1、第七章第七章 固体废物的资源化与综合利用固体废物的资源化与综合利用本章重点n高炉渣的分类、性质及综合利用高炉渣的分类、性质及综合利用n钢渣的分类和性质及综合利用钢渣的分类和性质及综合利用n粉煤灰的性质及综合利用粉煤灰的性质及综合利用n煤矸石的性质及综合利用煤矸石的性质及综合利用n城市污水处理厂污泥性质及综合利用城市污水处理厂污泥性质及综合利用第七章 固体废物的资源化与综合利用n7.1 工业固体废物的综合利用n7.2 矿业固体废物的综合利用n7.3 城市生活垃圾的综合利用n7.4 电子垃圾的综合利用n7.5 农林固体废物的综合利用n7.6 城市污泥的综合利用7.1 工业固体废物的综合利用n7.1
2、.1 冶金及电力工业废渣的利用n7.1.2 化学工业废渣的处理与利用7.1.1 冶金及电力工业废渣的利用n7.1.1.1 高炉矿渣n7.1.1.2 钢渣n7.1.1.3 铁合金渣n7.1.1.4 有色金属渣n7.1.1.5 粉煤灰7.1.1.1高炉矿渣n什么是高炉矿渣？n是指冶炼生铁时从高炉排出的废物。7.1.1.1高炉矿渣按照冶炼生铁的品种分铸造生铁矿渣炼钢生铁矿渣按照碱渣的碱度进行分碱性矿渣酸性矿渣中性矿渣分类分类按照炼铁的品种分按照碱渣的碱度分炼钢生铁炼钢生铁矿渣矿渣7.1.1.1高炉矿渣CaOSiO2Al2O3MgOMnO普通渣384926426171130.11高钛渣23462035
3、9152101锰钛渣28472137112428523含氟渣354522296837.80.150.19Fe2O3TiO2V2O5SF普通渣0.152-0.21.5-高钛渣-20290.10.61-锰钛渣0.11.7-0.33-含氟渣-78化学成分化学成分易7.1.1.1高炉矿渣综合利用综合利用水淬矿渣作建筑材料水淬矿渣作建筑材料矿渣碎石用作基建材料矿渣碎石用作基建材料膨珠作轻骨料膨珠作轻骨料生产水泥、混凝土和矿渣砖生产水泥、混凝土和矿渣砖作骨料和路材作骨料和路材高炉矿渣的其它应用高炉矿渣的其它应用矿渣棉、微晶玻璃、热铸矿渣、矿渣铸石矿渣棉、微晶玻璃、热铸矿渣、矿渣铸石7.1.1.2 钢渣n什
4、么是？n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、加入的造渣剂和氧化剂、被侵蚀的炉衬和补炉材料组成。7.1.1.2 钢渣n主要化学成分有：CaO，、SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、Y2O5、TiO2等；n不同种类的钢渣，各组分的含量变化较大n钢渣中FeO和Fe2O3含量(约20)明显高于高炉矿渣和水泥熟料中的含量(约2.4硅酸三钙不同碱度的钢渣矿物相不同碱度的钢渣矿物相7.1.1.2 钢渣综合利用综合利用用作冶金原料用作冶金原料用作建筑材料用作建筑材料用作烧结料、高炉炼铁熔剂、回收废钢用作烧结料、高炉炼铁熔剂、回
5、收废钢生产钢渣水泥、作筑路及回填材料、生产建材制品生产钢渣水泥、作筑路及回填材料、生产建材制品用于农业用于农业生产钢渣磷肥、硅肥、作为土壤改良剂生产钢渣磷肥、硅肥、作为土壤改良剂 （1 1）生产钢渣水泥生产钢渣水泥n 将钢渣破碎后与高炉水淬渣、少量水泥熟料、石膏一起混将钢渣破碎后与高炉水淬渣、少量水泥熟料、石膏一起混合磨细后即可制得钢渣水泥，这是合磨细后即可制得钢渣水泥，这是钢渣最主要的用途钢渣最主要的用途。n 用作水泥原料的钢渣，碱度不得小于用作水泥原料的钢渣，碱度不得小于1.81.8，金属含量应小于，金属含量应小于1%1%，游离，游离CaOCaO量应小于量应小于5%5%，并经水浸或蒸汽处理
