固体废物制备建筑材料
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第十章 固体废物制备建筑材料
10.1 工业固体废物的综合利用
• 工业固体废物：主要包括冶金、化学、机械等工业 生产部门的固体废物。 冶金工业：高炉渣、赤泥、钢渣 电力工业：粉煤灰和燃煤炉渣；
钢渣
化学工业：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。
高炉渣
一、高炉渣的资源化
• （一）概述 1.来源：生铁冶炼时从高炉中排出的废物。 2. 分类 （1）按照冶炼生铁的品种分类 高炉渣的碱度或碱性率，（质量分数%） 铸造生铁矿渣； M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 碱性氧化物 酸性氧化物 炼钢生铁矿渣； 特种生铁矿渣。 （2）按照矿渣的碱度分 碱性矿渣； 中性矿渣； 酸性矿渣。
水泥
矿渣棉
高炉渣混凝土
二、钢渣的资源化
（一）概述 1.来源： 炼钢过程中排出的废渣。铁水与废钢中所含元 素氧化→氧化物、金属炉料带入的杂质、加入的造渣 剂&氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体材料等组成。 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。 主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、橄榄石、铁 酸二钙、游离石灰等。
1.水渣作建材 （1）矿渣硅酸盐水泥：我国产量
最大品种
（2）石膏矿渣水泥：适用于水工
建筑混凝土和预制砌块
（3）石灰矿渣水泥： （4）矿渣砖 （5）矿渣混凝土
ห้องสมุดไป่ตู้
2.矿渣碎石的利用 （1）配制矿渣碎石混凝土 （2）在地基工程中的应用 （3）在道路工程中的应用 （4）在铁路道碴上的应用
3.膨珠作轻骨料 4.其他应用 （1）生产矿渣棉 （2）生产微晶玻璃
• 微珠的子母珠包裹结构极大地增加了粉煤 灰颗粒的赋存空间，极易使玻璃微珠成为 空气中污染有害元素和微量元素的载体， 污染空气。因此，在粉煤灰的后期处理过 程中应通过碾磨等方法破坏粉煤灰玻璃微 珠的包裹结构，减少赋存空间，同时还能 使其中的富铁微珠的外壳与其所包裹的玻 璃微珠分离，达到提纯铁的目的。
（二）粉煤灰性质
1. 组成
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。 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约占粉煤灰总量的50% ～80%。
3.性质 （1）物理性质：
（二） 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，代替部分石灰石做烧结配料。 磷含量高的钢渣熔剂
（2）作高炉或化铁炉熔剂
另含有10%~30% 的Fe和2%±的Mn。做熔剂不但能回收铁 ，还可把CaO和MgO作为助熔剂，从而节省大量石灰石和白云 石资源
（3）回收废钢铁：
粉煤灰实际上是煤的非挥发物残渣。它是煤粉进入 1 300 ℃～1 500 ℃的炉膛，在悬浮燃烧后产生的3 种 固体产物的总和，包括: ①漂灰，它是从烟囱中漂出来的细灰 ②粉煤灰，又称飞灰，它是烟道气体中收集的细灰 ③炉底灰，是从炉底中排出的炉渣中的细灰。 一般烟煤 的灰分含量都小于25 % ，而褐煤，低品级烟煤、无 烟煤，以及石煤灰分含量较高，有的高达50 %以上， 故排放出粉煤灰也较多。
3.组成 主要化学成分： SiO2 、 Al2O3 、CaO、MgO、MnO Fe2O3和S等。 其中SiO2、Al2O3 、CaO占90%以上。
我国高炉渣大部分属于中性矿 渣， M0=0.99~1.08。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.目前利用率：85%左右
（二）高炉渣的综合利用
（2）作筑路与回填工程材料
做工程材料有基本要求
钢渣水泥
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。其中还含有微量的锌、锰、铁、铜等元素， 冶炼过程中经高温煅烧，溶解度大大改变，主要成分易溶 量达全量的1/3～1/2，容易被植物吸收。 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。
灰色或灰白色粉状物；含碳量大的粉煤灰呈灰黑色。具 有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。
