固体废物

第七章 固体废物的资源化与综合利用

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。

第一节 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。

一、冶金及电力工业废渣的利用

（一） 冶金及电力工业废渣种类及其性质

冶金及电力工业废渣是指在冶金和火力发电过程中产生的固体废弃物。冶金工业废渣主要包括高炉矿渣、钢渣、铁合金渣、赤泥等固体废物；电力工业废渣主要包括粉煤灰及燃煤炉渣等。

1. 高炉矿渣 高炉矿渣是指冶炼生铁时从高炉中排放出来的废物。

（1） 高炉矿渣的分类

① 按照冶炼生铁的品种分：A 铸造生铁矿渣；B 炼钢生铁矿渣

② 按照矿渣的碱度进行分类：高炉矿渣的成分中，碱性氧化物与酸性氧化物的质量分数（%）比值，称之为高炉矿渣的碱度或碱性率，一般用Mo 表示，即：

Mo=)/()(322O Al SiO MgO CaO w w w w ++

（2） 高炉矿渣的化学组成

高炉矿渣的化学组成包括SiO2、Al2O3、CaO 、MgO 、MnO 、Fe2O3等15种以上的化学成分，其中CaO 、SiO2、Al2O3便占到了大约90%以上。

2. 钢渣 钢渣是炼钢过程中排出的废渣，主要由铁水和废钢中的元素氧化后生成的氧化物、金属炉料带入的杂质、加入的造渣剂、被侵蚀的炉衬及补炉材料等组成。

（1） 钢渣的分类

① 按炼钢炉分：可分为转炉钢渣、平炉钢渣、电炉钢渣。

② 按生产阶段分：可分为电炉渣——氧化渣、还原渣；平炉渣——初期渣、后期渣。 ③ 按化学性质分：可分为碱性渣和酸性渣。

（2） 钢渣的化学及矿物组成 钢渣的化学组成主要为铁、钙、硅、镁、铝、锰、磷等元素的氧化物，其中钙、铁、硅的氧化物占绝大部分。

钢渣的主要矿物组成主要为橄榄石（2FeO ·SiO2）、硅酸二钙、硅酸三钙、、铁酸二钙及游离氧化钙等。

（3） 钢渣的主要化学性质

① 碱度：氧化钙与二氧化硅和五氧化二磷的质量分数之比，即R= CaO w / (2SiO w +

5

2O P w )。根据碱度的高低，可将钢渣分为低碱度（R=0.78~1.8），中碱度（R=1.8~2.5）和高碱度渣（R ＞2.5）。 ② 活性：指钢渣中3CaO ·SiO2(C3S)、2 CaO ·SiO2（C2S ）等具有水硬胶凝性活性的矿物的含量。当钢渣碱度为1.8~2.5时，其中的C3S 和C2S 的含量之和为

60%~80%；R ＞2.5时，钢渣中的主要矿物为C3S 。 ③ 稳定性：指钢渣中fCaO(游离氧化钙)、MgO 、C2S 、C3S 等不稳定组分．．．．．

的含量。 ④ 易磨性：钢渣比矿渣耐磨，所以宜作路面材料。

3. 铁合金渣

（1） 铁合金渣的分类

① 按冶炼工艺分：可分为火法冶炼废渣、浸出渣。

② 按铁合金品种分：可分为锰系铁合金渣、铬铁渣、硅铁渣、钨铁渣、钼铁渣、磷铁渣等。

（2） 铁合金化学成分

见表7-3（教材P207~208）

4. 有色金属渣

(1) 有色金属渣的分类

① 按生产工艺分：可分为火法冶炼形成的熔融矿渣；湿法冶炼生成的残渣；冶炼过程中排出的烟尘和污泥。

② 按金属矿物的性质分：可分为重金属渣、轻金属渣和稀有金属渣。

（2）有色金属渣的化学成分

见表7-4（教材P208）

5. 粉煤灰 粉煤灰是粉煤经高温燃烧后形成的一种类似火山灰质的混合材料，是冶炼、化工、燃煤电厂等企业排出的固体废物。

(1) 粉煤灰的化学及矿物组成 粉煤灰的化学组成与黏土相似，主要成分为二氧化硅（质量分数为40%~60%）、氧化铝（17%~35%）、氧化铁（2%~15%）、氧化钙（1%~10%）和未燃炭。 粉煤灰矿物组成非常复杂，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%，此外，未燃尽的炭粒也属于无定形相。结晶相主要有石英、莫来石、云母、长石、赤铁矿等。

