冶金工业废渣的资源化.ppt

国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,冶金工业废渣的资源化------高炉渣、钢渣、有色金属渣,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,冶金工业废渣的种类及其危害冶金工业废渣的资源化,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,一冶金工业主要的固体废物高炉矿渣钢渣各种有色金属渣,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二冶金工业固体废物对环境的污染和危害,对土壤的污染有毒废渣长期堆存，经过雨雪淋溶，可溶成分随水从地表向下渗透，向土壤迁移转化，使土壤富集有害物质，以致渣堆附近土质酸化、碱化、硬化，甚至发生重金属型污染。一般的有色金属冶炼厂附近的土壤里，铅含量为正常土壤中含量的10-40倍，铜含量为5-200倍，锌含量为5-50倍。有毒物质一方面通过土壤进入水体，另一方面在土壤中积累而被作物吸收，毒害农作物，进而危害人类。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,对水域的污染,冶金工业废渣除了通过土壤渗入地下水以外，还可以通过风吹、雨淋、或人为因素进入地面水。工业废渣在雨水、雪水的作用下，很容易流入江河湖海，造成水体的严重污染与破坏。有些城镇，将工业废渣直接倒入河流、湖泊或沿海海域中，造成更大污染。一些工厂排出的垃圾与废渣不作任何处理，就倒入废坑或洼地，从而使水体受到严重污染，引起大批水生生物与鱼类中毒死亡。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,对大气的污染,工业废渣在堆放过程中，在温度、水分的作用下，某些有机物质发生分解，产生有害气体。1堆积如山的煤矸石自燃经常发生，火势一旦蔓延，即难以救护，并放出大量SO2，污染环境；2以微粒状态存在的废渣，在大风吹动下，将随风飘扬，扩散到很远的地方。其中，以粉煤灰的颗粒最微细、遇有轻风就会灰尘满天，既污染了环境，影响人体健康，又会玷污建筑物、花果树木，危害市容与卫生。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,冶金工业固体废物的资源化,冶金工业固体废物具有两重性，它虽占用大量土地，污染环境，但本身又含有多种有用物质，是一种资源。20世纪70年代以前，世界各国对固体废物的认识还只是停留在处理和防止污染上。70年代以后，由于能源和资源的短缺，以及对环境问题认识的逐渐加深，人们已由消极的处理转向资源化。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,一提取各种金属,在重金属冶炼渣中，往往可提取金、银、钴、锑、硒、钯、铂等。有的含量甚至可达到或超过工业矿床的品位，有些回收的稀有贵重金属的价值甚至超过主金属的价值。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二生产建筑材料,利用工业废渣生产建筑材料，一般不会产生二次污染，是消除污染，使大量废渣资源化的主要方法之一。生产碎石。高炉渣、铁合金渣、钢渣等冷却后能自然结晶，不粉化，其强度和硬度类似天然岩石。可用作混凝土骨料、道路材料、铁路道渣等。生产水泥。有些工业废渣具有水硬性。如煤粉灰、经水淬的高炉渣和钢渣、赤泥等可作为硅酸盐水泥的混合材料。生产硅酸盐建筑制品。在煤粉灰中掺入适量炉渣、矿渣等骨料，再加石灰、石膏和水拌合，可制成蒸汽养护砖、砌块、大型墙体材料等。用尾矿、电石渣、赤泥、锌渣等制成砖瓦。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,生产铸石和微晶玻璃铸石有耐磨、耐酸和碱腐蚀的特性，是钢材和某些有色金属的良好代用材料。某些冶金炉渣的化学成分能够满足铸石的生产工艺要求，可以不用重新加热，直接浇铸铸石制品，比用天然岩石生产铸石节省能源。矿渣微晶玻璃是近年来发展起来的新型材料，其主要原料是高炉矿渣或铁合金渣。矿渣微晶玻璃具有耐磨、耐酸和碱腐蚀的特性，而且其密度比铝还小，在工业和建筑中具有广泛的用途。生产矿渣棉和轻质骨料如用高炉矿渣或煤矸石生产矿棉，用煤粉灰或煤矸石生产陶粒，用高炉渣生产膨珠或膨胀矿渣等。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,三生产农肥,利用固体废物生产或代替农肥有着广阔的前景。许多工业废渣含有较高的硅、钙以及各种微量元素，有些还含有磷，故可作为农业肥料使用。直接施用于农田和制成化学肥料。如煤粉灰、高炉渣、钢渣和铁合金渣等可作为硅钙肥直接施用于农田。钢渣中含磷较高时可作为生产钙镁磷肥的原料。必须注意的是，使用工业废渣作为农肥时，必须严格检验这些废渣是否有毒。