[CaO/(SiO2+P2O5)]主要矿物0.9~1.4CMS钙镁橄榄石1.4~1.6C3MS2镁蔷薇辉石1.6~2.4C2S硅酸二钙>2.4C3S硅酸三钙FeO+Fe-+Fe2O315~25%表2钢渣的碱度与主要矿物的关系第6页，共50页，2023年，2月20日，星期一7钢渣资源化的主要目标选铁回炉胶凝材料图1钢渣资源化的主要工艺过程液态渣

（1450℃）淬冷

粒化渣铁

分离细磨建材骨料烧结原料改良土壤磁选FeFe熟料粉矿渣粉胶凝材料

（钢渣水泥）第7页，共50页，2023年，2月20日，星期一8转筒式淬冷造粒装置图2转筒式淬冷造粒装置第8页，共50页，2023年，2月20日，星期一9滚筒渣和浅盘渣的对比图3滚筒渣和浅盘渣的对比第9页，共50页，2023年，2月20日，星期一10钢渣的细磨和选铁过程图4钢渣的细磨和选铁流程图第10页，共50页，2023年，2月20日，星期一11不锈钢湿法选铁过程图5不锈钢湿法选铁流程图第11页，共50页，2023年，2月20日，星期一12钢渣水泥的生产（首钢渣）钢渣碱度＝钢渣粉细度：1#450m2/kg;2#500m2/kg水泥熟料粉细度：300m2/kg成分SiO2TiO2Al2O3MgOCaONa2OK2OSO3TFe2O3TFeP2O5Loss含量%14.730.864.067.6248.000.170.0750.5720.4414.301.042.58图6钢渣掺量与水泥石强度的关系表3钢渣化学成分分析第12页，共50页，2023年，2月20日，星期一132.2具有潜在水硬性的高炉矿渣每生产1吨铁产生0.3~1.0吨矿渣，

我国每年排出的矿渣总量约1.4亿吨。SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO矿渣31.8216.071.8737.788.46熟料22.005.503.5064.001.00表4矿渣与水泥熟料主要化学成分的对比第13页，共50页，2023年，2月20日，星期一14高温矿渣的潜在活性主要取决于CaO、Al2O3的含量和玻璃相的含量，一般上述量（或相）含量越多，矿渣的活性越高。矿渣中的主要活性矿物为C2AS,CAS,CS,C2S等，故SiO2的含量越少，其活性越高。矿渣粉的活性还取决于其细度。水化反应：矿渣粉在没有激发剂的情况下一般不与水发生反应。当浆体中存在Ca(OH)2或硫酸盐物质后，能生成水化硅酸钙、水化硫铝酸钙、水化铁酸钙等凝胶。第14页，共50页，2023年，2月20日，星期一15水泥或混凝土中加入矿渣微粉的优越性1.水灰比密实性后期强度

水化热早期裂缝外界侵蚀

耐久性大大提高2.浆体流动性粘度屈服应力

施工难度降低第15页，共50页，2023年，2月20日，星期一16矿渣微粉的细度、掺量与强度的关系细度为650m2/kg的矿渣图7矿渣微粉的细度、掺量与强度的关系细度为350m2/kg的矿渣细度为530m2/kg的矿渣第16页，共50页，2023年，2月20日，星期一17矿渣微粉生产工艺的选择粉磨系统圈流球磨

系统辊压机系统立式辊磨

系统预粉磨联合粉磨终粉磨功耗/%10070~8055~7540~6050~70投资/%10090~110130100110~115维修/%100110130120115噪音大大中小小表5不同工艺过程生产矿渣微粉的经济性比较第17页，共50页，2023年，2月20日，星期一18沙钢200万t/a生产线第18页，共50页，2023年，2月20日，星期一19长钢150万t/a生产线第19页，共50页，2023年，2月20日，星期一20四川川威集团100万t/a矿渣水泥生产线第20页，共50页，2023年，2月20日，星期一21青藏铁路和大体积高层建筑第21页，共50页，2023年，2月20日，星期一223粉煤灰的资源化技术主要为火力发电厂燃煤锅炉排出的废渣；每年3.75亿吨，目前利用率为<60%；大部分在灰场堆放，一小部分倒入江河湖海；据1985年统计，堆放25亿吨，占地8000公顷。第22页，共50页，2023年，2月20日，星期一233.1粉煤灰的化学和物理特性表6粉煤灰的主要化学成分成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量％40～5020～305～101～50.5～22～8形貌为球形玻璃珠,

