工业固体废物处理与资源化技术-PPT演示文稿

➢ 用于农业
复合肥、土壤改良剂等
➢ 用于环境保护
废水处理、脱硫、吸声等
➢ 生产功能性新型材料 复合混凝剂、沸石分子筛、填料载体等
➢ 回收有用物质
稀有金属、工业原料等
粉煤灰水泥 由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，在加入适量石膏磨细
制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥 此种水泥中粉煤灰的掺量按质量分数为20%-40%
半干 21.41 18.80 5.82 4.02 43.62 1.92 1.92 2.06 0.37 6.99 0.33 0.08
法
粉煤灰处理与资源化
燃煤电厂将煤磨细成100微米以下的细粉，用预热空气喷入 炉内悬浮燃烧，产生高温烟气，经捕尘装置捕集的粉尘成为 粉煤灰，也叫飞灰
粉煤灰的产生量为电厂煤炭用量的25%左右
（2）回收或利用其中有用组分 煤矸石沸腾炉发电、洗矸泥炼焦作工业或民用燃料 钢渣作冶炼溶剂、硫铁矿烧渣炼铁 新型聚合物基、陶瓷基与金属基的废物复合材料 从烟尘和赤泥中中提取镓、钪等贵金属
（3）筑路、筑坝与回填 投资少、用量大、技术成熟、易推广 修筑1km公路可消耗粉煤灰上万吨 回填后覆土，可作为耕地、林地或建设用地 （4）生产农肥和土壤改良 含硅、钙、磷以及各种微量元素的工业废物，改性后，可作为农 肥使用 利用粉煤灰、炉渣、钢渣、黄磷渣和赤泥及铁合金渣等制作硅钙 肥、钙镁磷肥
38家大中型水泥厂窑灰化学成分（%）
生产 方式 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O f-CaO TiO2 S
湿法 24.02 15.05 4.75 3.30 43.92 1.67 4.36 2.18 0.28 4.91 0.30 0.54 干法 10.85 19.15 5.48 3.96 51.86 2.99 2.80 2.32 0.29 16.63 0.31 0.08
典型工业固体废物处理与资源化
赤泥 典型化学组成 (％)
从赤泥中回收铁
• 铁是赤泥的主要成分，10%～45%，含量较低 • 预焙烧后入沸腾炉内，700～800℃还原，Fe2O3转 变为Fe3O4 • 还原物冷却、粉碎后，湿式或干式磁选机分选，
得到含铁63%～81%磁性产品，铁回收率为83%～
93% • 一种高品位的炼铁精料
成分 Fe Cu Pb Zn Co Au(g/t) Ag(g/t) S As SiO2 A12O3 MgO CaO
表
南京 54.80~55.60
0.26~0.35 0.015~0.018
0.77~1.54 0.012~0.032
0.33~0.90 12.00~40.00
1.02~4.80
11.42 1.43 <1 2.17
或网络结构，具有较高的潜在活性
高炉渣种类
水渣/粒化渣 大量冷却水作用下急冷形成的海绵状浮石类玻璃体物质 具有潜在水泥胶凝性能，是优质水泥原料 气冷渣/重矿渣 高温熔渣在空气中自然冷却或少量淋水慢速冷却而形成的致密快渣 性质与天然碎石相近，其抗压强度、稳定性、耐磨性等均符合工程要求， 可代替碎石用于建筑工程中 膨珠 在半急冷作用并通过成珠设备击碎、抛甩到空气中，再受空气冷却形成 的矿渣 多呈球形，黑色，高孔隙度和低密度 具有一定的化学活性，适于作建筑用轻骨料和生产水泥
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
煤矸石产生量约为煤炭生产量的10%左右
煤矸石性质 煤矸石和粘土的化学成分相似，能够代替粘 土提供硅质组成，成为生产水泥的原料
煤矸石能释放一定的热量，可代替部分燃料
煤矸石分类
一类：含碳量≤4% 二类：含碳量4-6%
一二类煤矸石热值低（ ≤ 2090kJ/kg），可用作路基材料， 塌陷区复垦、采空区回填 三类：含碳量6-20% 三类煤矸石（热值2090-6270kJ/kg），可用作生产水泥、 砖瓦、轻骨料 四类：含碳量＞20% 四类煤矸石（热值较高 6270-12550kJ/kg），可用回收煤 炭或用作工业用燃料
钢铁工业固体废物处理与资源化
钢铁工业固体废物的年排放量1.7亿吨