有毒的废渣不能用于农业生产上，但若有可靠的去毒方法，又有较大的利用价值，可经过严格去毒以后，再进行综合利用。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,四回收能源,固体废物再资源化是节约能源的主要渠道。很多工业固体废物热值高，具有潜在的能量，可以充分利用。回收固体废物中能源可用焚烧法、热解法等热处理法以及甲烷发酵法和水解法等低温方法。一般认为热解法较好。固体废物作为能源利用的形式可以为产生蒸汽、沼气，回收油，发电和直接作为燃料。粉煤灰中含炭量达10％以上甚至30％以上，可以回收后加以利用。煤矸石发热量为0.8-8MJ/kg，可利用煤矸石发展坑口电站。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,五取代某种工业原料,工业固体废物经一定加工处理可取代某种工业原料，以节省资源。合金冶炼中的硅钙渣含有大量的氧化钙成分，可以代替石灰，能直接用于工业和民用建筑中或作为硅酸盐建筑制品的原料。高炉矿渣可代替砂、石做滤料，处理废水，还可做吸收剂，从水面回收石油制品。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,冶金工业固体废物的基本处理方法,固体废物在资源化过程中，必须进行一系列处理，以回收其中有用成分。目前尚不能进行综合利用的固体废物在最终处理之前也必须作适当的处置，以使其达到无害化，并尽可能减少其容积和数量。固体废物可以采取物理的、化学的和生物的方法进行处理。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,一固体废物的预处理,主要包括固体废物的破碎、筛分、粉磨、压缩等工序。破碎目的是把固体废物破碎成小块或粉状小颗粒，以利于分选有用或有害的物质。破碎方式有机械破碎和物理破碎两种。机械破碎是借助于各种破碎机械对固体废物进行破碎。主要的破碎机械有颚式破碎机、辊式破碎机、冲击破碎机和剪切破碎机等。对于不能用破碎机械破碎的，可用物理法破碎。物理法破碎有低温冷冻破碎、超声波破碎。低温冷冻破碎的原理是利用一些固体废物在低温-60～-120℃条件下脆化的性质而达到破碎的目的。超声波破碎还处于实验室阶段。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,筛分筛分是利用筛子将粒度范围较宽的混合物料按粒度大小分成若干不同级别的过程。它主要与物料的粒度或体积有关，比重和形状的影响很小。筛分时，通过筛孔的物料称为筛下产品，留在筛上的物料称为筛上产品。筛分一般适用于粗粒物料的分解。常用的筛分设备有棒条筛、振动筛、圆筒筛等。粉磨粉磨在固体废物处理和利用中占有重要的地位。粉磨一般有三个目的1对物料进行最后一段粉碎，使其中各种成分单体分离，为下一步分选创造条件；2对各种废物原料进行粉磨，同时起到把它们混合均匀的作用；3制造废物粉末，增加物料比表面积，为缩短物料化学反应时问创造条件。磨机种类球磨机、棒磨机、砾磨机、自磨机无介质磨等。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,压缩压缩对固体废物压缩处理的目的一是减少容积，便于装卸和运输；二是制取高密度惰性块料，便于贮存、填埋或作建筑材料。无论可燃废物、不可燃废物或是放射性废物都可进行压缩处理。用于固体废物的压缩机大致可分为竖式压缩机和卧式压缩机两种。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二分选技术,根据固体废物的这些特性可分别采用重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、弹道分选、摩擦分选和浮选等分选方法。通常依据的物理性质有重力、磁性、电性、光电性、弹性、摩擦性、粒度特性等；物理化学性质有表面润湿性等。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,三化学方法处理技术,采用化学方法处理固体废物是使固体废物发生化学转换从而回收物质和能源的有效方法。煅烧、焙烧、烧结、溶剂浸出、热分解、焚烧、电力辐射等都属于化学方法处理技术。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,四生物方法处理技术,利用微生物的生物化学作用，将复杂有机物分解为简单物质，将有毒物质转化为无毒物质。根据氧气供应的有无，可分为好气生物处理法和厌气生物处理法。前者是在水中有充分溶解氧存在的情况下，利用好气微生物的活动，将固体废物中的有机物分解为二氧化碳、水、氨和硝酸盐。后者是在缺氧的情况下，利用厌气微生物的活动，将固体废物中的有机物分解为甲烷、二氧化碳、硫化氢、氨和水。生物处理法具有效率高、运行费用低等优点。沼气发酵、堆肥和细菌冶金等都属于生物处理法。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,细菌冶金细菌冶金是利用某些微生物的生物催化作用，使矿石或固体废物中的金属溶解出来，从而能够较为容易地从溶液中提取所需要的金属。