固体废物处理与处置固体废物的资源化与综合利用ppt课件.ppt

,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,第七章固体废物的资源化与综合利用,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,【了解】固体废物资源化现状；煤矸石的来源和组成；高炉渣、钢渣、硫铁矿和碱渣的综合利用。常见几种城市垃圾的综合利用。【掌握】 固体废物资源化原则和基本途径；城市垃圾构成的影响因素；城市垃圾处理方式及特点；铬渣的危害与综合利用；粉煤灰的综合利用；煤矸石的危害与综合利用。,本章要点,1,2,3,4,5,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,在国外，垃圾资源化处理企业常被称作“静脉产业”，即垃圾产业就像人体通过静脉回收陈旧血液并再造新鲜血液一样，将固体废物转换为再生资源。国际有关专家预测未来30年的“十大新兴技术”中，固体废物处理新技术将位居第二，垃圾回收和再利用将是21世纪最有发展前途的产业之一。（放错了地方的财富） “变废为宝”的事早就有人做。曾受到联合国有关机构嘉奖的太原炼钢厂工人、冶渣英雄李双良就是其中一员。他率领一班工人对堆放在厂区内上百年的废渣堆进行处理，将废钢检出回炉炼钢，将粉煤灰和残渣制砖铺路建房，把原来肮脏的废渣区最终建成了工人们休闲娱乐的美丽花园。,7.1 资源化概述,固体废物蕴藏的财富是惊人的，然而我国固体废物资源化水平却远远低于发达国家。据国家经贸委、国家环保总局等权威部门提供的数据，目前，我国矿产资源总回收率为30%-50%，比世界平均水平低10-20个百分点。不仅如此，由于我们处理方式简单，全国每年在城市垃圾中扔掉的可再生资源价值就高达250亿元（负面效应：二次污染、占用土地等），如果将这些可再生资源利用起来，变废为宝，不仅能取得环境效益和社会效益，还能取得良好的经济效益。,随着世界工业化进程的加快，地球上的资源正在以惊人的速度被开发和消耗，有些资源已濒临枯竭。相对于自然资源而言，固体废物属于二次资源。尽管其一般不再具有原来的使用价值，但经过回收、处理等途径，往往又可作为其他产品的原料，成为新的可用资源。目前，固体废物资源化利用已成为包括我国在内的世界上很多国家控制固体废物污染、缓解自然资源紧张的重要国策之一。根据固体废物的来源不同，固体废物可以分为工矿业固体废物、生活垃圾等，在这些固体废物中量最大的为采选矿过程中产生的矿业固体废物及工业生产过程中产生的部门固体废物。另外，生活垃圾中量较大的为城市生活垃圾及污水处理厂的污泥。固体废物的来源不同，其资源化与综合利用方式也各不相同。,一、资源化的概念 简单的说就是采取工艺技术从固体废物中回收有用的物质和能源。 是指采取一定的管理措施和工艺技术，从固体废物中分离回收有用的组分和能源，进行新的加工和利用，开发新的产品。以达到减少资源消耗，加速资源循环，保护自然环境的目的。 广义上讲，资源化表示了资源的循环，即是以原料制成成品，经消费后变成废物，再将废物引入新的生产而制造新的产品。,原料,产品,市场,消费,废物,广义的资源化途径包括三个方面内容：一是物质回收，即从废物中回收二次物质，包括分类收集、分选和回收，例如，从废弃物中回收纸张、玻璃、金属等物质 。二是物质转换，即通过一定的技术，利用废物中某些组分制取新形态的物质，如：利用微生物分解垃圾产生有机肥料，用塑料裂解生产汽油或柴油等。三是能量转换，即从废物处理过程中回收能量，包括热能或电能。例如，通过有机废物的焚烧处理回收热量，进一步发电；利用垃圾厌氧发酵产生沼气，作为能源向居民和企业供热或发电。,二、资源化的发展现状： 1、始于1970年前后，随着各国能源危机的出现，人类对固体废物从消极处理转向资源化。 2、随着工农业的迅速发展，固废数量在以惊人的速度增长；同时随着科技技术的进步发展，也为固废的资源化提供了更多的途径，资源化表现出了巨大的潜力。国外以美国为例，每年仅回收纸、玻璃及金属等，总收益近13亿美元。 3、我国1970年以后提出“综合利用，变废为宝”的口号，并开展了有关技术的研究和推广工作，已取得了显著成果：据资料载，工业固废综合利用率2002年已达42%，个别行业已超过60%，部分地区已超80%；总收益也已十分可观。但与国外仍有较大差距。,三、资源化的原则： 必须遵循以下四个原则 1、技术可行性原则：采用的资源化技术实用可行。 2、经济合理性原则：经济效果比较好,有较强的生命力，能获得较大的经济效益。 3、就近处理利用原则：为减少贮运投资，应尽可能在固废排放源地进行处理。 