d=0.5~200m,

80%50m,A=270~370m2/kg(透气法),r=2.0~3.0,

=0.6~1.0kg/l图8粉煤灰原灰形貌第23页，共50页，2023年，2月20日，星期一24玻璃球的分类空心玻璃球（光滑富钙，粗糙富铁）多孔玻璃球（富硅或铝，大球包小球，层层包裹）不规则的颗粒（含量比较少）图9不同形式的粉煤灰颗粒形貌第24页，共50页，2023年，2月20日，星期一253.2粉煤灰的水化原理潜在水化活性的材料。

活性来自无定形的活性SiO2、高活性Al2O3。玻璃体的含量及其解聚能力。一般不与水发生反应，但在Ca(OH)2或石膏溶液中却有明显的水化作用，其机理是：xCa(OH)2+SiO2+mH2OxCaOSiO2nH2OyCa(OH)2+Al2O3+mH2OyCaOAl2O3nH2O第25页，共50页，2023年，2月20日，星期一26影响水化的因素激发剂浓度越高，激发作用越大，活性发挥越充分；粉煤灰磨得越细，反应界面越大，水化速度越快；石灰、水泥熟料、碱类、石膏等都可有效地激发活性铝和活性硅。第26页，共50页，2023年，2月20日，星期一273.3粉煤灰的资源化技术历史：起步于上世纪50年代美国：

1965年出现6家细灰公司，

2002年50家大规模公司。

至今连续召开几十次国际灰渣利用会议。

1974年将其列为国家最丰富的第七位矿产资源。英、澳、加：

1980年起作为水泥的孪生工业进行经营。中国：

1950年起研究；

1979年利用率10％；

1995年后开始多方面应用：墙体材料、胶凝材料、路基材料；

现利用率尚<60％。第27页，共50页，2023年，2月20日，星期一28粉煤灰脱炭技术残余炭粒径较大、多孔、需水量增加、反应活性减小，外加剂消耗量增加。影响水泥和混凝土质量。静电分离图10采用静电分离方法进行粉煤灰脱炭的原理示意图第28页，共50页，2023年，2月20日，星期一29普通粉煤灰水泥的生产工艺粉煤灰

(40%)熟料石膏粉煤灰

水泥普通粉煤灰水泥已成为我国五大水泥品种之一粉磨图11普通粉煤灰水泥生产工艺示意图第29页，共50页，2023年，2月20日，星期一30低热粉煤灰水泥配比粉煤灰矿渣粉熟料粉硬石膏其它36~5220~3618~20100.15性能低水化热（146J/g.3d;188J/g.7d)微膨胀，其强度可达32.5#或42.5#.表7低热粉煤灰水泥的配比第30页，共50页，2023年，2月20日，星期一31粉煤灰的磨细效果将粉煤灰磨细至平均粒径为7m时，粉煤灰呈现硅灰的性质，用其等量替代20%的水泥熟料后，可使混凝土的强度提高25%以上，尤其使抗折强度明显增强，且后期强度很高。生产技术将粉煤灰用熟料或矿渣粉均匀混合后，用立磨粉磨。具有系统简洁、助磨效果好、电耗很低、过程干净的优点。第31页，共50页，2023年，2月20日，星期一32各种珠体的分选磁珠：Fe3O4,磁选，含铁量为50~70%漂珠：＝400～700kg/m3，用作隔热材料或各种添料沉珠：浮选时沉在水底，为实心珠或石英单体，耐磨，强度高，可用于生产胶凝材料和填料。第32页，共50页，2023年，2月20日，星期一33我国粉煤灰总贮存量已超过30亿吨，

