常見(jiàn)廢渣的再利用技術(shù)研究

1、資源與環(huán)境工程學(xué)院礦物加工技術(shù)在二次資源領(lǐng)域的應(yīng)用武漢理工大學(xué) 張一敏 教授張一敏張一敏 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué)2011.11礦物加工技術(shù)礦物加工技術(shù)在二次資源領(lǐng)域的應(yīng)用在二次資源領(lǐng)域的應(yīng)用資源與環(huán)境工程學(xué)院 引 言1 硫酸渣的綜合利用2 石煤提釩3 鐵尾礦的綜合利用4 含鋅粉塵的資源化利用資源與環(huán)境工程學(xué)院1.1 1.1 二次資源的定義二次資源的定義 自然資源（一次資源）：自然資源（一次資源）：在一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，對(duì)人類有用的一切物質(zhì)和非物質(zhì)的總稱。 從廣義上說(shuō)，自然資源包括全球范圍內(nèi)的一切要素，既包括地質(zhì)進(jìn)化過(guò)程中無(wú)生命的物理成分，又包括地球演變中的產(chǎn)物。 1.1.二次資源的定義及分類

2、二次資源的定義及分類資源與環(huán)境工程學(xué)院 二次資源（再生資源）二次資源（再生資源）: :即一般意義上的廢棄物資源(城市礦業(yè)) 。 可定義為，在社會(huì)生產(chǎn)、流通、消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生的不再具有原使用價(jià)值并以各種形態(tài)存在，但可以通過(guò)某些綜合利用加工、回收等途徑，使其重新獲得使用價(jià)值的各種廢棄物的總稱。 廢渣工業(yè)生產(chǎn)廢氣廢水尾礦粉塵廢舊金屬秸稈農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢橡膠生產(chǎn)生活廢紙電子廢物廢塑料家畜糞便稻殼資源與環(huán)境工程學(xué)院1.2 1.2 二次資源的分類二次資源的分類固體二次資源 非固體二次資源A.礦業(yè)固體二次資源B.鋼鐵冶金固體二次資源 C.有色冶煉固體二次資源D.化工固體二次資源E.煤系固體二次資源A.二次水資源B.

3、二次氣資源資源與環(huán)境工程學(xué)院1.3 1.3 二次資源利用現(xiàn)狀二次資源利用現(xiàn)狀 礦物加工技術(shù) 用于二次資源利用： 實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)： （1）緩解資源衰竭速度； （2）提升資源承載能力； （3）保證社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。資源與環(huán)境工程學(xué)院1.3.1 1.3.1 礦業(yè)固體二次資源礦業(yè)固體二次資源煤矸石鐵礦廢石有色金屬礦廢石金礦廢石化工廢石總廢石達(dá)總廢石達(dá)162.3162.3億億t t，累計(jì)堆存尾礦累計(jì)堆存尾礦5050億億t t。綜合開發(fā)平均利用率僅為8.2%；大中型礦山約有30%開展了綜合利用，綜合利用率約為25%；完全沒(méi)有利用的為45%。資源與環(huán)境工程學(xué)院1.3.2 1.3.2 鋼鐵冶金固體二次資源鋼

4、鐵冶金固體二次資源 主要有：高爐渣、鋼渣、各類含鐵塵泥等。 目前，二次渣塵大多仍采取二次轉(zhuǎn)移處理； 在線循環(huán)利用，僅在一些新建項(xiàng)目中出現(xiàn)。 高爐渣高爐渣的回收利用率：的回收利用率：中國(guó)日本德國(guó)英、美資源與環(huán)境工程學(xué)院1.3.3 1.3.3 有色冶煉固體二次資源有色冶煉固體二次資源 主要渣種：銅渣、鉛鋅渣、鎳渣(大多水淬處理) 主要成分：SiO2。目前75%的銅渣、50%的鉛鋅渣用作水泥原料， 60%鎳渣作填埋，亟待提升其綜合利用率。 如鋅廢渣：多采用磁選法、回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法處理技術(shù)。 1.3.4 1.3.4 化工固體二次資源化工固體二次資源 化工固廢：棄物種類多，有毒物質(zhì)含量高，產(chǎn)生量大 產(chǎn)

5、 生 量：t產(chǎn)品通?？僧a(chǎn)生1-3t固廢，個(gè)別高達(dá)10-12t 如硫酸渣：多采取螺旋溜槽等分選技術(shù) 高PO43-、Fe2+、Zn2+渣，多采用物理、化學(xué)選礦處理。資源與環(huán)境工程學(xué)院1.3.5 1.3.5 煤系固體二次資源煤系固體二次資源 約占煤炭產(chǎn)量的15%； 每年排放量達(dá)1億t以上，約占全國(guó)工業(yè)廢渣 排放量的1/4。煤矸石 主要來(lái)自火力發(fā)電廠煤燃燒煙氣中收集的細(xì)灰； 目前，年排放量由原來(lái)的7000萬(wàn)t/a增加到1億t/a； 全國(guó)已累計(jì)堆存粉煤灰13億t之多。粉煤灰 對(duì)含碳較高的煤矸石可用水力旋流器、重介質(zhì)、跳汰等回收有價(jià)組分； 對(duì)高含硫鐵礦的煤矸石可通過(guò)跳汰機(jī)等設(shè)備回收硫鐵礦。資源與環(huán)境工程學(xué)

