1、第十章 固体废物制备建筑材料10.1 10.1 工业固体废物的综合利用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。生产部门的固体废物。冶金工业：高炉渣、赤泥、钢渣冶金工业：高炉渣、赤泥、钢渣电力工业：粉煤灰和燃煤炉渣；电力工业：粉煤灰和燃煤炉渣；化学工业：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。化学工业：硫铁矿烧渣、铬渣和碱渣。钢渣钢渣高炉渣高炉渣一、高炉渣的资源化一、高炉渣的资源化 （一）概述（一）概述 1.来源：生铁冶炼时从高炉中排出的废物。来源：生铁冶炼时从高炉中排出的废物。 2. 分类分类（1）按照冶炼生铁的品种
2、分类）按照冶炼生铁的品种分类 铸造生铁矿渣；铸造生铁矿渣； 炼钢生铁矿渣；炼钢生铁矿渣； 特种生铁矿渣。特种生铁矿渣。 （2）按照矿渣的碱度分）按照矿渣的碱度分 碱性矿渣；碱性矿渣； 中性矿渣；中性矿渣； 酸性矿渣。酸性矿渣。高炉渣的碱度或碱性率高炉渣的碱度或碱性率，（质量分数，（质量分数%）M0=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)碱性氧化物碱性氧化物 酸性氧化物酸性氧化物3.3.组成组成 主要化学成分：主要化学成分： SiO2 、 Al2O3 、CaO、MgO、MnO Fe2O3和和S等。等。 其中其中SiO2、Al2O3 、CaO占占90%以上。以上。 4.目前利用率：目前利用率
3、：85%左右左右 我国高炉渣大部分属于中性矿我国高炉渣大部分属于中性矿渣，渣， M0=0.991.08。属于硅酸盐材属于硅酸盐材料，适于加工制作水泥、碎石、骨料，适于加工制作水泥、碎石、骨料等建筑材料。料等建筑材料。（二）高炉渣的综合利用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）生产微晶玻璃高炉渣混凝土水泥矿渣棉（一）概述（一
4、）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。二、钢渣的资源化二、钢渣的资源化 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。3.性质性质碱度：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
5、。耐磨指数为1.43 ，比 高炉渣耐磨。目前利用率61%以上。0.781.8 1.82.5 2.5利用以中高利用以中高碱度渣为主碱度渣为主（二）（二） 钢渣的综合利用钢渣的综合利用1. 用作冶金原料用作冶金原料（1）作烧结熔剂）作烧结熔剂 钢渣含40%50%CaO，代替部分石灰石做烧结配料。（2）作高炉或化铁炉熔剂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：回收废钢铁： 一般含有710% 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）作炼钢返回渣磷含量高的钢渣
6、熔剂磷含量高的钢渣熔剂2.用于建筑材料用于建筑材料（1）生产钢渣水泥）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。钢渣水泥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）作筑路与回填工程材料做工程材料有基本要求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
7、要成分易溶量达全量的1/31/2，容易被植物吸收。钢渣磷肥：西欧地区使用多施用时注意： 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 ：硅是水稻生长需求量较硅是水稻生长需求量较大的元素，用于增产水稻。大的元素，用于增产水稻。（3）做酸性土壤改良剂 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。三、粉煤灰的资源化三、粉煤灰的资源化（一）粉
8、煤灰概述（一）粉煤灰概述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: 漂灰，它是从烟囱中漂出来的细灰粉煤灰，又称飞灰，它是烟道气体中收集的细灰炉底灰，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。1.组成组成 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
9、类。无定形相主要为玻璃体约占粉煤灰总量的50%80%。（二）粉煤灰性质（二）粉煤灰性质3.性质性质（1）物理性质）物理性质： 灰色或灰白色粉状物；含碳量大的粉煤灰呈灰黑色。具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。有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。（2）活性：活性： 指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。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粉煤灰含有较多活性氧化物，分别与氢氧化钙反应较较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，与石灰、水泥熟料等碱性稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，与石灰
10、、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。物质混合加水拌合后，能凝结、硬化并具有一定硬度。我国利用率约30%（三）粉煤灰结构（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6m 壁厚。这就是通常所称的子母珠或复珠。 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
11、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。（三）粉煤灰的综合利用（三）粉煤灰的综合利用1.在水泥工业和混凝土工程中的应用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。 广泛用于一般民用、工业建筑工程及水利和地下工程。（2）作砂浆或混凝土的掺合料 可有效减少水化热、改善和易性、提高强度、减少干缩率，有效改善混凝土的性能。2.在建筑制品中的应用在建筑制品中的应用（1）粉煤灰制砖 粉煤灰的成分与黏土带黏土制砖相似，可替代30%80%的黏土用量。（2）粉煤灰陶粒 特
12、点是质量轻、强度高、热导率低、化学稳定性好，比天然石料具有更为优良的力学性能。可用于配制何种用途的高强度混凝土，可用于工业与民用建筑、桥梁等方面。3.作农业肥料和土壤改良剂（1）作土壤改良剂 土壤加入粉煤灰后，容重降低，空隙率增加，通水透气性得到改善，酸性得到中和，团粒结构得到改善，并具有抑制盐碱作用，从而有利于微生物生长繁殖，加速有机物的分解，改善土壤的可耕性；增强作物的防病抗旱能力。（2）作农业肥料 含有大量易溶性硅、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。4.回收工业原料回收工业原料（1）回收煤炭资源）回收煤炭资源 一般粉煤灰中含碳516%，含碳
13、大于10%的占30% 。含碳量多多粉煤灰建材的质量有不良影响，也浪费了资源。 方法： 浮选法（回收率85%94%）和干灰静电分选煤炭（回收率85%90% ）。（2）回收金属物质）回收金属物质 粉煤灰中含有氧化铁、氧化铝和大量稀有金属。 方法： 磁选回收（回收率40%）。铝的回收主要有高温熔 融法、热淋酸洗法等。（3）分选空心微珠）分选空心微珠 熔融法晶体。是多功能的无机材料。用作塑料的填料、轻质耐火材料、高效保温材料等。5.作环保材料作环保材料（1）环保材料开发）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。处理电镀废水时，对铬德国重金属离子具有好的去除效果，去除率一般在90%以上。