它比普通的“采矿-选矿-火法冶炼”具有如下几个特点1设备简单，操作方便；2特别适宜处理废矿、尾矿和炉渣；3可综合浸出，分别回收多种金属；4目前仅铜、铀细菌冶炼比较成熟，而且铜的回收需要大量铁来置换。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,冶金工业固体废物的最终处置方法,即使资源化工作不断发展，总不可能将每年所排的各种固体废物全部用光，废物的积存是一个必然的趋势，这就需要采取最终处置措施，使其安全化、稳定化、无害化。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,一一般固体废物处置方法,土地堆存法土地堆存法是最原始、最简单和应用最广泛的处置方法。这种方法只应处置不溶解或低溶性的、不扬尘、不腐烂变质等不危害周围环境的固体颗粒物。堆存场应设在山沟、山谷或坑洼荒地，尽量做到贮量大，使用年限长，运营方便，安全可靠。绝不应占用良田。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,填埋法,填埋法也是古老而广泛采用的处置方法。适用于处置任何形状的废物。填埋场地尽量利用人工开发过的废矿坑、粘土坑等。因为这些废矿坑被废物充填后，可以恢复地貌，有利生态平衡。如果回填海湾、山谷等，则需考虑对自然环境的影响，避免破坏生态平衡。填埋场要防止填埋废物的溶出液、滤液及雨水径流对土壤、水源等的污染。回填地段还应能排放有机废物厌氧分解产生的气体，防止发生爆炸、火灾或窒息性死亡等。一些工业发达国家应用卫生填埋、滤沥循环填地、压缩和破碎垃圾填地等新的填埋技术处理城市垃圾等固体废物。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,筑坝堆存法,近年来正在发展多级坝，即利用天然土石方堆筑母坝，然后贮灰，贮满后再在其上利用已贮好的部分灰、粉作为堆筑子坝的材料不断逐层堆筑子坝。此法具有以灰、粉筑坝，并能贮存灰粉的作用，较之一次筑坝，可节省四分之三至五分之六的土方量，可书省投资，缩短工期。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,土壤耕作法,土壤耕作法是利用土壤中的微生物将固体废物分解，以有效地处理某些可生物降解废物，如石油渣和化工以及其他工业中的各种有机渣等的方法。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二工业有害渣的最终处置,焚化法废渣中有害物质的毒性如果是由物质的分子结构，而不是由所含元素造成的，这种废渣一般可采用焚化法分解其分子结构，如有机物经焚化转化为二氧化碳、水和灰分以及少量含硫、氮、磷和卤素的化合物等。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,化学处理法,化学处理方法中应用较普遍的有如下几种1酸碱中和法。为了避免过量，可采用弱酸或弱碱就地中和。2氧化和还原处理法。如处理氰化物和铬酸盐应用强氧化剂和还原剂，通常要有一个避免过量的运转反应池。3沉淀化学处理法。利用沉淀作用，形成溶解度低的水合氧化物和硫化物等，减少毒性。4化学固定。常能使有害物质形成溶解度较低的物质。固定剂有水泥、沥青、硅酸盐、离子交换树脂、土壤粘合剂以及硫磺泡沫材料等。5水泥窑高温煅烧。将有害废物放进水泥窑，在1400℃高温下煅烧10多秒钟，分解和净化某些有毒成分。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,生物处理法,对各种有机物常采用生物降解法，如采用沼气发酵、堆肥等方法进行无害化处理。海洋投弃1投入海洋的固体废物主要限于疏浚工程泥土、污水处理场的污泥、粪便、经过初步处理的工业废物和爆炸物等。2禁止含汞、镉等有毒物质，塑料制品或其他可以漂浮在海面上的物质以及原油等含油废渣和放射性废物投入大海。3严格控制废物投入大海的地点与时间，不得近距离入海。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,填埋法,掩埋有害废物，必须做到安全填地。预先要进行地质和水文调查，选定合适的场地，保证不发生滤沥、渗漏等现象，不使这些废物或淋出液体排入地下水或地面水体，也不使之污染空气。对被处理的有害废物的数量、种类、存放位置等均应做出记录，避免引起各种成分间的化学反应。对淋出液要进行监测。对水溶性物质的填埋，要铺设沥青、塑料等隔水层，以防底层渗漏。安全填地的场地最好选在干旱或半干早地区。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二高炉渣的处理和利用,高炉矿渣是炼铁过程中形成的废渣，其排出率与矿石品位有关，我国目前冶炼一吨生铁，约产生矿渣0.6～0.7吨，工业先进的国家，渣铁比约为0.23～0.27。