严重地影响环境、气候和生态，将其彻底资源化仍任重道远。第33页，共50页，2023年，2月20日，星期一344煤矸石的资源化技术矸石/原煤＝15％，每年3.8亿吨；全国矸石堆山1500座，40亿吨，占地1.2万公顷释放CO,SO2,CO2和大量粉尘，污染水第34页，共50页，2023年，2月20日，星期一35成熟的矸石利用技术用矸石生产烧结砖并替代部分燃料用矸石生产陶粒等轻骨料；用矸石替代部分水泥粘土质原料或少量混合材；用作筑路、矿井等的充填材料。技术含量低、产品利用价值低、利用率有限第35页，共50页，2023年，2月20日，星期一364.1煤矸石的物理化学性质碳质泥岩、碳质页岩、碳质沙岩、泥质页岩、沙岩、石灰岩等组成；矿物组成：高岭石、水云母和绿泥石等粘土矿物；高岭土类的非金属矿产资源。表8煤矸石的主要化学成分成分SiO2Al2O3Fe2O3+TiO2CaOMgO烧失量％40~6015~301.0~130.3~2.00.5~1.515~30第36页，共50页，2023年，2月20日，星期一37高岭石为主的粘土类矿产的特点和用途物理特性：可塑性、粘结性、耐火性、化学稳定性；用途：陶瓷及其釉料，纸张的充填料、粘土质耐火材料、油漆涂料的骨料、橡胶塑料的充填料、石油化工中的滤料或吸附剂等。我国每年从国外进口高档次高岭土约100万吨。第37页，共50页，2023年，2月20日，星期一384.2煤系高岭土的生产新工艺我国煤系高岭土生产现状及存在问题起步晚：

20世纪90年代，1998年开始生产双90产品；生产工艺繁复落后（10道工序）；能耗高，产品质量不稳定，活性差。关键：粉磨、煅烧技术落后。选矿粉磨六道剥片喷雾(闪蒸)干燥煅烧细磨第38页，共50页，2023年，2月20日，星期一39新型高压立式挤压粉磨工艺图12新型高压立式挤压粉磨工艺第39页，共50页，2023年，2月20日，星期一40用立磨制备原料、制成产品的试验结果样品名称电耗（KWh/t)磨耗kaolinite15.70.012Coalwaste15.60.008Calcinedkaolin7.10.037表9用高压立磨粉磨煤矸石的能耗试验结果图14终粉磨试样（产品）的粒度分布图13终粉磨试样（原料）的粒度分布第40页，共50页，2023年，2月20日，星期一41悬浮态快速煅烧煤矸石新工艺煅烧：气固两相间（或固体内）传热、传质、反应的耦合过程表10堆积态和悬浮态下气固相之间的换热参数对比第41页，共50页，2023年，2月20日，星期一42悬浮态煤矸石煅烧新工艺的示意优点平推流（煅烧均匀）煅烧速度高

（产品活性大）过程向可逆逼近

（热效率高）易大规模生产高固气比悬浮预热器系统悬浮煅烧炉悬浮冷却系统图15悬浮态煤矸石煅烧新工艺第42页，共50页，2023年，2月20日，星期一43新工艺的全套流程图16新煅烧工艺流程图第43页，共50页，2023年，2月20日，星期一444.3地质聚合物(Geopolymers)

胶凝材料的研究悬浮态高温快速生产的高岭石细粉中的主要成分是高活性的SiO2和Al2O3，它们在细粉中的总含量为70～80％。正如前面所示，这些细粉不仅可象粉煤灰一样作为混凝土的重要组分，而且在某些激发剂的作用下可形成凝胶。(称为地质聚合物胶凝材料）。聚合原理（说法各异）：经快速煅烧所得的偏高岭土是一种由不定形的[SiO4]四面体和[SiO6]八面体组成的层状结构，当加入碱液后，在化学能的作用下，这种层状结构中的Si-O-Si或Si-O-Al键会打开，形成低聚合度的物质，经重组和缩聚后，形成Si-O四面体和Al-O四面体的共氧连接而成的三维网状结构的聚合物，其它的阳离子(Na+,K+,Ca2+,H3O+)则在该网状结构的空腔中平衡四配位的Al3+的负电荷。第44页，共50页，2023年，2月20日，星期一45地质聚合物胶凝材料的网状结构图17地质聚合物胶凝材料的网状结构第45页，共50页，2023年，2月20日，星期一46地质聚合物材料的力学性能性能聚合物胶凝材料普通水泥玻璃陶瓷合金密度（g/cm3）2.2～2.72.32.53.02.7弹性模量（GPa）50207020070抗拉强度(MPa)30～1901.6