6、，以降低游，并经水浸或蒸汽处理，以降低游离氧化钙的量。离氧化钙的量。n钢渣水泥具有钢渣水泥具有微膨胀性微膨胀性，因而，因而抗渗性好抗渗性好。它的早期强度低，。它的早期强度低，但后期强度高，耐磨性、抗冻性能好，并具有较好的但后期强度高，耐磨性、抗冻性能好，并具有较好的抗腐抗腐蚀性蚀性。n由于上述特性，由于上述特性，钢渣水泥可用于浇灌大坝等大体积混凝土，钢渣水泥可用于浇灌大坝等大体积混凝土，也适于海港工程也适于海港工程。（2 2）作骨料和路材）作骨料和路材（3 3）生产建材制品：制砖、瓦等建筑材料）生产建材制品：制砖、瓦等建筑材料（4 4）用作农肥）用作农肥n 含磷生铁炼钢时产生的钢渣含有一定量的
7、磷及钠、镁、含磷生铁炼钢时产生的钢渣含有一定量的磷及钠、镁、硅、锰等元素，可以直接加工成硅、锰等元素，可以直接加工成钢渣磷肥钢渣磷肥。n 例如中国马鞍山钢铁公司的钢渣含磷可达例如中国马鞍山钢铁公司的钢渣含磷可达4%4%20%20%（以（以P P2 2O O5 5计），生产出的磷肥含计），生产出的磷肥含P P2 2O O5 5 量最高可达量最高可达16%16%以上。以上。（5 5）用于钢铁生产）用于钢铁生产n 钢渣可用于作钢渣可用于作烧结配料烧结配料，在烧结矿原料中加入钢渣，在烧结矿原料中加入钢渣，不仅利用了钢渣中残存的钢粒，氧化铁、不仅利用了钢渣中残存的钢粒，氧化铁、CaOCaO、MgOMgO
8、、MnOMnO等有用成分，而且提高了烧结矿的强度及产量。等有用成分，而且提高了烧结矿的强度及产量。7.1.1.3 铁合金渣n什么是铁合金渣？n是指冶炼铁合金过程中排出的废渣。7.1.1.3 铁合金渣分类分类按冶炼工艺分按冶炼工艺分锰系铁合金渣锰系铁合金渣按铁合金品种分按铁合金品种分火法冶炼废渣火法冶炼废渣浸出渣浸出渣铬铁渣铬铁渣硅铁渣硅铁渣钨铁渣钨铁渣钼铁渣钼铁渣磷铁渣磷铁渣7.1.1.4 有色金属渣n什么是有色金属渣？n是指冶炼有色金属过程中产生的废渣。7.1.1.4 有色金属渣分类分类按生产工艺分按生产工艺分冶炼过程排出的烟尘和污泥冶炼过程排出的烟尘和污泥按金属矿物的性质分按金属矿物的性质
9、分火法冶炼形成的熔融矿渣火法冶炼形成的熔融矿渣湿法冶炼生成的残渣湿法冶炼生成的残渣重金属渣重金属渣轻金属渣轻金属渣稀有金属渣稀有金属渣7.1.1.5 粉煤灰n什么是粉煤灰？n粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂、冶金、化工等企业排出的废弃物。电厂烟气经除尘器收集的细灰称为粉煤灰或飞灰。由炉底排出的废渣称为炉渣或熔渣。粉煤灰是一种火山灰质材料，具有火山灰活性。7.1.1.5 粉煤灰n粉煤灰的化学成分类似于粘土,主要有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和未燃尽炭，以SiO2和A12O3为主要成分。nCaOCaO：根据CaO的含量分为高钙粉煤灰高钙粉煤灰和低钙粉煤灰低钙粉煤灰nSiOSiO2 2+A
10、1+A12 2O O3 3+Fe+Fe2 2O O3 3：粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量直接关系到它们作为建筑材料原料的优劣。用于水泥和混凝土的低钙粉煤灰，要求SiO2+A12O3+Fe2O370。nSOSO3 3：粉煤灰中的MgO和SO3对水泥和混凝土是有害成分，必须加以控制。7.1.1.5 粉煤灰n粉煤灰的矿物成分很复杂。主要分为无定形相和结晶相两大类。n无定形相(amorphous phase)：主要是Si-A1质玻璃体，约占5080，和少量未燃烬的碳粒。n结晶相(crystallization phase)：主要有石英、莫来石、长石、云母、赤铁矿、金属铁、硅化铁、磁铁矿
