固体废物-第八章-工业固体废物处理及资源化

8.5 钢铁工业固体废物的处理与资源化
一、钢铁工业固体废物概况
钢铁冶金废渣
1 高炉渣的资源化
来源及成分 高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到
1400—1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分 和助溶剂和其他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。
2.危害 露天堆积的矸石山侵占良田、阻塞河道、造成水灾
； 煤矸石自燃释放大量有害气体，如、2、2、H2S及
、等，甚至引起火灾； 煤矸石含有微量重金属元素，、、、等，酸性淋溶
水损伤临近土壤、农作物及水环境；煤矸石细粒
三、煤矸石的资源属性与利用途径
8.4 粉煤灰的处理与资源化
一、概况
粉煤灰是冶炼厂、化工厂和燃煤电厂排放的非挥发 性煤残 渣，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，包括漂 灰、飞 灰和炉底灰三部分。粉煤灰是高温下高硅铝质的玻璃 态物质经 快速冷却后形成的蜂窝多孔固体集合物，外观类似水
、镓、钼等稀有元素及金、银等贵金属
1.回收有价金属
– 铁矿尾矿：高梯度磁选机回收细粒赤铁矿； – 有色金属矿山尾矿：回收金属精矿，如对部分硫化矿
尾矿进行浮选回收银试验，可获得含铋银精矿，采用 三氯化铁盐酸溶液浸出，最终获得海绵铋和富银渣； – 金矿尾矿：黄金价值高，但在地壳中含量很低，所以 从金矿尾矿中回收金就显得更为重要。对尾矿经过再 富集，可进一步回收金及其他金属。
工程填筑上，如筑路筑坝、围海造田、矿井回填等
– 5.从粉煤灰中回收有用物质 – 分选空心微珠、提取工业原料、回收稀有金属
6.生产功能性新型材料
粉煤灰可作为生产吸附剂、混凝剂、沸石分子筛与 填料载体等功能性新型材料的原料，广泛用于水 处理、化工、冶金、轻工与环保等方面。如粉煤 灰在作为污水的调理剂时有显著的除磷酸盐能力 ；作为吸附剂时可从溶液中脱除部分重金属离子 或阴离子；作为混凝剂时，与色度去除率均高于 其它常用的无机混凝剂；而利用粉煤灰制成的分 子筛，质量与性能指标已达到或超过由化工原料 合成的分子筛。
– 在烟气脱硫工程中的应用：电厂烟气脱硫的主要方法是 石灰-石灰石法，此法原料消耗大、废渣产量多，但在消 石灰中加入粉煤灰，则脱硫效率可提高5～7倍。
– 在噪声防治工程中的应用：制作保温吸音材料、制作双 扣隔声墙板。
– 4.粉煤灰的工程填筑应用 – 粉煤灰的成分及结构与粘土相似，可代替砂石，应用在
赤泥的典型化学组成%
赤泥主要的利用途径 一是提取其中有用组分，回收有价金属，如、、
、U、等； 二是将赤泥作为矿物原料，整体利用，生产建筑
材料，如水泥、墙体材料、保温材料、陶瓷釉面
四、冶炼渣
冶金工业分类法
黑色金属 铁、铬、锰三种 有色金属 除铁、铬、锰三种金属以外
的所有金属。
冶金废渣是指冶金工业生产过程中产生的各种固 体废弃物。
化学处理 主要用于处理无机废物，如酸、碱、重金属废液、氰化物、乳
化油等，处理方法有焚烧、溶剂浸出、化学中和、氧化还原。 物理处理 包括重选、磁选、浮选、拣选、摩擦和弹跳分选等各种相分离
及固化技术。 生物处理 如适用于有机废物的堆肥法和厌氧发酵法；提炼铜、铀等金属
的细菌冶金法；适用于有机废液的活性污泥法；该法还可用于 生物修复被污染的土壤。 填埋 焚烧
2.生产建材 尾矿制砖：免烧砖、墙体砌块、蒸养砖、建筑用砖
、铺路砖、涂化饰面砖等； 生产水泥和混凝土：代替部分水泥原料；作为原料
配置混凝土；作为混凝土的粗细骨料直接使用； 生产玻璃：利用高钙镁型尾矿生产饰面玻璃，铁尾
矿用量可达70-80%；作为生产微玻璃材料，能改
3.用作农肥 如铁尾矿含少量磁铁矿，经磁化后，再掺加适量的
由表可知，粉煤灰属硅铝酸盐，其中2、2O3和2O3的含量 约占总量的80%，由于富集有多种碱金属、碱土金属元素，其值 较高；同时，粉煤灰具有粒细、多孔、质轻、容重小、粘结性好、 结构松散、比表面积较大、吸附能力较强等特性。
二、粉煤灰的综合利用途径