在炼铁中，矿石中的氧化铁被高温还原成全属铁，矿石中的Si，Al质杂质则与助熔剂石灰石合成硅酸钙、硅酸铝等轻质矿渣与铁水分离。矿渣的物质成分高炉渣的种类水淬渣的活性矿渣的利用,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2.1矿渣的物质成分,矿渣的化学成分矿渣的矿物组成,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,（1）矿渣的化学成分,矿渣的化学成分与普通硅酸盐水泥相似，主要为CaO30～50，Al2O37～20％，SiO230～40，MgO1～10％，MnO1～3，其中的SiO2和Al2O3主要来自脉石矿物和焦炭，CaO和MgO主要来自助熔剂矿物。特种生铁矿渣中还有TiO2，V2O5，Cr2O3、Ni2O3、P2O5、BaO、Na2O、K2O等。根据矿渣中主要碱性氧化物和酸性氧化物的含量比值碱度，可以把矿渣分成碱性矿渣、中性矿渣和酸性矿渣三种。M01碱性矿渣；M0＝1中性矿渣；M01酸性矿渣。我国高炉矿渣的M0＝0.99～1.08，接近于中性矿渣。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2矿渣的矿物成分,高炉矿渣的SiO2、A12O3和CaO三者含量之总和约为90％，所以，可把矿渣视为CaOA12O3SiO2三元体系。经岩相学研究，高炉矿渣是由结晶相和玻璃相构成并以玻璃相为主，玻璃相一般在80以上。结晶相主要有钙、镁、铝的硅酸盐类矿物，如C2S，C3S，CS，钙镁橄榄石、镁蔷薇辉石、镁方柱石、斜顽辉石、透辉石、铝方柱石等。玻璃相无定形相，具有较高的内能，是其活性的来源。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,,2.2高炉渣的种类,高炉矿渣的性能取决于高温熔渣的处理方法。对高炉熔渣通常用急冷法、慢冷法和半急冷法三种方法处理，便得到了三种性能不同的高炉矿渣水淬渣；块矿渣；膨胀矿渣；,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1水淬渣,用水、压缩空气或蒸汽对熔渣进行快速冷却处理，通常用水冷，使矿渣与水激烈混合急冷成粒状或海绵状浮石类物质,故又叫粒化矿渣。在急冷过程中，熔渣中的大部分组分来不及结晶而呈玻璃态保留下来，只有少部分形成稳定晶体。对于碱性水淬渣，主要结晶相为C2S，C2S在不同温度下有变体；水淬渣是急冷产物，具有良好的活性。对于酸性熔渣由于A12O3含量高,粘度大,在水淬急冷时,熔渣易于形成玻璃态物质，因此，酸性水淬渣也具有良好的活性。熔渣中的MgO能降低其粘度，在水淬急冷时易于进入玻璃体，对水淬渣活性有利。熔渣中的MnO不利于玻璃体的形成，因此对水淬渣活性有不良影响。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2块渣,块渣的矿物成分明显地不同于水淬渣，由于缓慢冷却，化学组分大多已析晶，主要矿物有黄长石20～70％，CS10～40％，C2S20～50％，辉石、FeS、MnS、CaO、玻璃体3～5％，绝大多数不具有活性。块渣中有多晶型的C2S、硫化物和石灰，当其含量较高时会导致矿渣结构破坏，这种现象称为重矿渣分解。硅酸盐分解硫化物分解石灰分解,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2.3水淬渣的活性,矿渣的活性及其评定方法矿渣活性的激发,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1矿渣的活性及其评定方法,磨细的粒化矿渣加水拌和时，反应极慢，得不到足够的胶凝性能，但在CaOH2溶液中会发生明显的水化作用，这就是说矿渣的活性是潜在的，水淬渣的活性评定方法有两种化学分析法强度实验法,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2矿渣活性的激发,矿渣的活性是潜在的，而且主要来自玻璃体结构，为了把矿渣的活性发挥出来，必须采用物理的或化学的方法使玻璃体中SiO2和A12O3的长链断裂，降低其聚合度，就可以提高矿渣的活性。矿渣的激发有物理方法和化学方法两种物理方法化学方法,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2.4矿渣的利用,水淬渣的利用；块渣的利用；膨胀矿渣的利用；矿渣棉；矿渣微晶玻璃；,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1水淬渣的利用,水淬渣可用于生产矿渣水泥、矿渣混凝土和矿渣砖。矿渣水泥矿渣硅酸盐水泥石膏矿渣水泥低熟料矿渣水泥矿渣混凝土矿渣砖,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2块渣的利用,安定性好的块渣，经破碎、分级可代替碎石用作混凝土的骨料和路材，可广泛用于公路，桥梁，机场，各种工业民用建筑。