（2）物理性质

粉煤灰外观灰色或灰白色粉状物，含碳量大的呈灰黑色。

低钙灰的密度一般为1800~2800kg/3

m ，高钙灰一般为2500~2800kg/3m .孔隙率一般为60%~75%；粒度一般为45m 。比表面积为2000~2400g cm /2。

（3） 活性

粉煤灰活性是指其与石灰、水混合后显示的凝结硬化性能。粉煤灰中的二氧化硅、氧化铝与氢氧化钙在常温下化学反应生成较稳定的水化硅铝酸钙[Ca （Al2Si5O8）·4H2O]。

（二） 冶金及电力工业废渣的加工与处理

1.高炉矿渣的加工处理

我国通常把高炉矿渣加工成水渣、矿渣碎石等形式后加以利用。

(1) 高炉矿渣的水淬处理工艺

将熔融状态的高炉矿渣至于水中急速冷却，限制其结晶，使其粒化。目前常用有渣池水淬和炉前水淬。

① 渣池水淬是用渣罐将熔渣拉到离高炉较远的地方，直接倒入水池中，炉渣遇水积

聚冷却成水渣。此法优点节省水，缺点是易产生大量渣棉和硫化氢气体。属逐渐

淘汰工艺。

②炉前水淬是利用高压水使高炉渣在炉前冲渣沟内淬冷成粒状，并送至沉渣池。根

据过滤方式

．．．．不同，可分为炉前渣池式、炉前渣车式、水力输送式、沉淀池过滤式、旋转滚筒式及脱水仓式。

（2）高炉重矿渣碎石工艺

高炉重矿渣碎石是高炉熔渣在在渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却，形成结构较为致密的矿渣后，经破碎、磁选、筛分等工序加工成的一种碎石材料。重矿渣碎石处理工艺主要有热泼法和渣场堆存开采法两种。

①热泼法有炉前热泼法和渣场热泼法两种。炉前热泼法是让熔渣经渣沟直接流

到热泼坑，每泼一层渣便要淋一次水，促使其加速冷却和破裂。

②渣场堆存开采法是用渣罐车将熔渣运至对渣场，分层倾倒，形成渣山后，再

进行开采。此法优点是设备简单，投资省，生产成本低。

（3）膨胀矿渣珠（膨珠）生产工艺

高温熔渣经渣沟流到膨胀槽上，与高压水接触后，即开始膨胀，并流至滚筒上，被高速旋转的滚筒击碎并抛出去，冷却成珠落入膨珠池内。

该工艺的优点是比水淬法用水量少，环境污染小，可抑制H2S气体的产生；比热泼法占地小，处理效率高；投资省，成本低。

2.钢渣的加工处理

（1）热泼法

热熔钢渣倒入渣罐后用车辆运到钢渣热泼车间，利用吊车将渣罐的液态渣分层泼倒在渣床上（或渣坑内），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。

（2）盘泼水冷（ISC）法

在钢渣车间设置高架泼渣盘，利用吊车将渣罐内液态钢渣泼在渣盘内。渣层一般为30~120mm厚，然后喷以适量的水促使急冷破裂。再将渣运卸至水池内进一步降温冷却。钢渣粒度一般为5~100mm，最后送至钢渣处理车间，进行磁选、破碎、筛分、精加工。

（3）水淬法

（4）风淬法

（5）粉化处理

由于钢渣中含有未化合的fCaO，用压力0.2~0.3MPa，100℃的蒸汽处理转炉钢渣时，其体积增加23%~87%，小于0.3mm的钢渣粉化率达50%~80%。在钢渣主要矿相不变的情况下，消除了fCaO，提高了钢渣的稳定性。此种处理工艺可显著减少钢渣破碎加工量并减少设备磨损。

（三）冶金及电力工业废渣的应用

1.高炉矿渣的综合利用

（1）水淬矿渣作建筑材料

利用水淬矿渣做水泥混合材是国内外普遍采用的技术。我国75%的水泥中掺有高炉水淬渣。

①矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，是我国产量最大的水泥品种。是用硅酸盐水泥熟料和粒化高炉渣加3%~5%的石膏磨细制成的水硬性凝胶材料，水渣加入量一般为20%~70%。

与普通硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的优点是：具有较强的抗溶出性及抗硫酸盐侵蚀的性能，故可用于海上工程及地下工程等；水化热较低，可用于浇筑大体积混凝土工程；耐热好，用于高温车间及容易受热的地方时，效果较普通水泥好。

②石膏矿渣水泥：由80%左右的高炉渣，加15%左右的石膏和少量硅酸盐水泥熟料或石灰，混合磨细后得到的水硬性凝胶材料。石膏矿渣水泥成本较低，有较好的抗硫酸盐侵蚀能力和抗渗透性能。但周期强度低，易风化起沙，一般适用于水工建筑混凝土和各种预制砌