固體廢物處理與資源化工礦業(yè)固廢的資源化

工礦業(yè)固體廢物的資源化主要內(nèi)容〔工業(yè)、礦業(yè)〕一、資源化的概念二、國內(nèi)外現(xiàn)狀三、資源化的原那么四、資源化的根本途徑五、資源化系統(tǒng)〔綜合處置系統(tǒng)〕第1、2節(jié)要點1.掌握高爐渣、硫鐵礦燒渣和粉煤灰的來源、分類、組成、加工利用的方式和綜合利用的途徑。2.了解鋼渣、鉻渣和堿渣的來源、組成及綜合利用途徑。第一節(jié)工業(yè)固體廢物的資源化第一節(jié)工業(yè)固體廢物的資源化工業(yè)固體廢物：在工業(yè)、交通等消費活動中產(chǎn)生的固體廢物。冶金：高爐渣和鋼渣；電力：粉煤灰；化學(xué)：硫鐵礦燒渣、鉻渣和堿渣。一、高爐渣的資源化〔一〕概述1.來源：冶煉生鐵時從高爐中排出的廢物。鐵礦石、焦炭和助熔劑〔1400~1600℃〕熔融鐵水→生鐵脈石、灰分、助熔劑和雜質(zhì)→高爐渣〔硅酸鹽和鋁酸鹽〕2.分類〔1〕按照冶煉生鐵的種類分類鑄造生鐵礦渣；煉鋼生鐵礦渣；特種生鐵礦渣?！?〕按照礦渣的堿度分堿性礦渣；中性礦渣；酸性礦渣。高爐渣的堿度或堿性率，M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)堿性氧化物酸性氧化物3.組成主要化學(xué)成分：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、FeO和S等。其中，SiO2、Al2O3、CaO占90%以上。我國高爐渣大部分屬于中性礦渣，M0=0.99~1.08。屬于硅酸鹽資料，適于加工制造水泥、碎石、骨料等建筑資料4.目前利用率：85%左右?！捕掣郀t渣的加工和處置1.高爐渣水淬處置工藝將熱熔態(tài)的高爐渣置于水中急速冷卻?！?〕渣池水淬熔渣直接倒入水池〔2〕爐前水淬利用高壓水使高爐渣在爐前沖渣溝內(nèi)淬冷成粒并保送到沉渣池構(gòu)成水渣。根據(jù)過濾方式分為爐前渣池式、水力保送渣池式、攪拌槽泵送法等。2.礦渣碎石工藝高爐渣在指定的渣坑或渣場自然冷卻或淋水冷卻構(gòu)成較為致密的礦渣后，再經(jīng)過發(fā)掘、破碎、磁選和篩分而得到的一種碎石資料?！?〕熱潑法將熔渣分層澆潑在坑內(nèi)或渣場上→噴灑適量水使熱渣冷卻和破裂→采掘、破碎、磁選、篩分加工?！?〕堤式法用渣罐車將熱熔礦渣運至堆渣場，沿鐵路兩側(cè)分層傾倒，待構(gòu)成渣山后，再進展開采——制成各種粒級的重礦渣。3.膨脹礦渣或膨脹礦渣珠消費工藝膨脹礦渣是用適量冷卻水急冷高爐熔渣構(gòu)成的一種多孔輕質(zhì)礦渣?！?〕放射法〔2〕噴霧器塹溝法〔3〕滾筒法〔4〕膨珠的消費工藝〔三〕高爐渣的綜合利用1.水渣作建材〔1〕礦渣硅酸鹽水泥〔2〕石膏礦渣水泥〔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〕在地基工程中的運用〔3〕在道路工程中的運用〔4〕在鐵路道碴上的運用3.膨珠作輕骨料4.其他運用〔1〕消費礦渣棉〔2〕消費微晶玻璃二、鋼渣的資源化〔一〕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)；參與的造渣劑；氧化劑、脫硫產(chǎn)物和被侵蝕的爐體資料等。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、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇灰石、鐵酸二鈣、RO〔MgO、FeO、MnO構(gòu)成的固熔體〕、游離石灰等。