11、；在高钙粉煤灰中还含有一些水泥熟料矿物如C2S，铝酸钙、钙长石、方镁石、石灰等。7.1.1.5 粉煤灰n粉煤灰的形貌较复杂,由大小不同的球粒，多孔颗粒和碎屑颗粒构成。n玻璃微珠（漂珠、沉珠、复珠）n富铁微铁n碳粒n多孔玻璃体7.1.1.5 粉煤灰n粉煤灰的物理性能，主要包括密度、孔隙率、比表面积等。7.1.1.5 粉煤灰n粉煤灰的活性是指粉煤灰与石灰、水混合后显示的凝结硬化性能。粉煤灰含有较多的活性氧化物（氧化铝、二氧化硅等），他们分别与Ca(OH)2发生反应,生成一系列水化硅酸钙C-S-H，铝酸钙C-A-H凝胶，在空气或水中都能产生明显的强度.。n粉煤灰的活性影响因素：化学成分、矿物相、结构
12、特征、粒度、比表面积。7.1.1.5 粉煤灰综合利用综合利用用作建筑材料用作建筑材料筑路回填筑路回填粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰制砖、粉煤灰陶粒粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰制砖、粉煤灰陶粒筑路、回填筑路、回填用于农业生产用于农业生产作为土壤改良剂、农业肥料作为土壤改良剂、农业肥料回收工业原料回收工业原料回收煤炭、金属物质、分选空心微珠回收煤炭、金属物质、分选空心微珠用作环保材料用作环保材料环保材料开发、用物废水处理环保材料开发、用物废水处理7.1.2 化学工业废渣的处理与利用分类分类按行业和按行业和工艺过程分工艺过程分氮肥工业废物氮肥工业废物按废物主要组成分按废物主要组成分无机盐工业废
13、渣无机盐工业废渣氯碱工业废物氯碱工业废物废催化剂废催化剂硫铁矿烧渣硫铁矿烧渣盐泥盐泥硫酸工业废物硫酸工业废物纯碱工业废物纯碱工业废物铬渣铬渣氰渣氰渣各类炉渣各类炉渣碱渣碱渣7.1.2 化学工业废渣的处理与利用特性特性再生资源化潜力大：含有金、银、铂等再生资源化潜力大：含有金、银、铂等固体废物产生量大：一般生产固体废物产生量大：一般生产1吨产品，产生吨产品，产生1-3吨废物吨废物危险废物种类多：急毒性，反应性、腐蚀性危险废物种类多：急毒性，反应性、腐蚀性7.1.2 化学工业废渣的处理与利用7.1.2.1 铬渣7.1.2.2 工业废石膏7.1.2.3 硫铁矿烧渣7.1.2.1 铬渣n什么是铬渣？n
14、是指冶金和化工企业在金属铬和铬盐生产过程中，由浸滤工序滤出的不溶于水的固体废弃物。7.1.2.1 铬渣n铬渣的主要化学成分有Cr2O3、CaO、MgO、SiO2 Al2O3、Fe2O3。n铬渣的主要矿物成分有：方镁石(MgO)，-C2S，C4AF，-亚铬酸钙（-Ca(CrO2)2），铬酸钙（CaCrO4），铬尖晶石(MgFe)(CrO2)2，四水铬酸钠Na2CrO44H2O，铬铝酸钙，碱式铬酸铁Fe(CrO4)(OH)，碳酸钙，水合铝酸钙C3AH6。7.1.2.1 铬渣n铬渣的毒性：六价铬的毒性最强，需解毒处理n解毒方法：煤粉还原法、硫化钠还原法7.1.2.1 铬渣n用还原剂（煤粉、含碳固体废
