第十章固體廢物制備建筑材料

1、第十章 固體廢物制備建筑材料10.1 10.1 工業(yè)固體廢物的綜合利用工業(yè)固體廢物的綜合利用 工業(yè)固體廢物：主要包括冶金、化學(xué)、機(jī)械等工業(yè)工業(yè)固體廢物：主要包括冶金、化學(xué)、機(jī)械等工業(yè) 生產(chǎn)部門的固體廢物。生產(chǎn)部門的固體廢物。冶金工業(yè)：高爐渣、赤泥、鋼渣冶金工業(yè)：高爐渣、赤泥、鋼渣電力工業(yè)：粉煤灰和燃煤爐渣；電力工業(yè)：粉煤灰和燃煤爐渣；化學(xué)工業(yè)：硫鐵礦燒渣、鉻渣和堿渣。化學(xué)工業(yè)：硫鐵礦燒渣、鉻渣和堿渣。鋼渣鋼渣高爐渣高爐渣一、高爐渣的資源化一、高爐渣的資源化 （一）概述（一）概述 1.來源：生鐵冶煉時從高爐中排出的廢物。來源：生鐵冶煉時從高爐中排出的廢物。 2. 分類分類（1）按照冶煉生鐵的品種

2、分類）按照冶煉生鐵的品種分類 鑄造生鐵礦渣；鑄造生鐵礦渣； 煉鋼生鐵礦渣；煉鋼生鐵礦渣； 特種生鐵礦渣。特種生鐵礦渣。 （2）按照礦渣的堿度分）按照礦渣的堿度分 堿性礦渣；堿性礦渣； 中性礦渣；中性礦渣； 酸性礦渣。酸性礦渣。高爐渣的堿度或堿性率高爐渣的堿度或堿性率，（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)堿性氧化物堿性氧化物 酸性氧化物酸性氧化物3.3.組成組成 主要化學(xué)成分：主要化學(xué)成分： SiO2 、 Al2O3 、CaO、MgO、MnO Fe2O3和和S等。等。 其中其中SiO2、Al2O3 、CaO占占90%以上。以上。 4.目前利用率：目前利用率

3、：85%左右左右 我國高爐渣大部分屬于中性礦我國高爐渣大部分屬于中性礦渣，渣， M0=0.991.08。屬于硅酸鹽材屬于硅酸鹽材料，適于加工制作水泥、碎石、骨料，適于加工制作水泥、碎石、骨料等建筑材料。料等建筑材料。（二）高爐渣的綜合利用1.水渣作建材（1）礦渣硅酸鹽水泥：我國產(chǎn)量最大品種（2）石膏礦渣水泥：適用于水工建筑混凝土和預(yù)制砌塊（3）石灰礦渣水泥：（4）礦渣磚（5）礦渣混凝土2.礦渣碎石的利用（1）配制礦渣碎石混凝土（2）在地基工程中的應(yīng)用（3）在道路工程中的應(yīng)用（4）在鐵路道碴上的應(yīng)用3.膨珠作輕骨料4.其他應(yīng)用（1）生產(chǎn)礦渣棉（2）生產(chǎn)微晶玻璃高爐渣混凝土水泥礦渣棉（一）概述（一

4、）概述1.來源： 煉鋼過程中排出的廢渣。鐵水與廢鋼中所含元素氧化氧化物、金屬爐料帶入的雜質(zhì)、加入的造渣劑&氧化劑、脫硫產(chǎn)物和被侵蝕的爐體材料等組成。二、鋼渣的資源化二、鋼渣的資源化 2.組成 由鈣、鐵、硅、鎂、鋁、錳、磷等氧化物組成，其中鈣、鐵、硅氧化物占絕大部分。 主要礦物組成為硅酸三鈣、硅酸二鈣、橄欖石、鐵酸二鈣、游離石灰等。3.性質(zhì)性質(zhì)堿度：R=CaO/(SiO2+P2O5)，低堿度渣、中堿度渣、高堿度渣。活性：鋼渣中具有水硬膠凝性活性礦物的含量。隨堿度而變化。穩(wěn)定性：鋼渣中不穩(wěn)定組分的含量，只有fCaO（游離氧化鈣）、 MgO等基本消解完后才會穩(wěn)定。耐磨性：耐磨程度與礦物組成和