3.性質(zhì)堿度：R=CaO/(SiO2+P2O5)，低、中、高?；钚裕壕哂兴材z凝性，隨堿度而變化。穩(wěn)定性：只需fCaO、MgO根本消解完后才會穩(wěn)定。耐磨性：與礦物組成和構(gòu)造有關(guān)。耐磨指數(shù)為1.43，比高爐渣耐磨。目前利用率61%以上。1.3~1.81.8~2.5>2.5〔二〕鋼渣的處置工藝1.冷棄法倒入渣罐緩冷后直接運到渣場丟棄?！仓饾u被淘汰〕2.熱潑法熔渣渣罐熱潑車間潑至渣床噴水冷卻推土機推渣集渣坑破碎機篩分料倉磁選廢鋼3.盤潑水冷法在鋼渣車間設(shè)置高架潑渣盤，用吊車將罐內(nèi)熔渣潑在渣盤內(nèi)→噴淋適量的水使鋼渣急冷碎裂→裝車載至池邊噴水降溫→倒入水池內(nèi)進一步降溫冷卻→磁選、破碎、篩分、精加工。4.鋼渣水淬法高溫液態(tài)鋼渣在流出、下降過程中，被壓力水分割、擊碎，再加上高溫熔渣遇水急冷收縮產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂，同時進展了熱交換，使熔渣在水幕中進展?；??！踩充撛木C合利用1.用作冶金原料〔1〕作燒結(jié)熔劑鋼渣含40%~50%CaO，替代部分石灰石?！?〕作高爐或化鐵爐熔劑含有10%~30%的Fe、40~60%的CaO、MgO和2%±的Mn?！?〕作煉鋼前往渣〔4〕回收廢鋼鐵普通含有7~10%的廢鋼及鋼粒。2.用于建筑資料〔1〕消費水泥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)，具有水硬膠凝性，∴可成為消費無熟料或少熟料水泥的原料，也可作為水泥摻和料。我國目前消費的鋼渣水泥主要有：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〕作筑路與回填工程資料做工程資料有根本要求3.用于農(nóng)業(yè)〔1〕作鋼渣磷肥是一種以鈣、硅為主含多種營養(yǎng)的具有速效又有后勁的復(fù)合礦質(zhì)肥料。施用時留意：宜做基肥不做追肥運用；宜與有機肥混拌后再施用；不宜與氮素化肥混合施用；留意與土壤的酸堿性相結(jié)合。〔2〕做硅肥水稻〔3〕做酸性土壤改良劑三、粉煤灰的資源化〔一〕概述1.來源粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫熄滅后構(gòu)成的一種似火山灰質(zhì)混合資料。2.組成化學(xué)組成與粘土質(zhì)類似，主要成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃炭，其他為少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。礦物組成非常復(fù)雜，主要有無定形相和結(jié)晶相兩大類。3.性質(zhì)〔1〕物理性質(zhì)：灰色或灰白色粉狀物；具有較大內(nèi)外表積的多孔構(gòu)造，多半呈玻璃狀。P102.〔2〕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。較多活性氧化物，分別與氫氧化鈣反響→較穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。我國利用率約30%。〔二〕粉煤灰的綜合利用1.在水泥工業(yè)和混凝土工程中的運用〔1〕替代粘土原料消費水泥硅酸鹽水泥熟料+粉煤灰+適量石膏→粉煤灰水泥?！?〕做水泥的混合材〔3〕消費低溫合成水泥〔4〕制造無熟料水泥〔5〕作砂漿或混凝土的摻合料2.