6、院2.1 2.1 硫酸渣的來(lái)源與組成硫酸渣的來(lái)源與組成2.1.1 2.1.1 來(lái)源來(lái)源 來(lái)自焙燒硫鐵礦利用接觸法生產(chǎn)硫酸過(guò)程。 生產(chǎn)1噸硫酸產(chǎn)生0.7-1.01t硫酸渣； 近1億t/a，少量作水泥摻合料； 大部長(zhǎng)期廢棄堆放，形成區(qū)域公害。2.2.硫酸渣的綜合利用硫酸渣的綜合利用資源與環(huán)境工程學(xué)院2.1.2 2.1.2 硫酸渣的特性硫酸渣的特性（1）化學(xué)組成組成TFeCuPbSSiO2Zn含量/%27-630.18-0.500.015-0.200.12-3.436.7-370.02-0.72（2 2）粒度組成）粒度組成粒級(jí)/mm0.250.15-0.250.10-0.150.074-0.100.

7、06-0.0740.044-資源與環(huán)境工程學(xué)院F武漢鋼鐵集團(tuán)、本溪鋼鐵集團(tuán)等；F各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于國(guó)內(nèi)、外同類產(chǎn)品先進(jìn)指標(biāo) 。武鋼硫酸渣處理工程山東江北化工總廠分選工程工程實(shí)例工程實(shí)例: :資源與環(huán)境工程學(xué)院2.2.2 2.2.2 硫酸渣浸出硫酸渣浸出- -磁選工藝磁選工藝 某些Au、Ag等含量較高的硫酸渣，可采用浸出-磁選技術(shù)，回收貴金屬和鐵精礦。 工藝原理： 金、銀在有氧存在的氰化溶液中與氰化物反應(yīng)，生成金氰絡(luò)離子，然后用鋅置換，再經(jīng)冶煉得到成品金、銀，最后利用弱磁磁選機(jī)將硫酸渣磁選得精鐵礦。 4Au+8NaCN+O2+2H2O4NaAu(CN)2+4NaOH2Au(CN)2-+Zn2Au

8、+Zn(CN)42-資源與環(huán)境工程學(xué)院典型工藝流程：典型工藝流程：燒渣磨礦分級(jí)浸出洗滌磁 選鐵精礦凈化尾砂置換冶煉金銀 主要工序：磨礦、浸出、洗滌、置換、磁選和凈化等； 主要指標(biāo)：浸出率68%，洗滌率96%，置換率98%；氰化回收率64%。資源與環(huán)境工程學(xué)院2.2.3 2.2.3 硫酸渣生產(chǎn)氧化球團(tuán)硫酸渣生產(chǎn)氧化球團(tuán) 當(dāng)硫酸渣精礦中鐵含量達(dá)到60%左右，在適當(dāng)原料配伍前提下，經(jīng)細(xì)磨或潤(rùn)磨可獲得滿足冶煉要求的氧化球團(tuán)。 主要原料：硫酸渣精礦、鋼渣超細(xì)粉以及膨潤(rùn)土。 硫酸渣超極限螺旋溜槽硫酸渣精礦造 球焙 燒球團(tuán)礦成品倉(cāng)尾 渣干 燥水泥廠排水微細(xì)鋼渣粘結(jié)劑微細(xì)鋼渣和膨潤(rùn)土微細(xì)鋼渣和膨潤(rùn)土可可明顯改

9、善成球性及生明顯改善成球性及生球和熟球強(qiáng)度，提高球和熟球強(qiáng)度，提高球團(tuán)的固結(jié)性能和冶球團(tuán)的固結(jié)性能和冶金性能。金性能。資源與環(huán)境工程學(xué)院2.2.4 2.2.4 硫酸渣的其他利用硫酸渣的其他利用 （1 1）生產(chǎn)磁性材料）生產(chǎn)磁性材料高品位鐵紅配料混合烘干散料裝缽砂磨機(jī)細(xì)磨混料預(yù)燒冷卻預(yù)燒料SrCO3、其他添加劑硫鐵礦燒渣、水、硫酸、催化劑和助聚調(diào)節(jié)劑反應(yīng)釜中反應(yīng)固化晾干粉碎包裝產(chǎn)品 （2 2）制備凈水劑）制備凈水劑資源與環(huán)境工程學(xué)院（3 3）生產(chǎn)氧化鐵顏料）生產(chǎn)氧化鐵顏料空氣綠礬溶液氨水還原結(jié)晶溶解氧化機(jī)械活化過(guò)濾洗滌干燥硫鐵礦酸浸硫酸渣鐵黃研磨氧化晶種 上述工藝可制得大小均勻的針形顆粒鐵黃產(chǎn)品