1.粉煤灰在建材工业中的应用 水泥、混凝土掺料：粉煤灰与粘土成分类似，并具有
3）工业固体废物的资源化利用
生产建材 煤矸石、粉煤灰、炉渣等化学成分和黏土较接近，常开发
用于筑路、生产烧结砖、生产混凝土制品、砌筑砂浆材料 回收或利用其中的有用组分，开发新产品，取代某些工业
原料 筑路、筑坝与回填 生产农肥和土壤改良
8.2 矿业固体废物的处理与资源化
一、矿业固体废物的产生、特点和危害
1）工业固体废物的处理原则
1 “3化”原则 “减量化” “
首 端
“3R”原则 “Reduce”
治 “Reuse”
理 “Recycle”
4
资源化” “无 害化”
固体废物 管理原则
全过程管理原则
末 端 治 理
2
“3C”原则
“Clean” 首 “Cycle” 端 “Control” 治
理
3
2）工业固体废物的处理与处置方法
主要化学成分有：、2、A12O3、、2O3、、、P2O5、Y2O5 、2等
钢渣的利用
在冶炼钢铁中的应用 作烧结矿的熔剂 作高炉炼铁熔剂 作化铁炉熔剂 返回转炉炼钢 生产铁水脱硫剂 回收钢铁及提取稀有元素 用于建筑材料：钢渣水泥、钢渣砖、代替碎石作骨料和道
路基材 在农业中的应用：生产钢渣磷肥和钙镁磷肥
矿渣珠
矿渣棉 ： 利用工业废料矿渣为主要原料，经熔化、 采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤 维，主要用作绝热材料和吸音材料。
2 钢渣
钢渣是炼钢过程中排放出的废渣。
炼钢过程是用空气或高纯氧气氧化铁水中的碳、、、、P 等元素并释放大量化学热。在高温下，炉料分成两个互不 相溶的液相：钢液和熔渣，熔渣硬化后即为钢渣，一般每 炼一吨钢，产生200～300钢渣。
高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣，其主要化学 成分是、2O3、2、、、和S等组成的硅酸盐和铝酸盐。此外有 些矿渣还含有微量的2、V2O5、2O、、P2O5、2O3等，其中 ，、2O3、、2等四种主要成分在高炉渣中占90%以上。目前 ，我国除17％的钒钛高炉渣、含放射性稀土元素的高炉矿渣没 有利用外，普通高炉矿渣基本上全部利用
火山灰活性，在碱性激发剂下，能与等碱性矿物在 一定温度下发生“凝硬反应”，生成水泥质水化胶凝 物质 ； 粉煤灰砖：如蒸养粉煤灰砖、泡沫砖、轻质粘土砖、
1.粉煤灰在建材工业中的应用 小型空心砖块 硅钙板 粉煤灰陶瓷 其它建筑制品：辉石微晶玻璃、石膏制品的填充剂
、做沥青填充料生产防水油毡、制备矿物棉、纤 维化灰绒、陶砂滤料，在砂浆中代替部分水泥、
第八章 工业固体废物处理与 资源化
主要内容
8.1 工业固体废物的处理原则与技术 8.2 矿业固体废物的处理与资源化 8.3 煤矸石的处理与资源化 8.4 粉煤灰的处理与资源化 8.5 钢铁工业固体废物的处理与资源化 8.6 化学工业固体废物的处理与资源化 8.7 清洁生产与工业产业园
8.1 工业固体废物的处理原则与技术
– 黑色金属矿山、有色金属矿山、黄金矿山等在采矿、 选矿、冶炼和矿物加工过程中，产生的数量庞大的固 体或泥状废物，主要包括选矿尾矿、采矿废石、赤泥 、冶炼渣、粉煤灰、炉渣、浸出渣、浮渣、电炉渣、 尘泥等
二、矿山废石和尾矿
1.回收有价金属 铁矿、有色金属、非金属矿的采选回收率分别为60-
67%、30-40%、25-40% 尾矿中含铜、铅、锌、铁、硫、钨、锡等，以及钪
高炉渣主要处理利用途径如下图所示：
炉前冲渣法
湿式
水渣
炉外池式法
急冷处理
高源自文库熔渣
炉前滚筒法
半湿式
膨珠
炉外滚筒法
膨
珠
炉前热泼
缓冷处理
渣场热泼
碎石
渣场自然堆存
水泥混合材 矿渣砖、砌块材料 湿碾矿渣混凝土 道路材料 地基加固材料 轻质混凝土骨料 道路材料、铁路道渣 混凝土骨料 地基加固回填 水泥配料 矿渣棉原料 护炉材料
1.工业固体废物的处理原则与技术
工业固体废物是指工业生产、加工过程中产生的 废渣、粉尘、碎屑、污泥等废物。
按行业主要包括：冶金废渣（如钢渣、高炉渣、 赤泥）、矿业废物（如煤矸石、尾矿）、能源灰 渣（如粉煤灰、炉渣、烟道灰）、化工废物（如 磷石膏、硫铁矿渣、铬渣）、石化废物（如酸碱 渣、废催化剂、废溶剂），以及轻工业排出的下 脚料、污泥、渣糟等废物。
