固體廢物處理與利用

1、第五章 固體廢物的資源化與綜合利用,資源化概述一、資源化的概念二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀三、資源化的原則四、資源化的基本途徑五、資源化系統(tǒng)（綜合處理系統(tǒng)）,第1、2節(jié)要點(diǎn),1.掌握高爐渣、硫鐵礦燒渣和粉煤灰的來(lái)源、分類(lèi)、組成、加工利用的形式和綜合利用的途徑。2. 了解鋼渣、鉻渣和堿渣的來(lái)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)、交通等生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物。冶金

2、：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(lái)源：冶煉生鐵時(shí)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(lèi)（1）按照冶煉生鐵的品種分類(lèi)鑄造生鐵礦渣；

3、煉鋼生鐵礦渣；特種生鐵礦渣。（2）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(guó)高爐渣大部分屬于中性礦渣， M0=0.99~1.08。屬于硅酸鹽材料，

4、適于加工制作水泥、碎石、骨料等建筑材料4.目前利用率：85%左右。,（二）高爐渣的加工和處理,1.高爐渣水淬處理工藝 將熱熔態(tài)的高爐渣置于水中急速冷卻。（1）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)淬冷成粒并輸送到沉渣池形成水渣。根據(jù)過(guò)濾方式分為爐前渣池式、水力輸送渣池式、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(chǎng)自然冷卻或淋水冷卻形成較為致密的礦渣后，再經(jīng)過(guò)挖掘、破碎

5、、磁選和篩分而得到的一種碎石材料。（1）熱潑法 將熔渣分層澆潑在坑內(nèi)或渣場(chǎng)上→噴灑適量水使熱渣冷卻和破裂→采掘、破碎、磁選、篩分加工。（2）堤式法 用渣罐車(chē)將熱熔礦渣運(yùn)至堆渣場(chǎng)，沿鐵路兩側(cè)分層傾倒，待形成渣山后，再進(jìn)行開(kāi)采——制成各種粒級(jí)的重礦渣。,3.膨脹礦渣或膨脹礦渣珠生產(chǎn)工藝膨脹礦渣是用適量冷卻水急冷高爐熔渣形成的一種多孔輕質(zhì)礦渣。（1）噴射法（2）噴霧器塹溝法（3）滾筒法（4）膨珠的生產(chǎn)工藝,（三）高爐渣的綜合

6、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,二、鋼渣的資源化,（一）概述1.來(lái)源 煉鋼過(guò)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

7、造渣劑；氧化劑、脫硫產(chǎn)物和被侵蝕的爐體材料等。,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形成的固熔體）、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：只有fCaO、MgO基本消解完后才會(huì)穩(wěn)定。耐磨性：與礦物組成和

8、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。,1.3~1.8 1.8~2.5 >2.5,（二）鋼渣的處理工藝,1.冷棄法 倒入渣罐緩冷后直接運(yùn)到渣場(chǎng)拋棄。（逐漸被淘汰）2.熱潑法,3.盤(pán)潑水冷法 在鋼渣車(chē)間設(shè)置高架潑渣盤(pán)，用吊車(chē)將罐內(nèi)熔渣潑在渣盤(pán)內(nèi)→噴淋適量的水使鋼渣急冷碎裂→裝車(chē)載至池邊噴水降溫→倒入水池內(nèi)進(jìn)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(guò)

9、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(shí)進(jìn)行了熱交換，使熔渣在水幕中進(jìn)行?；?。,（三） 鋼渣的綜合利用,1. 用作冶金原料（1）作燒結(jié)熔劑 鋼渣含40%~50%CaO，代替部分石灰石。（2）作高爐或化鐵爐熔劑 含有10%~30% 的Fe、40~60%的CaO、MgO和2%±的Mn。（3）作煉鋼返回渣（4）回收廢鋼鐵 一般含有7~10% 的廢鋼及鋼粒。,2.用于建筑材料（1）生