10、，長(zhǎng)軸平均為1.152m，短軸平均為0.15m。產(chǎn)品為-FeOOH，性能優(yōu)于GB1863-89產(chǎn)品質(zhì)量。資源與環(huán)境工程學(xué)院3.1 3.1 石煤的性質(zhì)石煤的性質(zhì)3.1.1 3.1.1 石煤的成因和特點(diǎn)石煤的成因和特點(diǎn)低等生物（藻類、菌類、浮游生物）腐泥化作用腐泥成巖作用腐泥煤變質(zhì)作用石煤 石煤石煤 : : 一種黑色含碳頁(yè)巖，是存在于震旦系、寒武系、志留系等古老地層中的一種早古生代煤。u 碳、氫含量低，發(fā)熱量低 熱值一般4000-5000kJ/kgu 灰分高，S含量較大 灰分70-88%，S 2-5%，多來(lái)自FeS2u 比重大，結(jié)構(gòu)致密，硬度較高，難磨u 除釩外，大部分伴生元素（Mo，U，Se，C

11、u，Cd，Ag等）一般均低于工業(yè)開采品位特點(diǎn)特點(diǎn) : :3.3.石煤提釩石煤提釩資源與環(huán)境工程學(xué)院3.1.2 3.1.2 我國(guó)石煤分布及其中釩的儲(chǔ)量我國(guó)石煤分布及其中釩的儲(chǔ)量 我國(guó)石煤資源分布示意圖典型含釩頁(yè)巖礦石典型含釩頁(yè)巖礦石廣泛分布于南方各省，蘊(yùn)藏量巨大；用于燃燒發(fā)電、制作建材等，綜合開發(fā)利用程度低；是我國(guó)特有的一種含釩資源。資源與環(huán)境工程學(xué)院 貴州 8.3河南 4.4陜西 15.2湖南187.2湖北 126.6浙江106.6安徽74.6江西128.8廣西68.3省份湖南湖北廣西江西浙江安徽貴州陜西河南合計(jì)石煤/億t187.225.6128.868.3106.474.68.315.24.

12、4618.8V2O5/萬(wàn)t4045.8605.324002277.61894.711.2562.411797.0u V2O5儲(chǔ)量達(dá)1.18億噸，超過(guò)國(guó)外總儲(chǔ)量u 是國(guó)內(nèi)釩鈦磁鐵礦石中V2O5儲(chǔ)量7倍國(guó)家經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量基礎(chǔ)儲(chǔ)量中國(guó)9002500南非9002100俄羅斯9001250美國(guó)0.8700其他-180總和27006800 釩鈦磁鐵礦中V2O5（萬(wàn)t）資源與環(huán)境工程學(xué)院釩釩冶金工業(yè)冶金工業(yè)國(guó)防國(guó)防/ /宇航宇航/有色有色核工業(yè)核工業(yè)/船舶船舶化工化工高端催裂化劑高端催裂化劑釩電新能源釩電新能源提高鋼的強(qiáng)度、耐提高鋼的強(qiáng)度、耐熱性、韌性、延展熱性、韌性、延展性性硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材料及硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材

13、料及核反應(yīng)堆材料、噴氣發(fā)核反應(yīng)堆材料、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架動(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架環(huán)保、高容量、瞬時(shí)充環(huán)保、高容量、瞬時(shí)充電；用于手提式電子裝電；用于手提式電子裝置、電動(dòng)汽車和計(jì)算機(jī)置、電動(dòng)汽車和計(jì)算機(jī)改變材料結(jié)構(gòu)、降低輻改變材料結(jié)構(gòu)、降低輻射；生產(chǎn)高端催裂化劑射；生產(chǎn)高端催裂化劑及顏料、涂料等及顏料、涂料等85%10%4%1%資源與環(huán)境工程學(xué)院釩釩冶金工業(yè)冶金工業(yè)國(guó)防國(guó)防/ /宇航宇航/有色有色核工業(yè)核工業(yè)/船舶船舶化工化工高端催裂化劑高端催裂化劑釩電新能源釩電新能源提高鋼的強(qiáng)度、耐提高鋼的強(qiáng)度、耐熱性、韌性、延展熱性、韌性、延展性性硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材料及硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材料及核反應(yīng)堆材料、噴

14、氣發(fā)核反應(yīng)堆材料、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架動(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架環(huán)保、高容量、瞬時(shí)充環(huán)保、高容量、瞬時(shí)充電；用于手提式電子裝電；用于手提式電子裝置、電動(dòng)汽車和計(jì)算機(jī)置、電動(dòng)汽車和計(jì)算機(jī)改變材料結(jié)構(gòu)、降低輻改變材料結(jié)構(gòu)、降低輻射；生產(chǎn)高端催裂化劑射；生產(chǎn)高端催裂化劑及顏料、涂料等及顏料、涂料等85%10%4%1%資源與環(huán)境工程學(xué)院燃料電池潛艇燃料電池潛艇u“9.11”事件后，各國(guó)從國(guó)家安全出發(fā)，釩已成為事件后，各國(guó)從國(guó)家安全出發(fā)，釩已成為本世紀(jì)最重要的本世紀(jì)最重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源之一，其地位和作用之一，其地位和作用長(zhǎng)期不可替代。長(zhǎng)期不可替代。u全球釩產(chǎn)品需求以每年全球釩產(chǎn)品需求以每年3