4、产品质量达标原则：产品质量符合国家标准，具有与原料生产之产品市场竞争的能力。,四、资源化的意义 1、降低污染，提高环境效益（环境效益） 资源化处理后，从环境中去除了某些潜在的有害废物，减少了废物量，使得固废堆置、贮放场所减少。 2、补充资源不足，提高资源利用率（经济效益） 资源是人类生存和人类社会发展的基础、保证，但资源并非取之不尽，用之不竭，有的资源属不可再生资源（煤、石油、天然气） ，一经用于生产生活，即从生物圈中消失。因此保护资源，节约资源意义重大。,3、生产成本低、效益高、能耗少（社会效益） 如：废铝炼铝是铝土矿炼铝成本的4%；废铜炼铜比矿石炼铜节约费用90%； 废铁炼钢比用铁矿石炼钢可节约能源4770%，减小空气污染85%，减少矿山垃圾97%，而从生产效益上看炼1吨钢用时二者分别为23小时和8小时。 回收一吨废纸可再造出800公斤好纸；回收1吨废纸，等于挽救了17棵大树；1吨废玻璃回炉再炼可生产出2万个500克装的酒瓶，比用新原料生产节约成本20%。,五、废物资源化技术1物理处理技术 物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废物的结构，使之成为便于运输、贮存、利用或处置的形态。物理处理方法包括压实、破碎、分选、增稠、吸附、萃取等。物理处理也往往作为回收固体废物中有价物质的重要手段。2化学处理技术 采用化学方法使固体废物发生化学转换从而回收物质和能源，是固体废物资源化处理的有效技术。焚烧、热分解、溶剂浸出等都属于化学处理技术。,3生物处理技术 生物处理法可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。生物处理法具有效率高、运行费用低等优点，固体废物处理及资源化中常用的生物处理技术有：好氧堆肥、厌氧发酵和细菌冶金（细菌冶金（微生物浸出）是利用某些微生物的生物催化作用，使矿石或固体废物中的金属溶解出来，从溶液中提取所需要金属）等。,六、资源化的基本途径： 途径很多，概括有五个方面： 1、提取各种金属是固体废物资源化一条重要的途径。 把最有价值的各种金属提取出来是固体废物资源化重要途径。 Au、Ag、Co、锑、硒、碲、铵等。（有色金属渣中） 粉煤灰、煤矸石铁、钼、钪、钒、铀、铝等。 2、生产建筑材料是一条较为广阔的途径 利用工业废物生产建筑材料，是一条较为广阔的途径，主要表现在五个方面：,高炉渣、钢渣、铁合金渣等生产碎石，用作混凝土骨料、道路材料、铁路道渣等；利用粉煤灰，经水萃的高炉渣、钢渣等水泥；粉煤灰中加入一定量的炉渣、矿渣等骨料，再加石灰、石膏和水搅拌可制成各种硅酸盐制品蒸汽养护砖、大型墙体材料；冶金炉渣、高炉渣、铁合金渣铸石、微晶玻璃；高炉渣、煤矸石、粉煤灰矿渣棉、轻质骨料。3、生产农用肥料有着广阔的前景。堆肥制成有机肥料粉煤灰、高炉渣、钢渣、铁合金渣等可作为硅钙肥（直接用于农田）钢渣（含磷较高时）生产钙镁磷肥。,4、回收能源（以及各种材料）固体废物资源化是回收能源的主要途径。有机垃圾、秸秆、畜禽粪便经过厌氧发酵制沼气，垃圾发电等 5、取代某种工业原料 许多工业固体废物经一定加工后可代替某种工业原料，以节省资源。 如：高炉渣代替砂、石做滤料、处理废水、或作吸收剂从水面回收油制品；粉煤灰经加工可作为塑料制品充填剂；也可作为过滤介质，过滤造纸废水，效果好，可以从纸浆中回收木质素等。,七、资源化系统（综合处理系统） 1、概念 从原料经加工制成的成品，经人们消费后成为废物，又引入新的生产消费循环系统。就整个社会而言，就是生产消费废物再生产这样一个不断循环的系统。 2、系统 一般包含前期和后期两个子系统以及一个附属系统。 前期系统（预处理）是以破碎、分选等相关处理技术结合。主要进行加工、原材料分选的过程，进而分离回收可直接利用的原料，并减少固废量。 前期系统必须根据具体的行业生产特点来决定。,后期系统：是将前期经加工、处理后的物质进一步进行化学或生物转化等处理，回收转化产品及能源产品。如：焚烧、热解、微生物分解等 附属系统：有的系统在后期系统中专门附加一能源转化系统，它是将后期系统中的能源产品加以收集，进一步转化为可直接利用的能源。对于那些无任何可利用价值的废物，进行最终处置。,总的来说，固体废物一旦产生，就需要千方百计充分加以利用，使之资源化，发挥其经济效益。但是由于受科学技术水平或其他条件限制，使得有些固体废物目前尚无法或不可能利用，对这部分固体废物，尤其有害固体废物，必须进行无害化处理，以免污染环境。考虑到我国资源并不充分的国情以及经济迅速发展的趋势，目前对固体废物的处理应着重于资源化技术的研究和开发，并为其研究成果的工业化铺平道路。,工业固体废物：在工业生产活动中产生的固体废物。