在建筑制品中的運用〔1〕蒸制粉煤灰磚〔2〕燒結(jié)粉煤灰磚〔3〕蒸壓消費泡沫粉煤灰保溫磚〔4〕粉煤灰硅酸鹽砌塊〔5〕粉煤灰加氣混凝土〔6〕粉煤灰陶?！?〕粉煤灰輕質(zhì)耐熱保溫磚3.作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑〔1〕作土壤改良劑主要作用機理：改善土壤的可耕性；改善酸性土和鹽堿土；提高土壤溫度；提高土壤保水才干；添加土壤的有效成分，提高土壤肥力?！?〕作農(nóng)業(yè)肥料含有大量枸溶性硅、鈣、鎂、磷等農(nóng)作物所必需的營養(yǎng)元素。可作硅鈣肥、鈣鎂肥、各種復(fù)合肥、鈣鎂磷肥等。4.回收工業(yè)原料〔1〕回收煤炭資源普通含碳5~7%，含碳大于10%的占30%。浮選法和干灰靜電分選?！?〕回收金屬物質(zhì)含有氧化鐵、氧化鋁和大量稀有金屬。磁選回收?！?〕分選空心微珠由51~60%SiO2、26.2~39.9%Al2O3、2.2~8.7%Fe2O3及少量鉀、鐵、鈣、鎂、鈉、硫的氧化物組成的熔融法結(jié)晶體，在1400~2000℃溫度下或接近超流態(tài)時，遭到CO2的分散、冷卻固化與外部壓力作用而構(gòu)成的。5.作環(huán)保資料〔1〕環(huán)保資料開發(fā)可制造分子篩、絮凝劑和吸附資料等。〔2〕用于廢水處置可用于處置含氟廢水、電鍍廢水與含重金屬離子廢水和含油廢水。四、硫鐵礦燒渣的資源化〔一〕概述1.來源消費硫酸時焙燒硫鐵礦產(chǎn)生的廢渣2.組成主要是Fe2O3、Fe3O4、金屬的硫酸鹽、硅酸鹽和氧化物以及少量的銅、鉛、鋅、金、銀等有色金屬。3.危害不大，有害組分含量微小，且大多不溶。〔二〕綜合利用1.制礦渣磚消石灰粉〔或水泥〕+燒渣→混合→成型→自然養(yǎng)護→礦渣磚。2.磁選鐵精礦礦渣→儲料斗→圓盤給料機→球磨機→緩沖槽→磁選機→沖泥沉淀池→廢品。3.重選鐵精礦將一定濃度的硫鐵礦渣漿，經(jīng)溜槽重選得含鐵量在55~60%的鐵精礦。4.高溫氯化法回收有色金屬將廢渣與氯化鈣均勻混合制成球團，在高溫下焙燒，廢渣中的有色金屬生成金屬氯化物，以蒸汽方式隨煙氣排出，用水吸收，回收有色金屬氯化物，剩余的燒渣可作為煉鐵原料?；厥章?0%左右。5.作水泥配料磁選和重選后，含鐵30%左右，可作水泥的輔助配料燒渣可替代鐵礦粉作為水泥燒成的助熔劑，降低燒成溫度，提高水泥的強度和抗侵蝕性能。6國外燒渣利用法1〕磁化焙燒—磁選—球團法2〕中溫氯化-—浸出-—燒結(jié)法3〕氯化揮發(fā)—沸騰爐法4〕復(fù)原揮發(fā)—金屬球團法〔三〕處置實例山東乳山縣化工廠用氰化法從硫鐵礦燒渣中提取金、銀、鐵實例。原理：金、銀在有氧存在的氰化溶液中與氰化物反響，生成金氰配離子進入溶液，經(jīng)液固分別后用鋅置換，再經(jīng)冶煉得到廢品金、銀，利用弱磁場將燒渣磁選得鐵精礦。五、鉻渣的資源化〔一〕概述1.來源與組成鉻渣是冶金和化工行業(yè)在消費重鉻酸鈉、金屬鉻過程中排出的廢渣。黃、黑、赭?；瘜W(xué)成分：Cr2O3、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、水溶性Cr6+、酸溶性Cr6+。物相組成：方鎂石、硅酸二鈣、鐵鋁酸鈣、亞鉻酸鈣和鉻尖晶石、鉻酸鈣、四水鉻酸鈉、鉻鋁酸鈣、堿式鉻酸鐵、碳酸鈣、水合鋁酸鈣、氫氧化鋁。對鉻渣解毒處置與綜合利用有決議性的影響。2.危害有害成分主要是可溶性鉻酸鈉、酸溶性鉻酸鈣等六價鉻離子。鉻渣揚塵和含鉻粉塵→污染大氣；鉻渣堆場→對土壤和水影響；對農(nóng)作物的影響；對人身體安康的毒害很大，對人體的消化道、呼吸道、皮膚、黏膜、內(nèi)臟都有危害。