15、0%以上的速度遞增以上的速度遞增2009年年全球用量缺口約占總需求量的全球用量缺口約占總需求量的60%。資源與環(huán)境工程學(xué)院石煤中釩的品位石煤中釩的品位 石煤中釩品位相差懸殊，一般為0.1%-1.1%，小于邊界品位0.5%的占60%。通常0.5%以上才具有工業(yè)開采價(jià)值。 在目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，大于0.7%以上，才可具有競(jìng)爭(zhēng)力。 (V2O5)/%0.10.1-0.30.3-0.50.5-0.11%占有率/%資源與環(huán)境工程學(xué)院3.1.3 3.1.3 石煤中釩的賦存狀態(tài)石煤中釩的賦存狀態(tài)（1） 以類質(zhì)同象賦存于硅鋁酸鹽礦物晶格 V3+或少量V4+取代Al3+，進(jìn)入鋁氧八面體結(jié)構(gòu)，呈類質(zhì)同象存在，形成含

16、釩云母。含釩云母K2O2H2O3Al2O36SiO2 K2O2H2O3（Al、V）O36SiO2 釩在石煤中最常見(jiàn)的賦存方式；結(jié)合緊密，提取較為困難。資源與環(huán)境工程學(xué)院（2）以吸附態(tài)存在 這類釩主要以V4+和V5+為主，以吸附態(tài)存在于氧化鐵和高嶺土等礦物表面。此外，也有部分釩與富含O、N、S的有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)絡(luò)合物，例如釩卟啉。 所占比例較少，在氧化型石煤中較多見(jiàn)； 結(jié)合松散，較容易浸出。（3）以獨(dú)立礦物形式存在 主要以含釩石榴石、含釩電氣石、橙釩鈣石、含釩鍺石等獨(dú)立礦物存在，但這些含釩礦物在石煤中存在情況較少。 釩在石煤中多以單一價(jià)態(tài)和相鄰兩種價(jià)態(tài)存在，較少以三種價(jià)態(tài)共存釩卟啉資源與環(huán)境工程學(xué)

17、院石煤提釩的技術(shù)難點(diǎn)：石煤提釩的技術(shù)難點(diǎn)：解除釩礦物晶格束縛解除釩礦物晶格束縛 含釩頁(yè)巖中85%以上的釩以V3+類質(zhì)同象存在，不溶于水、酸、堿。 須在強(qiáng)氧化狀態(tài)下將其轉(zhuǎn)價(jià)為高價(jià)態(tài)提取。低價(jià)釩（低價(jià)釩（V3+）高價(jià)釩高價(jià)釩（V5+）污染控制污染控制資源化利用資源化利用資源與環(huán)境工程學(xué)院第一步: 氧化轉(zhuǎn)溶第二步: 浸 出第三步: 沉 釩V3+ V4+ V5+ 化合鈉化焙燒、鈣化焙燒、空白焙燒、生物細(xì)菌氧化、拌酸氧化等水浸、酸浸、堿浸、氨浸 凈化、富集、沉釩、煅燒3.2 3.2 典型石煤提釩工藝典型石煤提釩工藝石煤提釩基本過(guò)程：石煤提釩基本過(guò)程：資源與環(huán)境工程學(xué)院 工藝流程：工藝流程： 焙燒轉(zhuǎn)價(jià)率5

18、3%； 水解沉粗釩V2O5回收 率92%-96%； 精制V2O5回收率90%-93%； V2O5總回收率45%。 主要技術(shù)指標(biāo)尾渣石煤V2O5制粒細(xì)磨脫碳NaCl水浸水浸液多聚釩酸鹽H2SO4或HCl焙燒粉碎煅燒廢氣溶解偏釩酸銨氨水3.2.1 3.2.1 鈉化焙燒提釩工藝鈉化焙燒提釩工藝資源與環(huán)境工程學(xué)院焙 燒： 添加NaCl，分解產(chǎn)生氯氣促進(jìn)釩的氧化轉(zhuǎn)價(jià) 4NaCl + O2 = 2Na2O + 2Cl2 2V2O3 + O2 = 2V2O4 3Cl2 + 3V2O4 = 2VOCl3 + 2V2O5 4VOCl3 + 3O2 = 2V2O5 + 6Cl2 xNa2O + yV2O5 = x

19、Na2OyV2O5 水解沉釩：在pH2時(shí)形成多聚釩酸鹽的沉淀 6Na4H2V10O28+7H2SO4+(n+13)H2O =5Na2V12O31nH2O+7Na2SO4+13H2O 銨鹽沉釩：加入氨水使釩酸根形成釩酸銨（AMV）沉淀 NaVO3 + NH4Cl = NH4VO3+ NaCl 煅 燒：在550左右煅燒AMV生成V2O5產(chǎn)品 2NH4VO3 = V2O5 + H2O(g) + 2NH3 基本原理：基本原理：資源與環(huán)境工程學(xué)院釩回收率低（45%），資源綜合利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重；焙燒過(guò)程需添加大量NaCl（200-250kg/t原礦），產(chǎn)生嚴(yán)重的HCl、Cl2和SO2煙氣污染；沉釩廢水鹽