15、物，如废活性炭，纸浆废液，锯木屑，谷壳等作为还原剂）和铬渣按15：100重量比均匀混合后，在回转窑中经550650高温焙烧还原。n还原后的铬渣需放置45天以上，曝晒56.5小时后，检测Cr6+的含量应5mgkg。煤粉还原法煤粉还原法7.1.2.1 铬渣n该法用Na2S、硫氢化钠、硫酸亚铁、亚硫酸钠等作还原剂。n解毒工艺是：n然后加酸调节pH78，再加20FeSO4，最后堆放，处理后得到的料液呈无色透明，含Cr6+0.5PPm，滤渣含Cr6+1.8PPm。min)15(15901202反应）解毒反应器（加热至目料浆）粉磨（铬渣SNaC 硫化钠还原法硫化钠还原法7.1.2.1 铬渣综合利用综合利用
16、用于炼铁用于炼铁用作玻璃着色剂用作玻璃着色剂制钙镁磷肥制钙镁磷肥n铬渣的处理和综合利用铬渣的处理和综合利用n 铬渣是冶金和化工部门在生产金属铬盐时所排出的废渣，铬渣是冶金和化工部门在生产金属铬盐时所排出的废渣，主要由主要由CaOCaO、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、SiOSiO2 2及少量六价铬的化及少量六价铬的化合物组成。合物组成。每生产每生产1t 1t 金属铬约排出铬渣金属铬约排出铬渣1.5t1.5t，每生产，每生产1t1t重铬酸钠要排出铬渣重铬酸钠要排出铬渣3t3t 。n 虽然目前中国铬渣的年排放量并不高（十几万吨），但由虽然目前中国铬渣的年排放量
17、并不高（十几万吨），但由于铬渣中所含的六价铬毒性较大，如长期堆放不加处理就于铬渣中所含的六价铬毒性较大，如长期堆放不加处理就会污染水源和土壤，对人类和其他生物造成严重的损害。会污染水源和土壤，对人类和其他生物造成严重的损害。n 因此对铬渣的处理和利用必须因此对铬渣的处理和利用必须将毒性大的六价铬还原为毒将毒性大的六价铬还原为毒性小的三价铬性小的三价铬，并使其生成不溶性化合物，在此基础上再，并使其生成不溶性化合物，在此基础上再加以综合利用。目前中国对铬渣的处理和利用主要有以下加以综合利用。目前中国对铬渣的处理和利用主要有以下几个方面。几个方面。（1 1）铬渣作玻璃着色剂）铬渣作玻璃着色剂n 在制
18、玻璃的配料中，可用铬渣代替铬铁矿作着色剂制绿色在制玻璃的配料中，可用铬渣代替铬铁矿作着色剂制绿色玻璃。在玻璃窑炉高温还原气氛下，铬渣中的玻璃。在玻璃窑炉高温还原气氛下，铬渣中的CrCr6+6+被还原被还原成成CrCr3+3+而进入玻璃熔融体中，急冷固化后即可制得而进入玻璃熔融体中，急冷固化后即可制得绿色玻绿色玻璃璃。同时铬也被封固在玻璃中，达到了。同时铬也被封固在玻璃中，达到了除毒除毒的目的。的目的。n 用用铬渣铬渣代替代替铬铁矿铬铁矿作着色剂，可消除污染，而且铬渣中含作着色剂，可消除污染，而且铬渣中含有有MgOMgO、CaOCaO，可以代替玻璃配料中的白云石和石灰石，降，可以代替玻璃配料中的
19、白云石和石灰石，降低生产成本。生产出来的玻璃色泽鲜艳，质量有所提高。低生产成本。生产出来的玻璃色泽鲜艳，质量有所提高。n 用铬渣代替铬矿粉作着色剂时，适宜的加入量为用铬渣代替铬矿粉作着色剂时，适宜的加入量为2%2%6%6%，加入量过高，则会产生加入量过高，则会产生CrCr2 2O O3 3失透现象。目前，天津、沈阳、失透现象。目前，天津、沈阳、青岛、北京、重庆等地玻璃厂都采用铬渣作玻璃着色剂，青岛、北京、重庆等地玻璃厂都采用铬渣作玻璃着色剂，国内用于这方面的铬渣量已达国内用于这方面的铬渣量已达4 410104 4t ta a-1-1左右左右。（2 2）铬渣作助熔剂制钙镁磷肥）铬渣作助熔剂制钙镁