10、產(chǎn)水泥 含有和水泥相類(lèi)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，∴可成為生產(chǎn)無(wú)熟料或少熟料水泥的原料，也可作為水泥摻和料。我國(guó)目前生產(chǎn)的鋼渣水泥主要有：以石膏作激發(fā)劑的無(wú)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。施用時(shí)注意：宜做基肥不做追肥使用；宜與有機(jī)肥混拌

11、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 水稻（3）做酸性土壤改良劑,三、粉煤灰的資源化,（一）概述1.來(lái)源粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)混合材料。2.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(wú)定形相和結(jié)晶相兩大類(lèi)。,3.性質(zhì)（1）物

12、理性質(zhì)：灰色或灰白色粉狀物；具有較大內(nèi)表面積的多孔結(jié)構(gòu)，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，分別與氫氧化鈣反應(yīng)→較穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。我國(guó)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。（2）做水泥的混合材（3）生產(chǎn)低溫合成水泥（4）制作無(wú)熟料水泥

13、（5）作砂漿或混凝土的摻合料,2.在建筑制品中的應(yīng)用（1）蒸制粉煤灰磚（2）燒結(jié)粉煤灰磚（3）蒸壓生產(chǎn)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）粉煤灰陶粒（7）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(jī)理：改善土壤的可耕性；改善酸性土和鹽堿土；提高土壤溫度；提高土壤保水能力；增加土壤的有效成分，提高土壤肥力。（2）作農(nóng)業(yè)肥料含有大量枸溶性硅、鈣、鎂、磷等農(nóng)

14、作 物所必需的營(yíng)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（1）回收煤炭資源一般含碳5~7%，含碳大于10%的占30% 。浮選法和干灰靜電分選。（2）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。（3）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

15、近超流態(tài)時(shí)，受到CO2的擴(kuò)散、冷卻固化與外部壓力作用而形成的。,5.作環(huán)保材料（1）環(huán)保材料開(kāi)發(fā)可制造分子篩、絮凝劑和吸附材料等。（2） 用于廢水處理可用于處理含氟廢水、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(lái)源 生產(chǎn)硫酸時(shí)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

16、，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(hù)→礦渣磚。2.磁選鐵精礦礦渣→儲(chǔ)料斗→圓盤(pán)給料機(jī)→球磨機(jī)→緩沖槽→磁選機(jī)→沖泥沉淀池→成品。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(tuán)，在高溫下焙燒，廢渣中的有色金屬生成金屬氯化物，以蒸汽形式隨煙氣排出，用水吸收，回收有色金屬氯化物，剩余的

17、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代替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(qiáng)度和抗侵蝕性能。6國(guó)外燒渣利用法1）磁化焙燒—磁選—球團(tuán)法2）中溫氯化­—浸出­—燒結(jié)法3）氯化揮發(fā)—沸騰爐法4）還原揮發(fā)—金屬球團(tuán)法,（三）處理實(shí)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(shí)例。原理：金、銀在有氧存在的氰化溶液

18、中與氰化物反應(yīng)，生成金氰配離子進(jìn)入溶液，經(jīng)液固分離后用鋅置換，再經(jīng)冶煉得到成品金、銀，利用弱磁場(chǎng)將燒渣磁選得鐵精礦。,五、鉻渣的資源化,（一）概述1.來(lái)源與組成鉻渣是冶金和化工行業(yè)在生產(chǎn)重鉻酸鈉、金屬鉻過(guò)程中排出的廢渣。黃、黑、赭。化學(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

19、鐵、碳酸鈣、水合鋁酸鈣、氫氧化鋁。對(duì)鉻渣解毒處理與綜合利用有決定性的影響。,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(jià)鉻離子。鉻渣揚(yáng)塵和含鉻粉塵→污染大氣；鉻渣堆場(chǎng)→對(duì)土壤和水影響；對(duì)農(nóng)作物的影響；對(duì)人身體健康的毒害很大，對(duì)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。,（二）綜合利用,1.作玻璃著色劑代替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