20、度很高，嚴(yán)重污染流域環(huán)境；焙燒采用平窯，占地面積大，生產(chǎn)能力?。?00t /a）， 不適宜大規(guī)模生產(chǎn)；最終產(chǎn)品純度低（55% 酸浸率65-98% 萃取率99% 反萃率95% 偏釩酸銨回收率99% 釩總回收率50% 主要技術(shù)指標(biāo) 空-酸提釩工藝流程：資源與環(huán)境工程學(xué)院焙燒：無(wú)添加劑，利用空氣在高溫下直接氧化低價(jià)釩 2V2O3 + O2 = 2V2O4；2V2O4 + O2 = 2V2O5 萃?。合壤眠€原劑還原V5+，然后利用萃取劑（P204和TBP）萃取V4+ 2VO2+ + SO32- + 2H+ = 2VO2+ + H2O + SO42- VO2+ + (HR2)PO4(o) VOR2PO

21、4(o) + H+ 反萃并氧化：一般用硫酸從負(fù)載有機(jī)相中反萃釩，并利用氧化劑氧化 6VO2+ + ClO3- + 3H2O = 6VO2+ + Cl- + 6H+ 沉釩：利用銨鹽在pH=1.92.2條件下形成多聚釩酸銨沉淀 6(VO2)2SO4+(NH4)2SO4+(n+7)H2O = (NH4)2V12O31nH2O+7H2SO4煅燒： (NH4)2V12O31nH2O = 3V2O5 + (n+1)H2O(g) + 2NH3 基本原理：基本原理：資源與環(huán)境工程學(xué)院空白焙燒消除了Cl2、HCl等污染，但由于不添加任何添加劑，焙燒過(guò)程中釩的氧化轉(zhuǎn)價(jià)率較低，影響釩的浸出；對(duì)原礦具有一定的選擇性；

22、主要適合氧化型石煤礦石；對(duì)于云母型石煤，酸浸出率一般較低；由于采用酸浸，酸浸液中的釩需采取萃取方式加以富集和提純，增加了工藝復(fù)雜度；主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：資源與環(huán)境工程學(xué)院 利用V2O5易溶于堿的原理，將焙燒樣中的釩用強(qiáng)堿溶液浸出。石煤空白制粒焙燒煅燒離子交換堿浸除硅銨鹽沉釩V2O5采用強(qiáng)堿性浸出，浸出液中SiO2含量很高，對(duì)除雜要求較高；浸出耗堿量大，且中和需要大量酸，生產(chǎn)成本較高；對(duì)原礦選擇性較強(qiáng)。中和空-堿提釩工藝流程：資源與環(huán)境工程學(xué)院原則流程：3.2.3 3.2.3 鈣化焙燒鈣化焙燒- -堿堿/ /酸浸工藝酸浸工藝焙燒堿浸固液分離酸浸銨鹽沉釩煅燒V2O5萃取/離子交換銨鹽沉釩煅燒V2O

23、5石煤+鈣添加劑資源與環(huán)境工程學(xué)院Ca(VO3)2+4H+=Ca2+2VO2+2H2OCa(VO3)2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaVO3 Ca(VO3)2+2NH4HCO3+OH-=2VO3-+2NH4+CaCO3+2H2O V2O5 + CaO = Ca(VO3)2 （偏釩酸鈣） V2O5 + 2CaO = Ca2V2O7 （焦釩酸鈣）V2O5 + 3CaO = Ca3(VO4)2 （正釩酸鈣） 在焙燒過(guò)程中添加石灰、石灰石等，使其與釩生成不同的釩酸鈣鹽： 利用碳酸鈣溶解度小于釩酸鈣鹽的特點(diǎn)，用碳酸鹽將釩酸根置換出： 也可利用釩酸鈣鹽溶于酸的特性用酸將其溶出：原原 理：理：

24、資源與環(huán)境工程學(xué)院工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)： 鈣化焙燒不會(huì)產(chǎn)生Cl2、HCl等污染，焙燒過(guò)程可固硫，對(duì)環(huán)境友好； 對(duì)礦石具有一定的選擇性，對(duì)石煤原生礦焙燒和浸出效果不佳； 鈣化焙燒相對(duì)鈉化焙燒需要較長(zhǎng)的焙燒時(shí)間和焙燒溫度，能耗較高； 含鈣添加劑的加入增加了酸耗。如：采用碳酸鹽浸出則需要在CO2壓力下進(jìn)行，設(shè)備復(fù)雜，工 業(yè)上實(shí)現(xiàn)難度大，另外生成的CaCO3沉淀分離較為困難。資源與環(huán)境工程學(xué)院利用強(qiáng)酸直接將石煤中的釩浸出： 3.2.4 3.2.4 直接酸浸工藝直接酸浸工藝 工藝原理：V2O5 + H2SO4 = (VO2)2SO4 + H2OV2O4 + 2H2SO4 = 2VOSO4 + 2H2O V