20、磷肥n在钙镁磷肥的生产过程中，为了降低磷矿石的熔点，需加在钙镁磷肥的生产过程中，为了降低磷矿石的熔点，需加入蛇纹石、白云石及硅石作助熔剂。铬渣与蛇纹石、白云入蛇纹石、白云石及硅石作助熔剂。铬渣与蛇纹石、白云石相比，在主要成分上十分相近，因此可以作石相比，在主要成分上十分相近，因此可以作助熔剂助熔剂使用。使用。在炉内高温状态下（在炉内高温状态下（80080015001500），煅烧产生的大量），煅烧产生的大量COCO和和H H2 2，以及存在的固定碳，可，以及存在的固定碳，可将铬渣中的六价铬还原为三将铬渣中的六价铬还原为三价铬和金属铬价铬和金属铬，分别进入磷肥及富集在铬镍铁中。，分别进入磷肥及富
21、集在铬镍铁中。n用铬渣作助熔剂生产钙镁磷肥可使铬渣彻底解毒并资源化，用铬渣作助熔剂生产钙镁磷肥可使铬渣彻底解毒并资源化，每生产每生产1t1t钙镁磷肥可消耗铬渣钙镁磷肥可消耗铬渣150150400kg400kg。（3 3）铬渣作炼铁烧结熔剂）铬渣作炼铁烧结熔剂n铬渣中含有大量的铬渣中含有大量的CaOCaO、MgOMgO、FeFe2 2O O3 3（三者之和大（三者之和大于于60%60%），与炼铁烧结熔剂料（白云石、石灰石），与炼铁烧结熔剂料（白云石、石灰石）成分类似，且具有自熔性和半自熔性，其物理特性成分类似，且具有自熔性和半自熔性，其物理特性（粒度、猫度）也适于作（粒度、猫度）也适于作烧结矿熔
22、剂烧结矿熔剂，因此可，因此可代替代替石灰石石灰石等作炼铁辅料。等作炼铁辅料。n试验结果表明，铬渣作为烧结炼铁的熔料使用工艺试验结果表明，铬渣作为烧结炼铁的熔料使用工艺上完全可行，上完全可行，且使固体燃料消耗下降且使固体燃料消耗下降，烧结矿质量，烧结矿质量上升，六价铬还原解毒彻底，上升，六价铬还原解毒彻底，烧结过程中六价铬还烧结过程中六价铬还原率达原率达99.98%99.98%以上以上，残留的微量六价铬还可在高炉，残留的微量六价铬还可在高炉冶炼中进一步被还原。冶炼中进一步被还原。7.1.2.2 工业废石膏来源来源脱硫石膏脱硫石膏磷石膏磷石膏氟石膏氟石膏7.1.2.2 工业废石膏n磷石膏：磷矿石与
23、硫酸反应制取磷酸的副产品，主要成分为CaSO42H2O，含量在80以上，相当于天然石膏，但含有酸性物、色质和20左右的水分以及放射性物质。每生产lt磷酸约产生5t磷石膏。n氟石膏：萤石与硫酸制取氢氟酸的副产品，主要成分为CaSO4，含量也在80以上，相当于天然硬石膏，但氟含量较高(3)，且大多为水溶性的。每生产1t氢氟酸约产生3.6t氟石膏。n脱硫石膏：燃煤或燃重油过程中排放的SO2废气经脱硫装置处理所得的副产品，主要成分为CaSO42H2O，含量可达90以上。7.1.2.2 工业废石膏n磷石膏的提纯处理 先用水洗涤提取出磷石膏中的可溶杂质，然后通过湿法过筛清除其中的大颗粒，再通过旋风分离法和
24、过筛清除磷石膏中的细粉，然后经过分解、活化得到可以应用的熟石膏。7.1.2.2 工业废石膏综合利用综合利用用于改良土壤用于改良土壤用于生产纸面石膏板用于生产纸面石膏板用于生产水泥用于生产水泥7.1.2.3 硫铁矿烧渣n什么是硫铁矿烧渣？是生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣。7.1.2.3 硫铁矿烧渣n硫铁矿在焙烧时，发生下列反应：空气充分时：4FeS2+11022Fe203+8S02+3257.3 KJ空气不充分：3FeS2+802Fe304十6S02+2368.2 KJ因此，烧渣的主要矿物成分为Fe2O3和Fe3O4，呈褐红色。此外还有其它重金属的氧化物残余FeS2，硅酸盐，硫酸盐等。7.1.2.3 硫铁矿烧渣综合利用综合利用制作铁系颜料制作铁系颜料制矿渣砖制矿渣砖磁选铁精矿磁选铁精矿作炼铁原料作炼铁原料回收有色金属回收有色金属制取水处理剂制取水处理剂