主要指炼铁炉中产生的高炉渣；钢渣；
有色金属冶炼产生的各种有色金属渣，如铜渣、铅 渣、锌渣、镍渣等；
从铝土矿提炼氧化铝排出的赤泥以及轧钢过程产生 的少量氧化铁渣。
有色金属冶金废渣
1.回收有价金属 钨冶炼系统采用碱压煮工艺生产仲钨酸铵及蓝钨时
产出的钨渣可用火法-湿法联合流程处理，还原熔 炼得到钨铁合金和含铀，钍、钪等元素的熔炼渣 。钨铁合金用于铸铁件，熔炼渣采用湿法处理， 分别回收氧化钪、重铀酸和硝酸钍等产品。钨湿 法冶炼工艺中采用镁盐法除去钨酸钠溶液中的磷
料等建筑材料。国外研究用磨细镍渣与水玻璃混 合，制造高强度、防水、抗硫酸盐的胶凝材料， 它既可在常温下硬化，也可以在压蒸下硬化，还 可以用来配制耐火混凝土等。 其它冶炼渣的综合利用：锡矿山锑冶炼鼓风炉渣用
2.有色冶金渣的综合利用 碱介质湿法冶金工艺提取有色金属矿渣：碱介质湿
法冶金就是在碱性溶液（包括烧碱溶液、碳酸钠 溶液、氨水等）中通过化学或物理化学作用进行 的化学冶金过程。其基本工艺流程如图1.1所示。
2、有色冶金渣的综合利用 铜渣：铜熔炼鼓风炉渣或反射炉渣水淬后，成为黑
色致密的颗粒。可用作水泥、代替铁粉配制水泥 生料；生产渣棉，细而柔软、含珠少、熔点低， 可节省能源，质优价廉。云南冶炼厂、沈阳冶炼 厂的冶炼铜水淬渣硬度较高，可用作钢铁表面除 锈剂，供造船厂作除锈喷砂，其中一部分出口国
2.有色冶金渣的综合利用 镍渣：镍渣可做铸石、碎石、制砖，制水泥混合材
我国通常是把高炉渣加工成：
水渣：把热熔状态的高炉渣置于水中急速冷却，主要 用于生产水泥和混凝土
矿渣碎石：矿渣碎石是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得到的一种 碎石材料， 主要用于铁路道渣、混凝土骨料和沥青路 面等
膨胀矿渣：用适量冷却水急冷高炉渣熔渣而形成的一 种多孔轻质矿渣
二、粉煤灰的综合利用
2. 粉煤灰在农业上可用作土壤改良剂、农肥和造地 还田等
3.粉煤灰在环保上的应用 在废水处理工程中的应用：粉煤灰本身已具有较强
的吸附性能，经硫铁矿渣、酸、碱、铝盐或铁盐 溶液改性后，辅以适量的助凝剂，可用来处理各 类废水；在废水脱色除臭、有机物和悬浮胶体去 除、细菌微生物和杂质净化、以及2+、2+、2+、
铝土矿
炼铝
氧化铝
赤泥
赤泥是一种不溶性残渣，可分为烧结法、拜尔法 和联合法赤泥，主要成分为 2, 2O3, 和 2O3等.
我国部分厂家采用烧结法和联合法排放赤泥的主 要成分大致相同，其中含有大量的 2·2等活性矿 物组分， 可以直接应用于建筑材料生产.
国外则是含赤铁矿、铝硅酸钠水合物较多的拜尔 法赤泥. 拜耳法冶炼氧化铝采用的是强碱 溶出高 铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿， 所产生的拜耳法赤泥中不存在2·2 等活性成分， 另外含铁高，耐腐蚀性差，很难直接用于建材行 业.
N、P、K等，得磁化复合肥；镁尾矿中含、和2 可用作土壤改良剂；锰尾矿除含锰外，通常还含 P2O5、、42-、和等，可作为一种复合肥使用； 钼尾矿施于缺钼的土壤，有利于农业增产，降低 食道癌的发病率。
三、赤泥
赤泥是氧化铝在生产过程中产生的废渣，因含有 大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥.
因矿石品位、生产方法和技术水平的不同，大约 每生产 1 t 氧化铝要排1.0~1.8 t的赤泥.
一、煤矸石的产生与分类
煤矸石是煤炭开采、洗选及加工过程中排放的固体废物，是一种 在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色 岩石，约占煤炭产量的15%左右。 碳含量分类
硫含量分类
二、煤矸石的组成与危害
1.组成 煤矸石是煤矿中夹在煤层间的脉石(又称夹矸石)。大部分煤 矸石结构较为致密，呈黑色，自燃后呈浅红色，结构较疏松。 其主要成分是2O3、2，另外还含有数量不等的2O3、 、、2O、K2O、P2O5、3和微量稀有元素（镓 、钒、钛、钴）。
1.作钢铁冶炼溶剂 作烧结熔剂：，利用颗粒小于10的分级钢渣可部分