25、2O3 + H2SO4 = (VO)2SO4 + H2O 原則流程：石煤酸浸除雜煅燒還原萃取銨鹽沉釩V2O5氧化反萃資源與環(huán)境工程學(xué)院 工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)：原礦不經(jīng)焙燒，消除了污染性氣體，降低了能耗；能適應(yīng)高價(jià)態(tài)和吸附態(tài)氧化礦石，對(duì)原生礦，則需較高濃度的酸浸出，酸耗高；浸出過(guò)程多采用堆浸、池浸和攪拌浸出，浸出時(shí)間較長(zhǎng)，影響生產(chǎn)規(guī)模。資源與環(huán)境工程學(xué)院 雙循環(huán)提釩工藝流程 ：水浸二水浸一稀酸浸浸出渣富釩液煙氣水浸液水浸渣水浸液釩掃選酸浸液富釩渣氧化復(fù)合焙燒離子交換富集煙氣處理系統(tǒng)酸介質(zhì)廢水沉釩循環(huán)2：低價(jià)釩的循環(huán)氧化循環(huán)1：水溶液中釩的循環(huán)富集含釩頁(yè)巖原礦脫碳立磨混合煅燒V2O5產(chǎn)品3.2.5

26、3.2.5 雙循環(huán)雙循環(huán)- -高效氧化石煤提釩工藝高效氧化石煤提釩工藝資源與環(huán)境工程學(xué)院富釩渣自催化-高效解離-循環(huán)氧化特點(diǎn)：強(qiáng)化對(duì)云母結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化對(duì)云母結(jié)構(gòu)的高效解離破壞高效解離破壞V3+從二八面體束縛中從二八面體束縛中轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)低價(jià)釩的高效循環(huán)氧低價(jià)釩的高效循環(huán)氧化和回收化和回收富釩渣富釩渣提高復(fù)合添加劑提高復(fù)合添加劑利用率利用率 可使釩回收率可使釩回收率75%資源與環(huán)境工程學(xué)院特點(diǎn)：特點(diǎn)： 鈉鹽用量鈉鹽用量4%，低于國(guó)家，低于國(guó)家11%的低鈉要求；的低鈉要求； 確保了釩的高效回收和無(wú)確保了釩的高效回收和無(wú)污染排放。污染排放。氣氣相相固固相相傳質(zhì)傳質(zhì)方向方向相相界界面面添添

27、加加劑劑含含釩釩礦礦物物O2CiPiP含釩晶格破壞含釩晶格破壞低價(jià)釩氧化低價(jià)釩氧化釩化合物生成釩化合物生成轉(zhuǎn)價(jià)率提高轉(zhuǎn)價(jià)率提高 ：20% 以上以上 復(fù)合添加劑特點(diǎn)：復(fù)合添加劑特點(diǎn)： 催化、增氧、化合催化、增氧、化合 提高鈉鹽利用率提高鈉鹽利用率 解除釩礦物晶格束縛解除釩礦物晶格束縛 降低燒結(jié)包裹程度降低燒結(jié)包裹程度 資源與環(huán)境工程學(xué)院 物料與熱氣流交叉逆向運(yùn)動(dòng)，完成傳熱物料與熱氣流交叉逆向運(yùn)動(dòng)，完成傳熱與反應(yīng)過(guò)程與反應(yīng)過(guò)程 特點(diǎn)： 1）焙燒物料溫度升幅30的小幅升溫精確控制 2）可實(shí)現(xiàn)窄級(jí)別焙燒溫度梯度（780-850 ）變化新型回轉(zhuǎn)窯技術(shù)特點(diǎn)：新型回轉(zhuǎn)窯技術(shù)特點(diǎn)：資源與環(huán)境工程學(xué)院V2O5產(chǎn)

28、品富氧沸騰焙燒酸浸萃取銨鹽沉釩脫氨石煤釩礦3.2.6 3.2.6 一步法沸騰焙燒短流程提釩技術(shù)一步法沸騰焙燒短流程提釩技術(shù)原則工藝：特點(diǎn)：1）合并脫碳、焙燒兩步工藝；2）采取一步富氧沸騰焙燒；3）實(shí)現(xiàn)脫碳與轉(zhuǎn)價(jià)在同一設(shè)備中完成；4）縮短流程、降低成本、穩(wěn)定回收率。資源與環(huán)境工程學(xué)院含釩頁(yè)巖脫碳料排放余熱利用去立磨蒸汽用于浸出與沉釩保證反應(yīng)溫度煙氣去立磨增加磨礦效率外配煤氣助燃沸騰富氧焙燒裝備原理： 1）采取多床結(jié)構(gòu)，增加冷卻床 2）采取輔助燃料系統(tǒng)，改變?nèi)?燒及助燃方式 3）焙燒時(shí)間短 60S 4）實(shí)現(xiàn)低熱值石煤的沸騰燃燒 5）余熱利用率可提高15% 資源與環(huán)境工程學(xué)院4.1 4.1 我國(guó)鐵尾