矿渣碎石混凝土的抗压强度与水灰比的关系和普通混凝土相近，而且有良好的保温隔热和抗渗性能，可用于500号以下各种混凝土和防水工程上，包括有承重要求的部位以及有抗渗，耐热，抗振动等特殊要求的部位。矿渣碎石混凝土的配合比设计按国标JG5581进行。块渣作为道路材料可用于铁路道渣；沥青碎石道路；混凝土道路工程。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,3膨胀矿渣的利用,膨胀矿渣可用作粗、细骨料与水泥、粉煤灰配制成轻质混凝土，强度可达100～300号，容重比普通混凝土轻1／4左右，保温性能好，弹性模量高，成本低，可制作内墙板、楼板。膨胀矿渣轻质混凝土的配合比设计，一般用设计及试配相结合的方法，矿渣用量可根据其容重确定，即矿渣的松散容重乘上振实系数，水泥用量根据混凝土标号选择，一般用量为250～400kg／m3混凝土，粉煤灰用量为100～150kg／m3。膨胀矿渣珠还可代替水淬渣作水泥混合材使用。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4矿渣棉,矿渣棉是以矿渣为主要原料，经熔化，高速离心法或外吹法制成的一种白色棉丝状矿物纤维材料。它具有质轻、保温、隔声、隔热、防震等性能，可制成各种规格的板、毡、管壳。矿渣棉的化学成分SiO2Al2O3CaOMgOFe2O336～3910～1438～426～100.6～1.2,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,5矿渣微晶玻璃,将高炉矿渣、硅石和结晶促进剂一起在高温炉中熔化成液体，用吹、压等一般玻璃成型方法成型，在730～830℃下保温3小时，再升温至1000～l100℃保温3小时，使其结晶，冷却后即为微晶玻璃。结晶催化剂为氟化物，磷酸盐和Cr、Mn、Fe及Zn等多种金属氧化物，其用量一般为5～10％。含Ti高炉矿渣中加入石英砂和萤石在高温下熔化，经退火和晶化处理也可制成微晶玻璃。熔融状态的矿渣还可浇注成矿渣铸石，可用于耐磨地面，建筑物的饰面板及抗冲刷的防水护坡等构筑物。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,3钢渣的处理和利用,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、Fe、Mn、Si、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200～300kg钢渣。按冶炼方法，钢渣可分为平炉钢渣初期渣，后期渣，电炉钢渣氧化渣，还原渣和转炉钢渣三类。钢渣的物质组成钢渣的处理工艺钢渣的利用,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,3.1钢渣的物质组成,钢渣的化学成分钢渣的矿物成分,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1钢渣的化学成分,钢渣的化学组分的来源钢渣的主要化学成分及其特点钢渣的碱度及分类,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,钢渣的来源,金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物；被腐蚀的炉衬和补炉材料；金属炉料带入的泥砂等杂质；造渣材料，如石灰石、白云石、铁矿石、石英砂等。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,钢渣的主要化学成分及其特点,化学成分有CaO，SiO2、A12O3、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、TiO2等；不同种类的钢渣，各组分的含量变化较大；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5％；钢渣中含有P2O5约1～5％，而高炉矿渣和水泥熟料中一般没有P2O5。P2O5对于钢渣矿物的形成起重要作用，但P2O5和CaO，SiO2能形成活性较差的叠磷硅钙石Ca3PO422α-Ca2SiO4，阻碍了C3S的生成，并使C3S分解，从而降低钢渣的活性。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,钢渣的碱度及分类,钢渣的碱度M0钢渣按碱度分类低碱度钢渣M0＜1.8；中碱度钢渣M0＝1.82.5；高碱度钢渣M0＞2.5,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,（2）钢渣的矿物成分,钢渣的矿物成分与其化学成分，特别是与碱度密切相关。在炼钢过程中，随着碱度逐渐增高，将发生不同的化学反应，并形成不同的矿物相。