（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。 粉煤灰含有较多活性氧化物，分别与氢氧化钙反应→较 稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，与石灰、水泥熟料等碱性 物质混合加水拌合后，能凝结、硬化并具有一定硬度。。
一般含有7~10% 的废钢及钢粒。加工磁选后可回收90%的 废钢铁。
（4）作炼钢返回渣
2.用于建筑材料 （1）生产钢渣水泥
高碱度钢渣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，具有好的水硬胶凝性。 ∴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。但早期强度低，性能不够稳定。 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
利用以中高 碱度渣为主
3.性质
0.78~1.8 1.8~2.5 >2.5
碱度：R=CaO/(SiO2+P2O5)，低碱度渣、中碱度渣、高碱度渣。 活性：钢渣中具有水硬胶凝性活性矿物的含量。随碱度而变化。 稳定性：钢渣中不稳定组分的含量，只有fCaO（游离氧化钙）、 MgO等基本消解完后才会稳定。 耐磨性：耐磨程度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。
我国利用率约 30%
（三）粉煤灰结构
在普通光学显微镜下呈球形，泛贝壳状光泽， 很象粒粒晶莹珍珠的微珠，在扫描电镜下观察，会 发现这些微珠并不像在显微镜下看到的中空亮球， 而是微珠的外表有许多不规则的突起，壳壁上可见 气孔，而且大颗粒里面包裹了大量的玻璃微珠，象 石榴一样，粒径约为6μm 壁厚。这就是通常所称 的子母珠或复珠。
（2）做硅肥 ：硅是水稻生长需求量较
大的元素，用于增产水稻。
（3）做酸性土壤改良剂
钢渣磷肥：西欧地区使用多
三、粉煤灰的资源化
（一）粉煤灰概述 • 粉煤灰是燃煤电厂排出的主要污染物，煤粉经高 温燃烧后形成一种似火山灰质混合材料。长期以来主 要堆积于贮存场或直接排入江河中，不仅占用大量农 田 ，更可惜的是排弃粉煤灰浪费了大量宝贵的矿物 资源，它还通过水体污染侵害人们身体健康，给生态 环境造成严重危害。
10.1 工业固体废物的综合利用
• 工业固体废物：主要包括冶金、化学、机械等工业 生产部门的固体废物。 冶金工业：高炉渣、赤泥、钢渣 电力工业：粉煤灰和燃煤炉渣；
钢渣
化学工业：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。
高炉渣
一、高炉渣的资源化
• （一）概述 1.来源：生铁冶炼时从高炉中排出的废物。 2. 分类 （1）按照冶炼生铁的品种分类 高炉渣的碱度或碱性率，（质量分数%） 铸造生铁矿渣； M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 碱性氧化物 酸性氧化物 炼钢生铁矿渣； 特种生铁矿渣。 （2）按照矿渣的碱度分 碱性矿渣； 中性矿渣； 酸性矿渣。
水泥
矿渣棉
高炉渣混凝土
二、钢渣的资源化
（一）概述 1.来源： 炼钢过程中排出的废渣。铁水与废钢中所含元 素氧化→氧化物、金属炉料带入的杂质、加入的造渣 剂&氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉体材料等组成。 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。 主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、橄榄石、铁 酸二钙、游离石灰等。
1.水渣作建材 （1）矿渣硅酸盐水泥：我国产量
最大品种
（2）石膏矿渣水泥：适用于水工
建筑混凝土和预制砌块
（3）石灰矿渣水泥： （4）矿渣砖 （5）矿渣混凝土
ห้องสมุดไป่ตู้
2.矿渣碎石的利用 （1）配制矿渣碎石混凝土 （2）在地基工程中的应用 （3）在道路工程中的应用 （4）在铁路道碴上的应用
3.膨珠作轻骨料 4.其他应用 （1）生产矿渣棉 （2）生产微晶玻璃
• 微珠的子母珠包裹结构极大地增加了粉煤 灰颗粒的赋存空间，极易使玻璃微珠成为 空气中污染有害元素和微量元素的载体， 污染空气。因此，在粉煤灰的后期处理过 程中应通过碾磨等方法破坏粉煤灰玻璃微 珠的包裹结构，减少赋存空间，同时还能 使其中的富铁微珠的外壳与其所包裹的玻 璃微珠分离，达到提纯铁的目的。