1、冶金工业：产生于金属冶炼过程，高炉渣、钢渣和铁合金渣等；2、电力工业：产生于燃煤发电、供热过程，粉煤灰、炉渣；3、化学工业：产生于化工生产过程，硫铁矿烧渣（生产1t硫酸约产生0.7-1.5t）、铬渣（年排放量10-12万吨，历年积存150-200万吨）和碱渣。4、轻工业：产生于轻工业生产过程，如废纸、塑料、布料等。5、其他工业：产生于机加工工程，如金属碎屑、电镀污泥等。,第二节 工业固体废物的综合利用,云南曲靖“铬渣污染” 事件：2011年6月，云南省曲靖市陆良化工公司将总量5000余吨的重毒化工废料铬渣倒入水库，致珠江源头南盘江附近水质遭到铬渣污染；水库致命六价铬超标2000倍。,一、高炉渣的综合利用,（一）概述1.来源：冶炼生铁时从高炉中排出的废物。 产生：炼铁主要原料是铁矿石（铁源）、焦炭（燃料、还原剂）和助熔剂（石灰石），当炉温达到14001600，炉料熔融，矿石中的脉石（指矿石中不能利用的矿物集合体） 、焦炭中的灰分、助溶剂以及不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。 高炉渣的产生量，依矿石品位和冶炼生铁方法（冶炼技术）不同而变化，矿石品位越低,排渣量越大，采用贫铁矿炼铁时每吨生铁产生1.0-1.2吨高炉渣，采用富铁矿炼铁时每吨生铁只产生0.25吨高炉渣。 由于近代选矿和炼铁技术提高，高炉渣量大大下降。,2.分类：由于炼铁原料品种和成分的变化以及操作等工艺因素的影响，高炉渣的组成和性质也不相同。（1）按照冶炼生铁的品种分类铸造生铁（灰口铁）矿渣：指冶炼铸造生铁时排出的矿渣；铸造生铁含硅量为1.25-3.6%，碳以石墨状态存在，断口呈灰色，易切削加工。炼钢生铁（白口铁）矿渣：指冶炼供炼钢用生铁时排出的矿渣；炼钢生铁含硅量不大于1.7%，碳以碳化铁状态存在，断口呈白色。特种生铁矿渣：用含有其他金属铁矿石熔炼生铁时排出的矿渣。炼铁和炼钢都是利用氧化还原反应进行的，但是两者在反应对象上有很大的区别，炼铁是将铁还原出来，而炼钢则是将生铁中的碳和其他杂质出来。,（2）按照矿渣的碱度分（最常用的一种分类方法） 碱性矿渣； Mo1 中性矿渣；Mo= 1 酸性矿渣。 Mo1,高炉渣的碱度或碱性率：高炉渣化学成分中，碱性氧化物之和与酸性氧化物之和的比值。M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 碱性氧化物 酸性氧化物,我国高炉渣大部分属于中性矿渣， Mo=0.991.08。,3.组成（1）化学组成：主要化学成分： SiO2 、 Al2O3 、CaO、MgO、MnO、FeO和S等。其中， SiO2 、 Al2O3 、CaO占90% 以上。高炉渣化学成分随矿石品位和冶炼生铁的种类不同而变化。（2）矿物组成：与生产原料、冷却方式有关。碱性高炉渣的主要矿物是黄长石，由钙铝黄长石（2CaO Al2O3 SiO2 ）和钙镁黄长石（2CaO MgO SiO2 ） 组成的复杂固熔体。酸性高炉渣：快速冷却时，全部形成玻璃体；缓慢冷却时，形成较多结晶质，如黄长石、假硅灰石、斜长石等。高炉渣的各种氧化物成分以各种形式的硅酸盐矿物形式存在。属于硅酸盐材料，适于加工制作水泥、碎石、骨料等建筑材料。4. 利用率：每年约排放3000多万吨，历年堆积量达1.5亿吨，占地约700公顷。高炉渣弃置不仅会占用土地,浪费资源,而且污染环境。目前利用率为85%左右。,（二）高炉渣的加工和处理,在利用高炉渣之前，需要对其进行加工处理，用途不同，加工处理方法不同。我国通常把高炉渣加工成水渣（粒化渣）、矿渣碎石、膨胀矿渣和矿渣珠等形式后加以利用。主要工艺有：高炉渣水淬处理工艺、高炉重矿渣碎石工艺、膨胀矿渣珠（膨珠）生产工艺。,1.高炉渣水淬处理工艺（是处理高炉渣的主要方法） 将热熔态的高炉渣置于水中急速冷却。限制其结晶，并使其粒化（粒化渣） 。水淬方法有：（1）渣池水淬 熔渣直接倒入水池中，遇水后急剧冷却成水渣。（2）炉前水淬 利用高压水使高炉渣在炉前冲渣沟内淬冷成粒并输送到沉渣池形成水渣。根据过滤方式分为炉前渣池式、水力输送渣池式、搅拌槽泵送法等。,1、高炉；2、渣沟；3、粒化器；4、搅拌槽；5、砂泵；6、水泵；7、集水池；8、脱水槽,熔渣经粒化器水淬后，渣和水先一起流入搅拌槽中，由泵打入分配槽内，再由分配槽将渣水混合物装入脱水槽中将渣和水过滤分开，渣由卸料口卸入翻斗机，运至料场。水穿过脱水槽的金属网进入集水管流入集水池。,搅拌槽泵送法水淬工艺示意图,2.高炉重矿渣碎石工艺高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣后，再经过挖掘、破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石材料。