➢ 高炉渣、钢渣、铁合金渣等 ➢高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣 ➢在高炉冶炼中，从炉顶加入铁矿石、焦炭以及助熔剂，当炉内温度达到 1400-1600℃时，物料变成液相，浮在铁水上的熔渣通过排渣口排出，这就 是高炉渣 ➢钢渣是炼钢过程中排出的废渣。钢渣形成的温度在1500-1700 ℃之间，在 高温下呈液体状态，缓慢冷却后呈块状或粉状
高炉渣应用
矿渣硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬 性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥） 水泥中粒化高炉矿渣掺加量按重量百分比计为20%-70% 普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、少量高炉矿渣、 3-5%石膏共同研磨制成 的水硬性胶凝材料 高炉矿渣掺量不超过15%
粉煤灰矿物组成
分为无定形相和结晶相两大类
➢无定形相主要为玻璃体，占50-80%，是粉煤灰主要矿物成分， 具有良好化学活性
➢结晶相有石英、长石、云母、磁铁矿等
➢低钙粉煤灰活性主要取决于无定形玻璃相矿物，而不取决于结 晶相矿物
➢从矿物组成来说，低钙粉煤灰玻璃体含量越高，粉煤灰化学活 性越好
粉煤灰的物理性质
工业固体废物 处理与资源化
工业固体废物处理原则
• 避免产生(Clean) • 综合利用(Cycle) • 妥善处理(Control)
工业固体废物对生态环境的危害
➢ 露天堆积，侵占土地，阻塞河道，造成水灾 ➢ 自燃产生大量有害气体，如CO, CO2, SO2, H2S, NOx等，诱 发火灾 ➢ 酸性淋溶水损伤土壤、农作物及地下地表水环境 ➢ 细颗粒随风飘散，造成降尘污染 ➢ 其中的天然放射性元素对人体与环境产生危害 ➢ 崩塌时，危及人畜安全
高炉渣应用
石膏矿渣水泥 将干燥的矿渣、石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰按照一定比例混合
磨细得到的水硬性胶凝材料 高炉渣配入量高达80% 石膏为硫酸盐激发剂
化工渣资源化 化学生产行业多，产品杂 化肥、农药、橡胶、染料、无机盐及有机化工原料等众多行业 固废来源：废品、副产品、失效催化剂、废添加剂，未反应的 原料及原料中夹带的杂质，精制、分离、洗涤时由相应装置排 出的工艺废物，净化装置排出的粉尘，废水处理产生的污泥， 化学品容器和工业垃圾 每吨产品产生的化工固体废物量较大，一般产生1—3吨固废， 有的可高达8—12吨
细度
➢粉煤灰的粒径范围0.5-300微米 ➢我国规定45微米筛余百分数为细度指标
颗粒组成 ➢球形颗粒 4-25% ➢不规则多孔颗粒 约70%
需水量比
➢一般水泥和混凝土中掺入粉煤灰，可降 低其用水量
粉煤灰应用
➢ 用作建筑原料
水泥或混凝土掺料、制砖、空心砌砖
➢ 用作工程填筑
路基、低洼地填充、废矿井或塌陷区填充
0.4~0.7
8~13
0.65 31.69 0.46 0.05
2.51
德国杜伊斯堡 47~63
0.03~0.08 0.01~1.20 0.08~1.86 0.05~0.10
0~1.20 2.00~27.90 1.20~3.40
3.10~12.40
硫酸渣中有价金属的回收
❖含有Fe、Cu、Pb、Zn ❖Cu、Pb、Zn 与Fe的同时存在，不能炼铁 ❖稀酸直接浸出、氯化焙烧综合回收Cu、Pb、Zn ❖氯化焙烧 一定温度下，用氯化剂使原料中的目的组分转变为可凝聚 相的氯化物 使目的组分分离富集，分高温、中温、离析等方法
高炉渣化学组成
氧化钙、氧化铝、氧化镁、二氧化硅四种占高炉渣90%以上
组成%
CaO
SiO2
普通矿渣 31-50 31-44
Al2O3 MgO 6-18 1-16
MnO 0.05-2.6
Fe2O3 0.2-1.5
S
TiO2 V2O5
0.2-2
锰铁矿渣 28-47 22-35 7-22
1-9
3-24
0.2-1.7 0.17-2
硫酸渣 铬渣 磷石膏 电石渣
硫酸渣资源化
硫酸渣是硫铁矿制酸时在沸腾炉中高温熔烧后的产物 硫酸工业每年约排出一千万吨废渣,除少量供水泥厂作添加 剂外,大部分堆存
硫铁矿
沸腾炉氧化焙烧 烟气 净化
干燥
转化
吸收
硫酸
硫酸渣（烧渣）
尘渣
图 硫酸生产工艺流程
当硫铁矿含硫25～35%时，生产每吨硫酸约产生0.7～1吨硫酸渣
工业固体废物处理与资源化技术