5、結(jié)構(gòu)有關(guān)。耐磨指數(shù)為1.43 ，比 高爐渣耐磨。目前利用率61%以上。0.781.8 1.82.5 2.5利用以中高利用以中高堿度渣為主堿度渣為主（二）（二） 鋼渣的綜合利用鋼渣的綜合利用1. 用作冶金原料用作冶金原料（1）作燒結(jié)熔劑）作燒結(jié)熔劑 鋼渣含40%50%CaO，代替部分石灰石做燒結(jié)配料。（2）作高爐或化鐵爐熔劑作高爐或化鐵爐熔劑 另含有10%30% 的Fe和2%的Mn。做熔劑不但能回收鐵，還可把CaO和MgO作為助熔劑，從而節(jié)省大量石灰石和白云石資源（3）回收廢鋼鐵：回收廢鋼鐵： 一般含有710% 的廢鋼及鋼粒。加工磁選后可回收90%的廢鋼鐵。（4）作煉鋼返回渣）作煉鋼返回渣磷含量

6、高的鋼渣熔劑磷含量高的鋼渣熔劑2.用于建筑材料用于建筑材料（1）生產(chǎn)鋼渣水泥）生產(chǎn)鋼渣水泥 高堿度鋼渣含有和水泥相類似的硅酸三鈣、硅酸二鈣及鐵鋁酸鹽等活性物質(zhì)，具有好的水硬膠凝性。 可成為生產(chǎn)無熟料或少熟料水泥的原料，也可作為水泥摻和料。但早期強(qiáng)度低，性能不夠穩(wěn)定。鋼渣水泥我國目前生產(chǎn)的鋼渣水泥主要有： 以石膏作激發(fā)劑的無熟料鋼渣礦渣水泥 以水泥熟料為激發(fā)劑的鋼渣水泥（2）作筑路與回填工程材料）作筑路與回填工程材料做工程材料有基本要求3.用于農(nóng)業(yè)（1）作鋼渣磷肥 是一種以鈣、硅為主含多種養(yǎng)分的具有速效又有后勁的復(fù)合礦質(zhì)肥料。其中還含有微量的鋅、錳、鐵、銅等元素，冶煉過程中經(jīng)高溫煅燒，溶解度大大

7、改變，主要成分易溶量達(dá)全量的1/31/2，容易被植物吸收。鋼渣磷肥：西歐地區(qū)使用多施用時注意： 宜做基肥不做追肥使用；宜與有機(jī)肥混拌后再施用；不宜與氮素化肥混合施用；注意與土壤的酸堿性相結(jié)合。（2）做硅肥 ：硅是水稻生長需求量較硅是水稻生長需求量較大的元素，用于增產(chǎn)水稻。大的元素，用于增產(chǎn)水稻。（3）做酸性土壤改良劑 粉煤灰是燃煤電廠排出的主要污染物，煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成一種似火山灰質(zhì)混合材料。長期以來主要堆積于貯存場或直接排入江河中，不僅占用大量農(nóng)田 ，更可惜的是排棄粉煤灰浪費了大量寶貴的礦物資源，它還通過水體污染侵害人們身體健康，給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。三、粉煤灰的資源化三、粉煤灰的資源化

8、（一）粉煤灰概述（一）粉煤灰概述粉煤灰實際上是煤的非揮發(fā)物殘渣。它是煤粉進(jìn)入 1 300 1 500 的爐膛，在懸浮燃燒后產(chǎn)生的3 種固體產(chǎn)物的總和，包括: 漂灰，它是從煙囪中漂出來的細(xì)灰粉煤灰，又稱飛灰，它是煙道氣體中收集的細(xì)灰爐底灰，是從爐底中排出的爐渣中的細(xì)灰。 一般煙煤的灰分含量都小于25 % ，而褐煤，低品級煙煤、無煙煤，以及石煤灰分含量較高，有的高達(dá)50 %以上，故排放出粉煤灰也較多。1.組成組成 化學(xué)組成與粘土質(zhì)相似，主要成分為SiO2、Al2O3、 Fe2O3、CaO和未燃炭，其余為少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。 礦物組成十分復(fù)雜，主要有無定形相和結(jié)