生产工艺有两种：（1）热泼法 有炉前热泼法和渣场热泼法两种形式。将熔渣分层浇泼在坑内或渣场上，泼完后，喷洒适量水使热渣冷却和破裂，达到一定厚度后，即可用挖掘机等进行采掘，用汽车运到处理车间进行破碎、磁选、筛分加工，并将产品分级出售。工艺简单。（2）堤式法 用渣罐车将热熔矿渣运至堆渣场，沿铁路两侧分层倾倒，待形成渣山后，再进行开采，即可制成各种粒级的重矿渣。,3.膨胀矿渣珠（膨珠）生产工艺膨胀矿渣是用适量冷却水急冷高炉熔渣形成的一种多孔轻质矿渣。特点：膨珠生产具有设备简单、冷却迅速、场地周转快、操作方便等优点。制膨珠用水较制水淬渣节省，排放的蒸汽和硫化氢数量少，对环境污染较轻，而且无须进行废水处理 。主要采用的方法有：（1）喷射法（2）喷雾器堑沟法（3）滚筒法,膨珠的生产工艺：膨胀渣珠的形成过程是热熔矿渣经渣沟进入流槽后经喷水急冷，又经高速旋转的滚筒击碎、抛甩继续冷却，再这一过程中熔渣进行膨胀，并冷却成珠。,1、渣罐；2、投渣槽；3、流槽；4、水管；5、滚筒；6、膨珠,（三）高炉渣的综合利用,1.水淬矿渣作建材可用于生产水泥和混凝土，由于水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可以作为优质的水泥原料，可制成的建材有：矿渣硅酸盐水泥石膏矿渣水泥石灰矿渣水泥矿渣砖矿渣混凝土中国的高炉熔渣80以上制成粒化渣,作为水泥混合材料。生产的水泥有75左右掺用了不同数量的水渣(粒化渣)。,2.矿渣碎石用作基建材料未经水淬的矿渣碎石，其物理性能与天然岩石相近，其稳定性、坚固性、耐磨性及韧性等均满足基建工程的要求。矿渣碎石在我国可以代替天然石料用于公路，机场，地基工程，铁路道渣、混凝土骨料和沥青路面等，可用于配制矿渣碎石混凝土在软弱地基中应用用矿渣碎石作基料铺成的沥青路面既明亮且防滑性能好还具有良好的耐磨性能制动距离缩短用于铁路道渣可以适当吸收列车行走时产生的振动和噪音。,3.膨珠作轻骨料由于膨珠具有质轻、面光、吸音、隔热性能好等特点，可用来制作内墙板楼板等，也可用于承重结构。 4.其他应用（1）生产矿渣棉：以高炉渣为主要原料，在溶化炉中熔化后获得熔融物再加以精制而得到的一种白色棉状矿物纤维 。具有质轻、保温、隔热、隔音、防震等性能。（2）生产微晶玻璃：性能好、耐磨、热稳定性好、电绝缘性能好。（3）硅钙渣肥、矿渣铸石、热铸矿渣等。,二、钢渣的综合利用,（一）概述1.来源 炼钢过程中排出的废渣。（1）铁水与废钢中所含元素氧化氧化物；（2）金属炉料带入的杂质；（3）加入的造渣剂；（4）氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体材料等。钢渣的产量一般约占粗钢产量的1520%。,2.组成由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物组成，其中钙、铁、硅氧化物占绝大部分。钢渣呈黑色，外观像水泥孰料，其中夹带部分铁粒，硬度较大，其成分组成基本稳定。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇灰石、铁酸二钙、RO（MgO、FeO、MnO形成的固熔体）、游离石灰等。,3.性质（1）碱度：R=CaO/(SiO2+P2O5)，低、 中、 高。（2）活性：指钢渣中硅酸三钙、硅酸二钙等具有水硬胶凝性活性矿物的含量。随碱度而变化。（3）稳定性：只有fCaO、MgO基本消解完后才会稳定。（4）耐磨性：与矿物组成和结构有关。耐磨指数为1.43 ，比高炉渣耐磨。目前利用率61%以上。,1.31.8 1.82.5 2.5,（二）钢渣的处理工艺,钢渣处理工艺主要有下列几种：1.冷弃法 ：倒入渣罐缓冷后直接运到渣场抛弃。（逐渐被淘汰）2.热泼法 ：热熔钢渣倒入渣灌后，用车辆运到钢渣热泼车间，利用吊车将渣灌的液态渣分层泼到在渣床上，喷淋适量的水，使高温炉渣急冷碎裂并加速冷却，然后再运至弃渣场。,3.盘泼水冷（ISC)法 在钢渣车间设置高架泼渣盘，用吊车将罐内熔渣泼在渣盘内喷淋适量的水使钢渣急冷碎裂装车载至池边喷水降温倒入水池内进一步降温冷却磁选、破碎、筛分、精加工。4.钢渣水淬法 高温液态钢渣在流出、下降过程中，被压力水分割、击碎，再加上高温熔渣遇水急冷收缩产生应力集中而破裂，同时进行了热交换，使熔渣在水幕中进行粒化。5、风淬法：渣灌接渣后，运到风淬装置处，倾翻渣灌，熔渣经过中间罐流出，被一种特殊喷嘴喷出空气吹散，破碎成微粒，在罩式锅炉内回收高温空气和微粒渣中所散发热量并捕集渣粒。经过风淬而成微粒的转炉渣，可用作建筑材料。6、粉化处理。