20、的氧化鎂、氧化鈣代替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(wú)煙煤在高溫下熔融→鈣鎂磷肥。鉻渣代替蛇紋石作熔劑。,3.干法解毒將鉻渣與無(wú)煙煤按適當(dāng)比例混合，在800~900℃焙燒，使六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻。4. 鉻渣煉鐵鉻渣代替白云石、石灰石作為生鐵冶煉過(guò)程的添加劑，在高爐冶煉過(guò)程中，六價(jià)鉻可完全還原，脫除率達(dá)97%以上，還原后的金屬進(jìn)入生鐵中，使鐵中鉻含量增加，使機(jī)械性能、硬度、耐磨性、耐腐蝕性能

21、提高。,5.制鈣鐵粉鉻渣經(jīng)風(fēng)化篩分后進(jìn)行打漿、濕磨磨細(xì)到一定粒度，經(jīng)水洗、過(guò)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.生產(chǎn)鉻渣棉,六、堿渣的資源化,（一）來(lái)源與組成純堿生產(chǎn)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(guò)濾、洗滌、煅燒→純堿。母

22、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)材料及鐵質(zhì)材料按比例混合制成料漿→機(jī)械脫水→生料漿→回轉(zhuǎn)窯煅燒→熟料→冷卻、破碎→加入石膏、混合料→研磨到一定粒度→水泥。2.制建筑膠凝材料（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)組分形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的礦相組分，再經(jīng)復(fù)配、球

23、磨而成堿渣建筑膠凝材料。,3.制鈣鎂肥氨堿廢渣和鹽泥→鈣鎂磷肥工藝控制條件：p124鈣鎂磷肥代替石灰石施于酸性或微酸性土壤，可起到改良土壤、增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(lái)源、組成和綜合利用的途徑。一、概述礦業(yè)固體廢物：礦山開(kāi)采和礦石冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的廢物。礦山開(kāi)采 廢石（包括煤矸石） 尾礦尾礦處理利用率不到32%，煤矸石的

24、利用率僅38.5% 。,,二、煤矸石的資源化,（一）概述1.來(lái)源 采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排出的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。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。一般主要由高嶺土、石英、蒙脫石、長(zhǎng)石、伊利石、 石灰石、硫化鐵、氧化鋁等組成。,（二）綜合利用,1.代替燃料∵含

25、有一定量的固定炭和揮發(fā)分，一般燒失量在10~30%，發(fā)熱量在4.19~12.6MJ/Kg，∴可用來(lái)代替燃料?？捎糜诨F、燒鍋爐、燒石灰、回收煤炭等,2.生產(chǎn)水泥煤矸石中SiO2、Al2O3和Fe2O3的總含量一般在80%以上，是一種天然粘土質(zhì)原料，可以代替粘土配料燒制水泥。（1）生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥（2）生產(chǎn)特種水泥（3）生產(chǎn)無(wú)熟料水泥,3.生產(chǎn)建筑材料（1）煤矸石燒結(jié)磚以煤矸石為主要原料，一般占坯料的80%。要求SiO2在

26、50~70% ， Fe2O3在2~8%， MgO在3%以下，S在1%以下。（2）煤矸石生產(chǎn)輕骨料輕骨料是為了減少混凝土的相對(duì)密度，選用的一類(lèi)多孔骨料。工藝：用燒結(jié)劑生產(chǎn)燒結(jié)性的煤矸石多孔燒結(jié)料；用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)膨脹性的煤矸石陶粒。（3）生產(chǎn)微孔吸音磚（4）生產(chǎn)煤矸石棉用煤矸石和石灰為原料，經(jīng)高溫融化，噴吹而成的一種建筑材料。,4、生產(chǎn)化工產(chǎn)品（1）制結(jié)晶三氯化鋁煤矸石+鹽酸→破碎、焙燒、磨碎、酸浸、沉淀、濃縮結(jié)晶和脫水→Al