9、晶相兩大類。無定形相主要為玻璃體約占粉煤灰總量的50%80%。（二）粉煤灰性質(zhì)（二）粉煤灰性質(zhì)3.性質(zhì)性質(zhì)（1）物理性質(zhì)）物理性質(zhì)： 灰色或灰白色粉狀物；含碳量大的粉煤灰呈灰黑色。具灰色或灰白色粉狀物；含碳量大的粉煤灰呈灰黑色。具有較大內(nèi)表面積的多孔結(jié)構(gòu)，多半呈玻璃狀。有較大內(nèi)表面積的多孔結(jié)構(gòu)，多半呈玻璃狀。（2）活性：活性： 指粉煤灰在和石灰、水混合后所顯示的凝結(jié)硬化性能。指粉煤灰在和石灰、水混合后所顯示的凝結(jié)硬化性能。 粉煤灰含有較多活性氧化物，分別與氫氧化鈣反應(yīng)粉煤灰含有較多活性氧化物，分別與氫氧化鈣反應(yīng)較較穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，與石灰、水泥熟料等堿性穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣

10、，與石灰、水泥熟料等堿性物質(zhì)混合加水拌合后，能凝結(jié)、硬化并具有一定硬度。物質(zhì)混合加水拌合后，能凝結(jié)、硬化并具有一定硬度。我國利用率約30%（三）粉煤灰結(jié)構(gòu)（三）粉煤灰結(jié)構(gòu) 在普通光學(xué)顯微鏡下呈球形，泛貝殼狀光澤，很象粒粒晶瑩珍珠的微珠，在掃描電鏡下觀察，會發(fā)現(xiàn)這些微珠并不像在顯微鏡下看到的中空亮球，而是微珠的外表有許多不規(guī)則的突起，殼壁上可見氣孔，而且大顆粒里面包裹了大量的玻璃微珠，象石榴一樣，粒徑約為6m 壁厚。這就是通常所稱的子母珠或復(fù)珠。 微珠的子母珠包裹結(jié)構(gòu)極大地增加了粉煤灰顆粒的賦存空間，極易使玻璃微珠成為空氣中污染有害元素和微量元素的載體，污染空氣。因此，在粉煤灰的后期處理過程中應(yīng)

11、通過碾磨等方法破壞粉煤灰玻璃微珠的包裹結(jié)構(gòu)，減少賦存空間，同時還能使其中的富鐵微珠的外殼與其所包裹的玻璃微珠分離，達(dá)到提純鐵的目的。（三）粉煤灰的綜合利用（三）粉煤灰的綜合利用1.在水泥工業(yè)和混凝土工程中的應(yīng)用在水泥工業(yè)和混凝土工程中的應(yīng)用（1）代替粘土原料生產(chǎn)水泥 硅酸鹽水泥熟料+粉煤灰+適量石膏粉煤灰水泥。 廣泛用于一般民用、工業(yè)建筑工程及水利和地下工程。（2）作砂漿或混凝土的摻合料 可有效減少水化熱、改善和易性、提高強(qiáng)度、減少干縮率，有效改善混凝土的性能。2.在建筑制品中的應(yīng)用在建筑制品中的應(yīng)用（1）粉煤灰制磚 粉煤灰的成分與黏土帶黏土制磚相似，可替代30%80%的黏土用量。（2）粉煤灰

12、陶粒 特點是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率低、化學(xué)穩(wěn)定性好，比天然石料具有更為優(yōu)良的力學(xué)性能?？捎糜谂渲坪畏N用途的高強(qiáng)度混凝土，可用于工業(yè)與民用建筑、橋梁等方面。3.作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑（1）作土壤改良劑 土壤加入粉煤灰后，容重降低，空隙率增加，通水透氣性得到改善，酸性得到中和，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)得到改善，并具有抑制鹽堿作用，從而有利于微生物生長繁殖，加速有機(jī)物的分解，改善土壤的可耕性；增強(qiáng)作物的防病抗旱能力。（2）作農(nóng)業(yè)肥料 含有大量易溶性硅、鈣、鎂、磷等農(nóng)作 物所必需的營養(yǎng)元素?？勺鞴桠}肥、鈣鎂肥、各種復(fù)合肥、鈣鎂磷肥等。4.回收工業(yè)原料回收工業(yè)原料（1）回收煤炭資源）回收煤炭資源 一般粉煤灰中含碳516%，含碳大于10%的占30% 。含碳量多多粉煤灰建材的質(zhì)量有不良影響，也浪費了資源。 方法： 浮選法（回收率85%94%）和干灰靜電分選煤炭（回收率85%90% ）。（2）回收金屬物質(zhì)）回收金屬物質(zhì) 粉煤灰中含有氧化鐵、氧化鋁和大量稀有金屬。 方法： 磁選回收（回收率40%）。鋁的回收主要有高溫熔