,（三） 钢渣的综合利用,1. 用作冶金原料（1）作烧结熔剂 钢渣含40%50%CaO，代替部分石灰石。（2）作高炉或化铁炉熔剂 含有10%30% 的Fe、4060%的CaO、MgO和2%的Mn。（3）作炼钢返回渣（4）回收废钢铁 一般含有710% 的废钢及钢粒。,2.用于建筑材料（1）生产（钢渣）水泥 含有和水泥相类似的硅酸三钙、硅酸二钙及铁铝酸盐等活性物质，具有水硬胶凝性，也可成为生产无熟料或少熟料水泥的原料，也可作为水泥掺和料。我国目前生产的钢渣水泥主要有：以石膏作激发剂的无熟料钢渣矿渣水泥以水泥熟料为激发剂的钢渣水泥（2）作筑路与回填工程材料做工程材料有基本要求（3）生产建材制品：把具有活性的钢渣与粉煤灰或炉渣按一定比例混合、磨细成型、养护，即可生产出不同规格的砖瓦、砌块等建筑材料。,3.用于农业（1）作钢渣磷肥 是一种以钙、硅为主含多种养分的具有速效又有后劲的复合矿质肥料。施用时注意：宜做基肥不做追肥使用；宜与有机肥混拌后再施用；不宜与氮素化肥混合施用；注意与土壤的酸碱性相结合。（2）做硅肥：硅是水稻生产需求量较大的元素，含二氧化硅超过15%的钢渣，磨细至一定程度，即可作硅肥用于水稻田。（3）做酸性土壤改良剂：主要利用钢渣的钙、镁含量（高）。,三、粉煤灰的综合利用,（一）概述1.来源粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。燃烧煤的发电厂每年排出大量由煤的灰分形成的各种煤灰渣粉煤灰、炉渣。从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰，由炉底排出的部分废渣称炉渣。电厂排出的粉煤灰占整个煤灰渣量的绝大部分。粉煤灰和炉渣除某些物理特征有所差别外，其他性质（如化学性质）并无本质上的不同。,2.组成 （1）化学组成：与粘土质相似，主要成分为SiO2、Al2O3、 Fe2O3、CaO和未燃炭，其余为少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。根据粉煤灰中CaO含量的高低，将其分为高钙灰和低钙灰，一般CaO含量在20%以上的为高钙灰，其质量优于低钙灰。我国燃煤电厂大多燃用烟煤，粉煤灰中CaO含量偏低，属低钙灰。（2）矿物组成：十分复杂，主要有无定形相和结晶相两大类。无定形相：主要为玻璃体，占5080%。（未燃尽炭粒亦属此）。结晶相（常温下呈惰性）：主要为莫来石、石英、云母、长石、磁铁矿、赤铁矿以及少量钙长石、硫酸盐矿物等。,3.性质（1）物理性质：外观象水泥；灰色或灰白色粉状物，含水量大的粉煤灰呈灰黑色；含炭量越高，颜色越深；故颜色越深，质量越低。具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。密度与化学成份密切相关，高钙灰密度大于低钙灰。此外，因炭粒多存在于粉煤灰的粗颗粒中，故颜色可在一定程度上反映细度。（2）活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。含有较多的活性氧化物，分别与氢氧化钙反应较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。高钙灰的化学活性均高于低钙灰。一般情况下，活性即煤灰活性。活性越好则灰质越优。,4、粉煤灰的危害性（1）产生量大，占用大量土地。1995年粉煤灰排放量达1.02亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年达到3亿吨。 （2）排入水系，造成河流淤塞。 （3）粒细扬尘、污染大气；（4）有毒物质对人体和生物造成危害。 我国利用率约30% 左右。,（二）粉煤灰的综合利用,1.在水泥工业和混凝土工程中的应用（1）代替粘土原料生产水泥硅酸盐水泥熟料+粉煤灰+适量石膏粉煤灰水泥。（2）做水泥的混合材料；（3）生产低温合成水泥；（4）制作无熟料水泥：掺入少量的生石灰或石膏。（5）作砂浆或混凝土的掺合料。,2.在建筑制品中的应用（1）蒸制粉煤灰砖（2）烧结粉煤灰砖（3）蒸压生产泡沫粉煤灰保温砖（4）粉煤灰硅酸盐砌块（5）粉煤灰加气混凝土（6）粉煤灰陶粒（7）粉煤灰轻质耐热保温砖3、筑路回填（1）筑路：粉煤灰能代替砂石、黏土用于公路路基和修筑堤坝。（2）回填：煤矿区采煤后易塌陷，形成洼地，利用粉煤灰对矿区的煤坑、洼地进行回填，即降低了塌陷程度、消化了大量的粉煤灰，还能复垦造地，减少农户搬迁，改善矿区生态。,4.作农业肥料和土壤改良剂（1）作土壤改良剂主要作用机理：改善土壤的可耕性；改善酸性土和盐碱土；提高土壤温度；提高土壤保水能力；增加土壤的有效成分，提高土壤肥力。