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,3.2钢渣的处理工艺,由于炼钢设备，工艺过程，造渣制度的不同，钢渣物化性能的多样性及其多种利用途径，决定了钢渣处理工艺的多样化，处理工艺的选择必须综合考虑钢渣的用途、炼钢工艺特点和有利于提高炼钢能力。炼钢熔渣的处理钢渣的加工处理,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1炼钢熔渣的处理,弃渣法将熔渣倒入渣槽，稍冷后直接运往渣场抛弃，堆积量大时便形成渣山。这种工艺不利钢渣合理加工利用，占用农田、污染环境。热泼法将熔渣运到有一定坡度的热泼场地，分层泼倒并用冷水喷淋，冷却后用堆土机堆集，外运加工，热泼渣的块度大多在80mm左右。盘泼水冷法将熔渣运到炉渣车间，倒入几个浅盘内，形成约l0cm厚的渣层，再洒水急冷，温度降到500℃时，倒入排渣台车，进行第二次洒水冷却，温度降至200～90℃，倒入渣池，冷至70℃时用抓斗装车外运。水淬法水淬原理与高炉渣急冷处理相同，在急冷过程中,抑制了C2S向γ-C2S的转变,故水淬钢渣安定性好，有较高的综合利用价值。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2钢渣的加工处理,为了利用钢渣，必须根据不同用途的要求，对各种钢渣进行合理的破碎，细磨、筛分和磁选工艺流程。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,3.3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在农业中的应用,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4有色金属冶炼渣,有色金属冶金渣,火法冶炼中形成的熔渣,湿法冶炼中排出的残渣,冶炼过程中排出的烟尘,湿法收尘所得污泥,,我国有色金属冶炼渣数量最多的是赤泥，其次是铜，另外还有铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉、锡、钨、钼、钒等废渣。,我国将除铁、锰、铬以外的铜、铝、铅、锌等64种金属或半金属划分为有色金属。相比于黑色金属，有色金属资源“有用”组分含量更低，一般冶炼1t有色金属往往会产生几t甚至几十t的废渣。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4.1赤泥的资源化,赤泥是氧化铝生产过程排放的红色残渣。我国每生产1t氧化铝约产出赤泥1.0～1.7t,年排放量约300万t,占世界赤泥年产出量3500～4500万t的6.6～8.5。,目前国内赤泥的利用率仅为15左右,大量的赤泥被①输送堆场、筑坝湿法堆存；②干燥脱水和蒸发后干法堆存。危害①占用大量的土地；②使大量废碱液渗透到附近农田,造成土壤碱化、沼泽化,污染地表地下水源；③赤泥中的许多可利用成份不能得到合理利用,造成了资源的二次浪费。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,一、赤泥的组成,矿物组成主要包括硅酸二钙，约占50～60，还有Fe2O3、石英、霞石、钠硅石、含水铝酸三钙、方解石、钙钛矿和部分附着碱等。,赤泥的化学组成％,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、赤泥的性质赤泥浆呈红色，具有触变性。浓度固液比一般为13～4pH值10～12,粉状赤泥粒度0.08～0.25mm，-200目占94，最高98；比重2.3～2.7容重0.73～1.0g/cm3熔点1200～1250℃比表面积0.5m2/g左右。,赤泥属于强碱性高分散的废渣。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,三、赤泥中有价金属的综合回收,赤泥还原炼铁-炉渣浸出工艺,赤泥中含有一定数量的TiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O等有价金属组分，尤其是拜尔法赤泥中的Fe2O3可高达50。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,,Zr85.5，Hf1.05，U0.925，Sc0.0015，Th0.078，Y0.295，Ce0.175,（1）烧结造块（2）还原熔炼Ni、Mo、Nb、V、Cr等被还原进入生铁；Al2O3、TiO2、ZrO2、ThO2等进入炉渣；（3）酸浸不溶性滤渣做水泥原料；滤液用二磷酸萃取；其中的Sc、Th、Ce、Hf、Y、Ti等进入有机相；有机相再经Na2CO3反萃进入无机相,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,赤泥、石灰石、碳酸钠与煤,赤泥的焙烧还原-磁选-浸出工艺流程,,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,赤泥中稀有、稀土元素的提取工艺流程,用作铝、铝合金、不锈钢的钎焊剂、铝合金制造过程的脱气剂、助熔剂、即可作玻璃、陶瓷等的活性填料。