有致癌作用?！捕尘C合利用1.作玻璃著色劑替代鉻鐵礦作綠色玻璃的著色劑。Cr6+與酸性氧化物、二氧化硅作用→Cr3+分散在玻璃體中。鉻渣中的氧化鎂、氧化鈣替代玻璃配料中的白云石和石灰石原料。2.制鈣鎂磷肥鉻渣與磷礦石、硅石、焦粉或無煙煤在高溫下熔融→鈣鎂磷肥。鉻渣替代蛇紋石作熔劑。3.干法解毒將鉻渣與無煙煤按適當比例混合，在800~900℃焙燒，使六價鉻復(fù)原成三價鉻。4.鉻渣煉鐵鉻渣替代白云石、石灰石作為生鐵冶煉過程的添加劑，在高爐冶煉過程中，六價鉻可完全復(fù)原，脫除率達97%以上，復(fù)原后的金屬進入生鐵中，使鐵中鉻含量添加，使機械性能、硬度、耐磨性、耐腐蝕性能提高。5.制鈣鐵粉鉻渣經(jīng)風(fēng)化篩分后進展打漿、濕磨磨細到一定粒度，經(jīng)水洗、過濾、烘干、粉碎而成產(chǎn)品鈣鐵粉，一種CT防銹顏料。6.制鑄石鉻渣、硅砂、煙道灰和軋鋼鐵皮混合粉碎，于1450~1550℃的平爐中熔融，在1300℃下澆鑄成型，結(jié)晶、退火后自然降溫→鑄石。7.消費鉻渣棉六、堿渣的資源化〔一〕來源與組成純堿消費的主要方法是氨堿法，食鹽、石灰石和氨為原料，鹽水吸氨、碳酸化→碳酸氫鈉和氯化銨母液→過濾、洗滌、煅燒→純堿。母液與石灰乳混合，蒸餾→氨和廢渣。組分：氯化鈣、氯化鈉、碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鎂、硫酸鈣等。是一種水分和氯化物含量都較高的白色膏狀物質(zhì)。〔二〕綜合利用1.制水泥堿渣、石灰石、硅質(zhì)資料及鐵質(zhì)資料按比例混合制成料漿→機械脫水→生料漿→回轉(zhuǎn)窯煅燒→熟料→冷卻、破碎→參與石膏、混合料→研磨到一定粒度→水泥。2.制建筑膠凝資料〔工藝控制條件：p124〕控制煅燒溫度，使堿渣中的氯化物與生料中的相關(guān)組分構(gòu)成穩(wěn)定構(gòu)造的礦相組分，再經(jīng)復(fù)配、球磨而成堿渣建筑膠凝資料。3.制鈣鎂肥氨堿廢渣和鹽泥→鈣鎂磷肥工藝控制條件：p124鈣鎂磷肥替代石灰石施于酸性或微酸性土壤，可起到改良土壤、添加肥源和提高地力的作用。第二節(jié)礦業(yè)固體廢物資源化掌握煤矸石的來源、組成和綜合利用的途徑。一、概述礦業(yè)固體廢物：礦山開采和礦石冶煉過程中產(chǎn)生的廢物。礦山開采廢石〔包括煤矸石〕尾礦尾礦處置利用率不到32%，煤矸石的利用率僅38.5%。二、煤矸石的資源化〔一〕概述1.來源采煤過程和洗煤過程中排出的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤鞏固的黑灰色巖石。2.組成主要成分是SiO2和Al2O3，還含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、NaO、K2O以及P2O5、SO3和微量的稀有金屬元素。普通主要由高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁等組成?！捕尘C合利用1.替代燃料∵含有一定量的固定炭和揮發(fā)分，普通燒失量在10~30%，發(fā)熱量在4.19~12.6MJ/Kg，∴可用來替代燃料?？捎糜诨F、燒鍋爐、燒石灰、回收煤炭等2.消費水泥煤矸石中SiO2、Al2O3和Fe2O3的總含量普通在80%以上，是一種天然粘土質(zhì)原料，可以替代粘土配料燒制水泥?！?〕消費普通硅酸鹽水泥〔2〕消費特種水泥〔3〕消費無熟料水泥3.消費建筑資料〔1〕煤矸石燒結(jié)磚以煤矸石為主要原料，普通占坯料的80%。要求SiO2在50~7