（2）作农业肥料含有大量枸溶性硅、钙、镁、磷等农作 物所必需的营养元素。可作硅钙肥、钙镁肥、各种复合肥、钙镁磷肥等。,5.回收工业原料（1）回收煤炭资源一般含碳57%，含碳大于10%的占30% 。浮选法和干灰静电分选。（2）回收金属物质含有氧化铁、氧化铝和大量稀有金属。磁选回收。（3）分选空心微珠由5160%SiO2、26.239.9%Al2O3、2.28.7%Fe2O3及少量钾、铁、钙、镁、钠、硫的氧化物组成的熔融法结晶体，在14002000温度下或接近超流态时，受到CO2的扩散、冷却固化与外部压力作用而形成的。,6.作环保材料（1）环保材料开发可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等。（2） 用于废水处理可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属离子废水和含油废水。,我国粉煤灰利用起始于20世纪50年代，并于60年代设定专门机构开展这方面的工作。最初的发展方向是制作建筑制品和建筑材料，但进展缓慢，1979年以前粉煤灰的利用率还不及10%。改革开放以后，国家和地方制定了一系列鼓励粉煤灰资源综合利用政策，有力地推进了粉煤灰的利用。值得注意的是，目前，我国粉煤灰资源开发和综合利用方面还是与发达的欧美国家存在着一些差距，主要表现在影响粉煤灰质量的燃烧技术、粉煤灰的收集与分选技术，以及粉煤灰制品的质量控制体系，比如：技术标准、规范、质量检测等方面。所以这些都需引起从事该领域管理、研究开发和生产人员的重视，不断提高我国粉煤灰资源综合开发利用的水准，拓宽应用范围。,四、硫铁矿烧渣的综合利用,（一）概述1.来源 生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣2.组成主要是Fe2O3、Fe3O4、金属的硫酸盐、硅酸盐和氧化物以及少量的铜、铅、锌、金、银等有色金属。3.危害不大，有害组分含量微小，且大多不溶。,（二）综合利用,1.制矿渣砖消石灰粉（或水泥）+烧渣混合成型自然养护矿渣砖。2.磁选铁精矿矿渣储料斗圆盘给料机球磨机缓冲槽磁选机冲泥沉淀池成品。3.重选铁精矿将一定浓度的硫铁矿渣浆 ，经溜槽重选得含铁量在5560%的铁精矿。,4.高温氯化法回收有色金属将废渣与氯化钙均匀混合制成球团，在高温下焙烧，废渣中的有色金属生成金属氯化物，以蒸汽形式随烟气排出，用水吸收，回收有色金属氯化物，剩余的烧渣可作为炼铁原料。回收率90%左右。5.作水泥配料磁选和重选后，含铁30%左右，可作水泥的辅助配料烧渣可代替铁矿粉作为水泥烧成的助熔剂 ，降低烧成温度，提高水泥的强度和抗侵蚀性能。（国外烧渣利用法1）磁化焙烧磁选球团法2）中温氯化浸出烧结法3）氯化挥发沸腾炉法4）还原挥发金属球团法,（三）处理实例,山东乳山县化工厂用氰化法从硫铁矿烧渣中提取金、银、铁实例。原理：金、银在有氧存在的氰化溶液中与氰化物反应，生成金氰配离子进入溶液，经液固分离后用锌置换，再经冶炼得到成品金、银，利用弱磁场将烧渣磁选得铁精矿。,五、铬渣的综合利用,（一）概述1.来源与组成铬渣是冶金和化工行业在生产重铬酸钠、金属铬过程中排出的废渣。黄、黑、赭。化学成分：Cr2O3、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、水溶性Cr6+、酸溶性Cr6+。物相组成：方镁石、硅酸二钙、铁铝酸钙、亚铬酸钙和铬尖晶石、铬酸钙、四水铬酸钠、铬铝酸钙、碱式铬酸铁、碳酸钙、水合铝酸钙、氢氧化铝。对铬渣解毒处理与综合利用有决定性的影响。,2.危害有害成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子。铬渣扬尘和含铬粉尘污染大气；铬渣堆场对土壤和水影响；对农作物的影响；对人身体健康的毒害很大，对人体的消化道、呼吸道、皮肤、黏膜、内脏都有危害。有致癌作用。,（二）综合利用,1.作玻璃着色剂代替铬铁矿作绿色玻璃的着色剂。Cr6+与酸性氧化物、二氧化硅作用Cr3+分散在玻璃体中。铬渣中的氧化镁、氧化钙代替玻璃配料中的白云石和石灰石原料。2.制钙镁磷肥铬渣与磷矿石、硅石、焦粉或无烟煤在高温下熔融钙镁磷肥。铬渣代替蛇纹石作熔剂。,3.干法解毒将铬渣与无烟煤按适当比例混合，在800900焙烧，使六价铬还原成三价铬。4. 铬渣炼铁铬渣代替白云石、石灰石作为生铁冶炼过程的添加剂，在高炉冶炼过程中，六价铬可完全还原，脱除率达97%以上，还原后的金属进入生铁中，使铁中铬含量增加，使机械性能、硬度、耐磨性、耐腐蚀性能提高。5.制钙铁粉铬渣经风化筛分后进行打浆、湿磨磨细到一定粒度，经水洗、过滤、烘干、粉碎而成产品钙铁粉，一种CT防锈颜料。