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,四、赤泥生产水泥,利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥工艺流程,赤泥浆经过滤、脱水后，以赤泥（20～40）、砂岩、石灰石、铁粉四组分配成生料，共同磨制成生料浆，调整到符合技术指标后，用流入法在蒸发机中除去大部分水分后，再进入（或直接喷入）回转窑在温度1400～1450℃烧成水泥熟料。熟料与高炉水渣、石膏共同在水泥磨中混合碾磨到一定细度即得到水泥产品。用水泥熟料、赤泥、石膏按50428的配比生产的赤泥硅酸盐水泥，与矿渣硅酸盐水泥一样成为水泥工业的一种重要产品，广泛地用于工农业建筑工程中。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,五、生产高效混凝剂聚硅酸铁铝,赤泥筛选，得到粒度0.1mm的赤泥细粒，与35硫酸搅拌浸出。浸出过程升温至90℃并通入氧气，并在90℃恒温2h，冷却、过滤，得到Al2SO43和Fe2SO43混合液。将硅酸钠稀释到一定浓度，并加入一定浓度的硫酸将稀释液pH调到1～2，并放置一定时间，使聚硅酸分子量达到30～40万道尔顿，再加入赤泥酸浸混合液，陈化2h，即得到聚硅酸铁铝混凝剂。其分子量为43.5万道尔顿，密度为1.273g/cm3。,广泛地应用于循环水、城市综合废水、造纸、印染、漂染、制革、钢铁、电厂、冶金、石化等行业的原水和污水净化处理。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4.2铜渣的资源化,铜渣主要来自于火法炼铜过程，其他铜渣则是炼锌、炼铅过程的副产物。铜渣中含有铜、锌等重金属和Au、Ag等贵金属。,铜渣中的主要矿物包括硅酸铁、硅酸钙和少量硫化物和金属元素等。水淬铜渣几乎全部都是玻璃相，只有极少数结晶相（石英、长石）出现。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,二、铜渣中有价元素的回收,转炉冶炼冰铜得到的一、二次稀渣除含铅、锑等外，还含品位0.60.95的铟，具有很大的回收价值。铟作为高新技术金属，主要用作透明电极、电子工业中焊料、低熔合金、高性能发动机的轴承、低温和真空领域作密封件、可溶阳极和核反应堆控制棒等。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,铜渣氯化挥发提铟工艺流程,当焙烧温度大于900℃时，Pb、Sb、In氯化挥发成为蒸气而与SiO2等杂质分离。所用氯化剂为氯化钙。常用的还原剂为焦炭粉。吹入空气可使铜渣内的金属氧化，促进反应进行。通过捕集烟尘，得到含Pb、Sb、In的富集物，再通过化学方法分离提取In和Pb、Sb金属。铟的挥发率90以上，残渣含铟低于0.1，铟的挥发较彻底。,二、铜渣中有价元素的回收,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,水淬铜渣主要有铁的氧化物及脉石等形成的硅酸盐与氧化物。因其摩氏硬度5.45.46，密度4.495t/m3，是生产磨料的理想原料，在国外已广泛应用在船舶制造工业的喷砂除锈工艺中。,三、铜渣代替黄砂用作除锈磨料,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,镍渣资源状况金川公司年产生冶炼渣近200万吨，主要为镍闪速熔炼水淬渣和矿热电炉渣，累计堆存量已达2100万吨。渣中除含有少量的镍、铜、钴等有价金属外，还含有多达3140的铁。利用状况除已经建成利用闪速炉水淬渣代替砂石用于矿山井下充填利用系统，年利用冶炼渣近10万吨外，其余大量的冶炼渣均堆存在公司渣场。,4.3镍渣的资源化,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,1.3定位通过高温熔融还原，从金川镍渣中直接提取铁等有价金属，生产铁镍合金。利用二次熔渣生产高档建筑装饰材料微晶玻璃。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,2.2经济效益仅仅采用简单的冶金熔炼过程从炉渣中回收铁等有用金属组分，或者只是利用炉渣生产一些诸如水泥、道路砖之类的低附加值产品，往往难于取得良好的经济效果。将提取有用金属组分后形成的熔渣，在将其进行排放之前，利用其自身的热量一次性加工成微晶玻璃等高附加值建筑材料产品，则可以弥补只回收有用金属组分在经济上不划算的问题（二次资源成本低廉，而产品具有较高的附加值）。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,炉渣组成分析,金川闪速炉水淬渣的化学成分（Wt）,注含量1为金川集团公司提供的数据；含量2为试验实测所得的数据。