（二）粉煤灰性质
1. 组成
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。 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约占粉煤灰总量的50% ～80%。
3.性质 （1）物理性质：
（二） 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，代替部分石灰石做烧结配料。 磷含量高的钢渣熔剂
（2）作高炉或化铁炉熔剂
另含有10%~30% 的Fe和2%±的Mn。做熔剂不但能回收铁 ，还可把CaO和MgO作为助熔剂，从而节省大量石灰石和白云 石资源
（3）回收废钢铁：
粉煤灰实际上是煤的非挥发物残渣。它是煤粉进入 1 300 ℃～1 500 ℃的炉膛，在悬浮燃烧后产生的3 种 固体产物的总和，包括: ①漂灰，它是从烟囱中漂出来的细灰 ②粉煤灰，又称飞灰，它是烟道气体中收集的细灰 ③炉底灰，是从炉底中排出的炉渣中的细灰。 一般烟煤 的灰分含量都小于25 % ，而褐煤，低品级烟煤、无 烟煤，以及石煤灰分含量较高，有的高达50 %以上， 故排放出粉煤灰也较多。
3.组成 主要化学成分： SiO2 、 Al2O3 、CaO、MgO、MnO Fe2O3和S等。 其中SiO2、Al2O3 、CaO占90%以上。
我国高炉渣大部分属于中性矿 渣， M0=0.99~1.08。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.目前利用率：85%左右
（二）高炉渣的综合利用
（2）作筑路与回填工程材料
做工程材料有基本要求
钢渣水泥
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。其中还含有微量的锌、锰、铁、铜等元素， 冶炼过程中经高温煅烧，溶解度大大改变，主要成分易溶 量达全量的1/3～1/2，容易被植物吸收。 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。
灰色或灰白色粉状物；含碳量大的粉煤灰呈灰黑色。具 有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。
（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。 粉煤灰含有较多活性氧化物，分别与氢氧化钙反应→较 稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，与石灰、水泥熟料等碱性 物质混合加水拌合后，能凝结、硬化并具有一定硬度。。
一般含有7~10% 的废钢及钢粒。加工磁选后可回收90%的 废钢铁。
（4）作炼钢返回渣
2.用于建筑材料 （1）生产钢渣水泥
高碱度钢渣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，具有好的水硬胶凝性。 ∴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。但早期强度低，性能不够稳定。 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
利用以中高 碱度渣为主
3.性质
0.78~1.8 1.8~2.5 >2.5
碱度：R=CaO/(SiO2+P2O5)，低碱度渣、中碱度渣、高碱度渣。 活性：钢渣中具有水硬胶凝性活性矿物的含量。随碱度而变化。 稳定性：钢渣中不稳定组分的含量，只有fCaO（游离氧化钙）、 MgO等基本消解完后才会稳定。 耐磨性：耐磨程度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。
我国利用率约 30%
（三）粉煤灰结构
在普通光学显微镜下呈球形，泛贝壳状光泽， 很象粒粒晶莹珍珠的微珠，在扫描电镜下观察，会 发现这些微珠并不像在显微镜下看到的中空亮球， 而是微珠的外表有许多不规则的突起，壳壁上可见 气孔，而且大颗粒里面包裹了大量的玻璃微珠，象 石榴一样，粒径约为6μm 壁厚。这就是通常所称 的子母珠或复珠。
（2）做硅肥 ：硅是水稻生长需求量较
大的元素，用于增产水稻。
（3）做酸性土壤改良剂
钢渣磷肥：西欧地区使用多
三、粉煤灰的资源化
（一）粉煤灰概述 • 粉煤灰是燃煤电厂排出的主要污染物，煤粉经高 温燃烧后形成一种似火山灰质混合材料。长期以来主 要堆积于贮存场或直接排入江河中，不仅占用大量农 田 ，更可惜的是排弃粉煤灰浪费了大量宝贵的矿物 资源，它还通过水体污染侵害人们身体健康，给生态 环境造成严重危害。