6.制铸石铬渣、硅砂、烟道灰和轧钢铁皮混合粉碎，于14501550的平炉中熔融，在1300 下浇铸成型，结晶、退火后自然降温铸石。7.生产铬渣棉,六、碱渣的综合利用,（一）来源与组成纯碱生产的主要方法是氨碱法，食盐、石灰石和氨为原料，盐水吸氨、碳酸化碳酸氢钠和氯化铵母液过滤、洗涤、煅烧纯碱。母液与石灰乳混合，蒸馏氨和废渣。组分：氯化钙、氯化钠、碳酸钙、氧化钙、氢氧化镁、硫酸钙等。是一种水分和氯化物含量都较高的白色膏状物质。,（二）综合利用,1.制水泥碱渣 、石灰石、硅质材料及铁质材料按比例混合制成料浆机械脱水生料浆回转窑煅烧熟料冷却、破碎加入石膏、混合料研磨到一定粒度水泥。2.制建筑胶凝材料控制煅烧温度，使碱渣中的氯化物与生料中的相关组分形成稳定结构的矿相组分，再经复配、球磨而成碱渣建筑胶凝材料。3.制钙镁肥氨碱废渣和盐泥钙镁磷肥钙镁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。,一、概述1、定义：指的是在矿山开采和矿石冶炼生产过程中所产生的废物2、分类：分为两类：废石和尾矿 （1）废石（其中以煤矸石为主）：主要是指矿山开采过程中所产生的无工业价值的矿体围岩和夹石。 对于井下矿来说，就是指巷道掘进时所采出的不能作为矿石使用的夹石。（夹在矿体中的岩石） 对于露天矿来说，就是指剥离下来的矿床表面的围岩（矿体周围的岩石） 一般，井下矿每开采1t矿石要产生废石2-3t，露天矿每开采1t矿石要剥离废石6-8t.,第三节 矿业固体废物的综合利用,（2）尾矿（尾砂）：指矿石在选矿过程中选出目的精矿后，剩余的含目的金属很少的矿渣。矿上习惯把那种可能直接用于冶炼某种金属且含该金属量比较高的矿粉叫作精矿。3、共同特点：（1）占用大量土地：截止1998年，全国积存的矿业固体废物就有40亿吨以上，并且每年以3亿吨的速度增加，仅煤矸石来说，我国积存量已达到30亿吨，占地约6.7万hm2 ，而且以年排放量2亿吨的速度增长。一座中型的尾矿坝一般占地数10hm2或更多。,（2）污染环境：最直接的是污染土壤，另外，大气、水体也有一定的危害。（3）威胁人类生命财产安全：如：1964年，英国威尔士北部的巴尔克尾矿池被洪水冲刷，尾矿流失后毁坏了大片肥沃的草原，使土壤受到严重污染，牧草大片死亡。1970年9月，赞比亚穆福利拉铜矿尾矿坝的尾砂涌入矿井坑内，导致89名井下工人死亡，彼得森矿区全部被淹没。1986年，我国湖南东坡铅锌矿的尾矿坝体因暴雨而坍塌，造成了数十人伤亡，直接经济损失达数百万元。,我国一些较大的露天矿，在其整个生产期内，产生的总废石量就可达到数十亿吨，对于矿山固体废物的利用，至今没有很好的办法，对于尾矿的处置利用率不到32%，煤矸石的利用率也仅为38.5%，据报道，世界各国矿山开发所产生的固体废物每年达到数百亿吨，这既是一笔大的财富，也是一个严峻的环保问题，矿山废物的处理和利用越来越受到世界各国的重视。针对矿山固体废物，主要介绍的是煤矸石的综合利用。,二、煤矸石的综合利用1、来源 是指在采煤过程和洗煤过程中的排出的固体废物。是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低的，比煤坚硬的黑灰色岩石。是由多种矿岩组成的混合物，属于沉积岩。从煤炭开采来看，每采1t原煤，排放矸石约0.2t左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1t炼焦煤排放矸石量0.2t，每洗1t动力煤，排放矸石量0.15t。 在我国，煤矸石的产地分布和原煤产量有直接关系，一般来说，煤矸石的产量约占原煤产量的15%。每年产量达到2亿吨之上。煤矸石排放量比较多的地区主要集中在北方，其中年产量超过400万吨的地方有：新疆、内蒙古、山西、陕西、安徽、河南、东北等地。具体来源主要三个方面：,（1）白矸：巷道掘进（从地面向地下开掘的各类通道）过程中排出的矸石，占45%；（2）普矸：采煤过程中（从顶板、底板及夹层里）选出的矸石，占35%；（3）选矸：选煤（对煤进行分选,生产不同质量、不同规格产品）厂或洗煤（为了去除煤炭中矸石）厂产生的矸石，占20%。 产生的煤矸石大多采用围堆式或沟谷倾倒式自然松散地堆放在矿井周围。,2、组成：（1）化学组成：与成煤年代、环境、地壳运动状况、开采方式有关。一般同一矿区同一煤层的矸石成分相对稳定。 通常所指的化学成分是矸石煅烧以后分析灰渣的成分。煤矸石是由有机物（含碳物）和无机物质（岩石物质）组成的混合物，前者可燃烧，但是含量少；后者不能燃烧，含量多，一般来说，含碳量愈高，煤矸石发热量就愈大。