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,3.炉渣组成分析,3.2炉渣的物相组成根据SiO2饱和度QSiO2/MgOFeO的定义Q0.5时，渣中应有FeO方铁矿及2FeOSiO2橄榄石Q0.5时，主要为2FeOSiO2橄榄石Q1时，为饱和态，主要是FeOSiO2辉石，可以游离出SiO2金川镍渣中的铁主要是以辉石及橄榄石的形式存在（实测结果Q0.667）,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4.试验原料配方设计,4.1配方设计原则（1）焦炭的含量→还原气氛→铁镍等的充分还原；（2）石灰的双重作用冶炼熔剂微晶玻璃的必要原料。（3）基础玻璃结构的稳定性。考虑Si02、A1203、CaF2的作用。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4.1配方设计原则（4）玻璃析晶后的晶相组成。低Si02、A1203硅氧比小的硅酸盐如硅灰石高Si02、A1203架状硅酸盐如长石冶炼渣组成CaO-MgO-A1203-SiO2系基础玻璃。机械强度、耐磨性和化学稳定性透辉石和硅灰石主晶相。（5）固体废弃物消耗量。在降低微晶玻璃的原料成本的同时尽可能提高项目的环保效益。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,4.2配方设计基础玻璃（二次熔渣）化学成分要求,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,5．试验技术方案的确定,5.1试验技术方案的确定原则（1）尽可能利用一次渣（高温融态的电炉渣或闪速炉渣）自身的热量；实验室条件下暂用冷渣进行研究。（2）在不影响一次渣中铁镍等金属组分还原率及这些组分与二次渣分离效果的前提下，通过一次性加入石灰等组分，使二次渣能够基本满足微晶玻璃产品对原料的要求；（3）充分利用二次渣自身的热量，将其直接加工成微晶玻璃试验产品。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,5.2试验技术路线,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,6试验研究,基础配方优化试验（1）随着SiO2含量的增加，二次熔渣中的铁含量有增加的趋势；（2）CaO含量的增加、炉渣碱度的提高能促进铁的还原，有助于提高渣铁分离的效果；（3）过低或过高的MgO含量均不利于渣铁的有效分离；,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,基础配方优化试验二次熔渣中FeO的含量已得到显著降低；利用该熔渣制成的微晶玻璃试样的强度性能明显优于其它试样；从该试样的显微照片（图12）也可以看出，在整块试样的玻璃基体中，生成了大量纤维状的微晶结构，而这正是导致该试样的强度性能优于其它试样的主要原因。依据正交试验及其它补充试验的结果，我们将10方案作为比较合理的基础玻璃的配料方案，并将其作为下一步的微晶玻璃晶化和着色试验的基础配方。,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,试验方法基础玻璃的晶化和着色试验微晶玻璃样品物理化学性能测试结果,,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,试验方法基础玻璃的晶化和着色试验,,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,试验结论（1）利用高温还原工艺（还原温度15001550℃，还原时间11.5h）提取金川镍渣中的铁金属是可行的，铁元素的回收率可达98以上，从还原出的生铁产品的成分来看，已达到炼钢工艺对生铁原料的成分要求（GB717-82）。（2）通过进行合理的配方设计，实现既不影响高温还原和渣铁分离的效果，又能满足微晶玻璃产品对二次熔渣成分要求的配料方案是完全可能的，这可以大大地简化配料、混料和加料的工艺环节。（3）可实现渣铁的有效分离和制造微晶玻璃合格产品的合理配料方案应接近前述10方案。,,国家职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库,6.3试验结论（4）采用二次熔渣直接浇铸法生产微晶玻璃的工艺不仅可行，而且可以通过充分地利用二次熔渣自身的热量来降低微晶玻璃产品的最终成本。（5）利用二次熔渣制造微晶玻璃的热处理过程为核化温度850℃，核化时间1h，晶化温度1050℃，晶化时间2h。（6）微晶玻璃试样的物理化学性能完全符合建材行业标准JC/T872-2000的要求，同时也达到了本次试验研究的合同要求（表14）。（7）有色微晶玻璃须通过在二次熔渣中添加着色剂的工艺过程才能实现（高温还原环境下，在原料中直接添加着色剂达不到着色的效果）。,,