Treatment and recycling of industrial solid wastes
工业固体废物来源和种类
一 工业固体废物定义（一般工业固体废物） 工业固体废物，是指在工业原料生产、产品加工、以及燃料燃烧、矿物开采、 交通运输、环境治理过程中所废弃的固体和半固体物料 在这里，主要指非危险废物 二 工业固体废物按行业分类 ➢煤系固体废物：产生于燃煤发电，如煤矸石、粉煤灰 ➢冶金工业固体废物：产生于金属冶炼过程，如高炉矿渣、钢渣 ➢石油化工固体废物：产生于石油加工和化工生产 ➢矿业固体废物：产生于采矿、选矿过程，如废石、尾矿 ➢轻工业固体废物：食品、造纸印刷、纺织印染、皮革等 ➢其他：产生于机械加工，如金属碎屑、电镀污泥，废轮胎
工业固体废物资源化利用
（1）生产建材 耗渣量大、投资少、见效快、能耗低、节省原材料、不产生二 次污染可生产的产品种类多，性能好 如用作水泥原料与配料、掺合料、缓凝剂、墙体材料、混凝土 的混合料与骨料、加气混凝土、砂浆、砌块、装饰材料、保温 材料、矿渣棉、轻质骨料、铸石、微晶玻璃等
工业固体废物资源化利用
煤矸石资源化利用途径
有机复合肥 微生物肥料 土壤改良剂 路基 生态复垦 工程填筑
水泥 制砖· 轻集料· 砌块·
农业肥料
直接利用
生产建材 原料
煤矸石
生产新型 材料
生产化工产品
低热值燃料
合成碳化硅SiC 分子筛、沸石 增白和超白高岭土
橡胶补填填充剂 吸声泡沫玻璃 铸造型砂、造型粉
硅系产品 铝系产品 钛白粉
钒钛矿渣 20-31 19-32 13-17 7-9
0.3-1.2
0.2-1.9 0.2-0.9 6-31 0.06-1
高炉渣化学组成
高炉渣矿物组成
高炉渣的性质取决于冷却条件 慢速冷却的高炉渣具有相对均衡的结晶结构，其主要矿物为
钙铝黄长石、镁黄长石、钙黄长石、硫化钙、硅酸二钙等 水淬急冷阻止了矿物结晶，因而形成大量无定形玻璃体结构
Al2O3
CaO
MgO Fe2O3
R2O 烧失量
40-65 15-35 1-7
1-4
2-9
1-2.5 2-17
高岭土（68.7%）、蒙脱石、石英砂、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、铁钛矿、 炭质等
化学元素以Si、Al为主（SiO2 40-65%, Al2O3 15-30%）
煤矸石处理与资源化
采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物
• 预焙烧，二次污染严重
回收其他金属
• 回收铝、钛、钒、铬、锰等多种金属 • 回收稀有金属，但难度很大，成本很高，
二次污染严重 • 必须开发高效的分离方法
赤泥用作建材
• 水泥 •砖 • 陶粒
煤矸石 粘土
水
赤泥
粉碎
混配
成球
活化
干燥
焙烧
陶粒
粉煤灰 添加剂
赤泥陶粒的制备过程
煤矸石化学成分/%
SiO2
工业固体废物处理与处置方法
• 化学处理
– 酸、碱、重金属废液、氰化物、乳化油 – 焚烧、溶剂浸出、化学中和、氧化还原
工业固体废物处理与处置方法
• 物理处理
– 重选、磁选、浮选、拣选、摩擦和弹跳分选
工业固体废物处理与处置方法
• 生物处理
– 有机废物堆肥法和厌氧发酵法 – 提炼铜、铀等金属的细菌冶金法 – 有机废液活性污泥法 – 生物修复被污染土壤
硫铁矿烧渣的化学组成，%
吴泾 山东乳山 安徽铜陵 日本户钿
52 0.24 0.054
21.2 0.067 0.03
52~55 0.2~0.4 0.03~0.05
62.58 0.39 0.29
0.19
0.03
0.01
0.14
0.31 15.96
4.38 10 0.53 0.05 39.9 5.39
0.3~0.4 13
采暖 发电
制取煤气
煤矸石生产烧结砖
煤矸石烧结砖是以煤矸石为原料，替代部分或全部粘土，
采用适当的工艺烧制而成
Байду номын сангаас
粉煤灰化学成分/%
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
SO3
K2O和Na2O
烧失量
43-56 20-32 1.5-5.5 0.6-2.0 4-10
0.5-2 1.0-2.5 3-20
化学组成类似于粘土的化学组成，包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、 CaO和未燃尽的碳 由于煤的品种不同，粉煤灰分为高钙粉煤灰和低钙粉煤灰