29、礦的特點(diǎn)我國(guó)鐵尾礦的特點(diǎn)TET約占礦山固體廢棄物的1/3 ，每年排出的鐵尾礦量在6億t以上 排放量大堆存方式單一綜合利用率低種類多組成雜占地、危害環(huán)境粒度較細(xì)絕大部分采用修建尾礦庫(kù)進(jìn)行濕式排放的方式 ，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高綜合利用率不足10% ，遠(yuǎn)落后于其他大宗固體廢棄物分為單金屬類和多金屬類。其中單金屬類又可分為高硅型、高鋁型、高鈣鎂型和低硅型 除干式預(yù)先拋尾外，鐵尾礦粒度小于0.074 mm的可占5075%選礦藥劑和多金屬離子污染河流和土壤，破壞生態(tài)平衡4. 鐵尾礦的綜合利用鐵尾礦的綜合利用資源與環(huán)境工程學(xué)院4.2 4.2 鐵尾礦的資源化途徑鐵尾礦的資源化途徑4.2.1 鐵尾礦再選，綜合回收

30、有價(jià)元素 根據(jù)尾礦中主要金屬元素的含量和存在形式也不同，采用重選、弱磁選、強(qiáng)磁選、浮選或聯(lián)合選別等流程來(lái)回收有價(jià)金屬。 國(guó)內(nèi)具有代表性的應(yīng)用有： (1) 首鋼大石河鐵礦 利用磁選機(jī)對(duì)尾礦進(jìn)行再選，回收有用金屬元素。 尾礦品位降低了1.73%，尾礦磁性鐵損失率由20%下降到10%左右。在入選品位10%時(shí)，金屬回收率由75.75%提高到79.00%。資源與環(huán)境工程學(xué)院 (2) 承鋼黑山鐵礦 采用尾礦磁選機(jī)對(duì)尾礦進(jìn)行再選，再選粗精礦經(jīng)過(guò)高頻振動(dòng)細(xì)篩進(jìn)行篩分，細(xì)粒級(jí)進(jìn)入永磁磁選機(jī)，粗粒級(jí)進(jìn)入球磨機(jī)細(xì)磨后返回高頻振動(dòng)細(xì)篩。 (3) 昆鋼上廠鐵礦 對(duì)品位為22. 00%左右的給礦，采用SLon-1500

31、mm一次粗選、一次精選、高梯度磁選流程選別，可獲得產(chǎn)率13. 00%以上，品位52. 00%左右的精礦。 (4) 梅山鐵礦 尾礦經(jīng)濃縮后用1050 mm1800 mm濕式永磁筒式弱磁選機(jī)進(jìn)行兩次磁選，用2臺(tái)SLon-1500 mm立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)掃選。Fe回收率68.00%，精礦品位56.00%左右，每年可回收鐵精礦78萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。資源與環(huán)境工程學(xué)院4.2.2 4.2.2 鐵尾礦制備建筑材料鐵尾礦制備建筑材料 4.2.2.14.2.2.1鐵尾礦制備墻體材料鐵尾礦制備墻體材料 （a a）燒結(jié)磚）燒結(jié)磚 1 1）工藝流程）工藝流程尾礦配料加水混料壓制成型磚坯干燥燒成尾礦燒結(jié)磚資源與環(huán)境

32、工程學(xué)院（2 2）物理性能）物理性能項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（MU20）泛霜輕度無(wú)、輕度、嚴(yán)重石灰爆裂（mm）30 % ) 中鋅(15-26%) 低鋅(15%) 主要資源化利用技術(shù)：固化或?；ā穹?、火法濕法/火法聯(lián)合法等資源與環(huán)境工程學(xué)院5.2.1 5.2.1 固化或?；ü袒虿；?不回收其中任何金屬，只是通過(guò)直接燒結(jié)或加入某些固化劑后燒結(jié)成塊，目的是生成不滲透基體把粉塵顆粒包裹起來(lái)，使其中的有毒物質(zhì)不被雨水浸出。 代表性技術(shù)： 電弧爐粉塵與添加劑混合后采用一特殊設(shè)計(jì)的加熱爐熔化，產(chǎn)物為晶體且重金屬離子被包裹于中間。 將粉塵與鋁、硅氧化物，石灰以及其他添加劑混合，使重金屬離子氧化還原且沉積

33、于鋁、硅氧化物之中。 固化或?；ㄌ幚黼姞t粉塵的設(shè)備比較簡(jiǎn)單運(yùn)行費(fèi)用較低，但其中有價(jià)金屬未得到回收利用。資源與環(huán)境工程學(xué)院5.2.2 5.2.2 濕法工藝濕法工藝 濕法工藝：是根據(jù)金屬氧化物溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的性質(zhì)，利用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液將粉塵中有價(jià)金屬浸出，再用電解等方法把金屬元素沉積回收。 原則工藝流程：含鋅塵泥焙 燒浸出渣除雜、凈化或富集沉 淀電 解鋅鋅化合物資源與環(huán)境工程學(xué)院常見(jiàn)濕法冶金方法及特點(diǎn)常見(jiàn)濕法冶金方法及特點(diǎn)資源與環(huán)境工程學(xué)院5.2.3 5.2.3 火法工藝火法工藝 火法處理是在高溫條件下處理含鋅鉛粉塵，回收其中部分或全部有價(jià)元素。依據(jù)處理工藝不同，可以分為直接還原、熔融還原、等離子