一般情况下，煤矸石的无机组分在80%以上，而有机组分中可燃物仅占10%左右。,化学成分的种类和含量多少随岩石成分的不同而变化。煤矸石的岩石种类和矿物组成直接影响煤矸石的化学成分，一般用氧化物含量的多少来判断矸石中岩石成分和矸石类型。氧化物组成主要为：SiO2 （40-60%） 、 Al2O3 （15-30%）, 这两种氧化物含量占6090。 此外：Fe2O3 、 CaO 、 MgO 、 Na2O 、K2O 、 P2O5 、 SO3 微量稀有金属：镓 钒 钛 钴等。,（2）矿物组成： 主要为硬质粘土类矿物(铝硅酸盐)和水云母类矿物（硅酸盐）组成(高岭石：Al4 Si4O10(OH)8 、多水高岭石、伊利石、蒙脱石、蛭石、坡缕石等)。此外有少量：石英（碎屑）长石、黄铁矿（FeS2）、碳酸钙、长石、铁白云母、金红石等。（3）煤矸石的热值（发热量）：C、 H、 O元素是发热元素。 热值在4.19-12.6MJ/kg波动，多为6.3MJ/kg以下，所以煤矸石可用来代替燃料。（四川永荣矿务局发电厂用煤矸石掺入发电，5年间利用煤矸石22.4万吨，相当于节约原煤17万吨） 各地矸石含碳量差别较大。,（4）燃后煤矸石的组成： 化学组成与煤灰相似，SiO2 、Al2O3 相对增加（可燃物减少）矿物组成发生变化（与燃烧温度有关）： 燃烧温度高：粘土类矿物不再存在。 燃烧温度低：高岭石、水云母大部分失去结晶水，晶格遭破坏，形成玻璃体类物质。,3、煤矸石的活性 活性大小与其矿物组成和煅烧温度有关 煤矸石经过燃烧后，烧渣成为人工煤灰类物质而且有活性。活性的概念：来自煤灰活性 是指煤灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等（本身并无水硬性）天然煤灰类物质，在潮湿环境下能与Ca(OH)2 等发生反应，生成一系列水化产物凝胶，而具有凝结硬化的性质。这些水化产物无论在空气中还是水中都可以硬化并产生明显的强度，而煤灰类物质，其成分为以 SiO2 和 Al2O3 为主（7585%）且含有相当多的玻璃体或其他无定形物质。,4、危害： 煤矸石污染是世界各主要产煤国所面临的重要环境污染问题之一，煤矸石的危害主要有以下几个方面：（1）占用大量土地：煤矸石大部分长期露天堆放。一座几百万吨的煤矸石山，占地面积往往可达数万平方米，据有关资料统计，世界上几个重要产煤国，如美国、英国、法国、德国、俄罗斯等，煤矸石堆积量均在10亿吨以上，我国煤矸石积存量则已超过30亿吨，占地约6.7万hm2，大量的煤矸石侵吞着本来就不足的可耕地土地，不能不令人担忧，年平均排放煤矸石2亿吨以上，占原煤产量的15%。随着新煤区的开发，老煤区日产工作的扩展和水平的延伸，堆积于地面的煤矸石越来越多，加重了我国人口多与土地资源缺乏的矛盾，直接影响到农业的发展，而且覆盖了大片绿色植被，从而破坏了优美的自然环境，导致生态环境破坏。,（2）污染环境：煤矸石中除含有大量的碳、硅、铝、铁、钙、镁等常量元素外，还含有各种少量的重金属元素，它们经过长期风化、淋溶，可能对地表水、地下水、土壤等造成污染。据国内外研究表明，矿区固体废物（在PM10以下的颗粒：可吸入固体颗粒物）比表面积大，表面吸附有害元素的浓度相对较高，在淋溶过程中，吸附的有害元素易析出，所以对环境危害极大。另外，还有大气污染，煤受热分解生成游离氢或氢的化合物，构成挥发分的主要成分。,（3）自燃：主要是因为煤矸石中的硫化物散发，黄铁矿氧化发热造成矸石自燃。 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2+热量 由于部分煤矸石含硫量较高，混杂着易燃、高热值的废矿物，长期堆放易产生自燃，放出大量的有害气体（如CO、 CO2 、SO2 、NOx 等）和烟尘，对周围大气环境造成严重的污染，危害着人体和生态系统的健康。煤矸石自燃现象在世界各产煤国都有不同程度的存在，目前仅在美国就至少400座煤矸石山在燃烧，我国也有约400座煤矸石山在自燃。,（4）造成自然灾害：因暴雨导致煤矸石山滑坡，泥石流以及煤矸石山爆炸等灾害。国内外，都发生过这类事件，原因：正在燃烧的煤矸石山，一旦冷水浇淋，产生温度较高，可立即引起爆裂，由温度差形成的气浪可使不同颗粒的破碎矸石以抛物线的形式四面喷射，酷似黑色冰雹，重者可伤人致残。,5、治理方法：（1）回填与复垦 复垦造地是彻底消除煤矸石污染的根本方法，在国外已实施多年，效果相当显著。最普遍的方法是利用报废的矿坑作排矸场，填满后，平整、耙松，对酸性矸石还需要施石灰，最后盖上一定厚度的灰土，放置或放牧一段时间后可进行施肥、种草，根据土质情况还可以种植谷物、树木等，这就完成了初期的治理工作。 利用煤矸石作为复垦采煤塌陷区的填充材料，即