34、技術(shù)和其他方法等。 5.2.3.1 5.2.3.1 直接還原技術(shù)直接還原技術(shù)Ausmelt CFBFinmetInmetcoFastmetRedsmelt Primus非 焦 煤豎爐流化床回轉(zhuǎn)窯隧道窯轉(zhuǎn)底爐煤氣化SDRSL/RNSPMWaltz ZTT 直接還原技術(shù)又可分為：回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法、流化床法。資源與環(huán)境工程學(xué)院（1 1）回轉(zhuǎn)窯法）回轉(zhuǎn)窯法 工藝流程細(xì)粉含鋅塵泥還原劑濃縮、干燥混合軋鋼鐵鱗添加劑造球壓塊回轉(zhuǎn)窯焙燒燒結(jié)收集裝置高爐或電爐鋅蒸氣金屬化球團(tuán)優(yōu)點(diǎn)：原料適用性強(qiáng)（高、中、低均可），可處理各種含鋅廢料，能充分利用 粉塵各有用成分；缺點(diǎn)：流程復(fù)雜、投資及運(yùn)行成本高，含碳球團(tuán)強(qiáng)度較差

35、，回轉(zhuǎn)窯易結(jié)圈。資源與環(huán)境工程學(xué)院（2 2）轉(zhuǎn)底爐法）轉(zhuǎn)底爐法 工藝原理：生球（或粉料）在爐床上鋪2-3層。逆轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)動(dòng)方向加熱，依靠輻射熱將生球加熱到還原溫度，球團(tuán)中的碳與氧化鋅的還原反應(yīng)隨即開始。轉(zhuǎn)底爐剖視圖轉(zhuǎn)底爐剖視圖Rotary hearth furnacecutaway view 轉(zhuǎn)底爐斷面圖轉(zhuǎn)底爐斷面圖Rotary hearth furnacesection map工藝原理工藝原理 Principle of T資源與環(huán)境工程學(xué)院神戶鋼鐵公司FASTMET廠 轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)底爐FASTMETFASTMET和和FASTMELTFASTMELT工藝工藝 優(yōu)點(diǎn)：還原速度較快，避免了結(jié)圈或結(jié)窯；缺

36、點(diǎn)：殘留雜質(zhì)較高，投資大，運(yùn)行費(fèi)用較高。 資源與環(huán)境工程學(xué)院（3 3）流化床法）流化床法 工藝原理：粉塵經(jīng)過(guò)干燥后使自由水含量降到0.10.2，然后依次經(jīng)過(guò)多個(gè)流化床反應(yīng)器，還原氣體逆向流動(dòng)。粉塵與還原氣逆流接觸完成預(yù)熱、升溫和逐級(jí)還原，最終得到直接還原鐵和獲得鋅灰。粉塵廢料反應(yīng)器旋風(fēng)除塵還原氣體鋅灰金屬化球團(tuán)細(xì)粉反應(yīng)器反應(yīng)器凈化回收資源與環(huán)境工程學(xué)院Circofer 煤還原粉礦的煤還原粉礦的CFB （循環(huán)流化床）工藝（德國(guó)魯奇公司）（循環(huán)流化床）工藝（德國(guó)魯奇公司）優(yōu)點(diǎn): 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件好，絕大部分氧化鐵不參加反應(yīng)，節(jié)省了 還原劑和熱量的消耗；缺點(diǎn)：還原質(zhì)量較差，且由于粉塵粒度細(xì)，造成富集的

37、鋅灰純度 低，同時(shí)流化床操作不易控制，動(dòng)力消耗大。 資源與環(huán)境工程學(xué)院5.2.3.2 5.2.3.2 熔融還原技術(shù)熔融還原技術(shù) 工藝原理：依據(jù)在相同條件下，鐵水中溶解碳，還原熔融FeO的速度要比固體碳或CO還原快10100倍的原理而開發(fā)的。 煤氧氣粉塵、廢料流化床鋅灰液態(tài)生鐵熔融氣化爐還原豎爐優(yōu)點(diǎn)：以煤炭為主要能源，對(duì)原料品位要求不像直接還原那樣嚴(yán)格；缺點(diǎn)：需要大量氧氣或電能，能耗較高。資源與環(huán)境工程學(xué)院熔融還原爐Smelting reduction furnace直接還原廠direct reduction plant熔融還原熔融還原資源與環(huán)境工程學(xué)院5.2.3.3 5.2.3.3 等離子技術(shù)等離子技術(shù) 工藝原理：利用高溫(3000)將通入的燃料氣體分子離解成原子或離子，氣體原子或離子燃燒釋放出高達(dá)20000的火焰，使含鋅粉塵與還原劑在高溫下迅速還原，生成金屬蒸氣?；旌戏蹓m煤炭和沙子過(guò)濾干燥粉碎傳輸轉(zhuǎn)爐等離子發(fā)生器高溫金屬冷凝ZnPb渣回用水資源與環(huán)境工程學(xué)院工藝的特點(diǎn)：工藝的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1）設(shè)備占地面積小、效率高； 2）整個(gè)工藝過(guò)程清潔、無(wú)二次污染；