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1碱度：

氧化钙与二氧化硅和五氧化二磷的质量分数之比,即Ｒ＝

/　（

+　

）。

根据碱度的高低，可将钢渣分为低碱度（R=0．７８~1.８）,中碱度（R=１.8~2.５）和高碱度渣（R＞２.5）。

2活性:

指钢渣中3CaＯ·

SiO2（C3Ｓ）、２　ＣaＯ·

ＳiO2（C2Ｓ）等具有水硬胶凝性活性的矿物的含量。

当钢渣碱度为1.8~2．5时，其中的Ｃ3S和C2S的含量之和为60%～80%;

R>

2.5时,钢渣中的主要矿物为C3S。

3稳定性:

指钢渣中fCaO（游离氧化钙）、MgO、C２S、C3S等不稳定组分的含量。

4易磨性：

钢渣比矿渣耐磨，所以宜作路面材料。

3.铁合金渣

（1）铁合金渣的分类

1按冶炼工艺分:

可分为火法冶炼废渣、浸出渣。

2按铁合金品种分:

可分为锰系铁合金渣、铬铁渣、硅铁渣、钨铁渣、钼铁渣、磷铁渣等。

（2）铁合金化学成分

见表7-3（教材P20７~20８）

4.有色金属渣

（1）有色金属渣的分类

1按生产工艺分：

可分为火法冶炼形成的熔融矿渣；

湿法冶炼生成的残渣;

冶炼过程中排出的烟尘和污泥。

2按金属矿物的性质分:

可分为重金属渣、轻金属渣和稀有金属渣。

（2）有色金属渣的化学成分

见表7-４（教材P２０８）

5.粉煤灰

粉煤灰是粉煤经高温燃烧后形成的一种类似火山灰质的混合材料,是冶炼、化工、燃煤电厂等企业排出的固体废物。

（1）粉煤灰的化学及矿物组成

粉煤灰的化学组成与黏土相似，主要成分为二氧化硅（质量分数为40%~60%）、氧化铝（１7%~３5%）、氧化铁（2％~15%）、氧化钙（1%~10%）和未燃炭。

粉煤灰矿物组成非常复杂,主要有无定形相和结晶相两大类。

无定形相主要为玻璃体，约占粉煤灰总量的50%~8０%,此外，未燃尽的炭粒也属于无定形相。

结晶相主要有石英、莫来石、云母、长石、赤铁矿等。

（2）物理性质

粉煤灰外观灰色或灰白色粉状物,含碳量大的呈灰黑色。

低钙灰的密度一般为1800～2800kg／

高钙灰一般为25０0～２80０kg/

．孔隙率一般为6０%~75%；

粒度一般为45

。

比表面积为２000～240０

（3）活性

粉煤灰活性是指其与石灰、水混合后显示的凝结硬化性能。

粉煤灰中的二氧化硅、氧化铝与氢氧化钙在常温下化学反应生成较稳定的水化硅铝酸钙[Ｃａ（Al2Sｉ5O８）·

4Ｈ2Ｏ]。

（二）冶金及电力工业废渣的加工与处理

1.高炉矿渣的加工处理

我国通常把高炉矿渣加工成水渣、矿渣碎石等形式后加以利用。

（1）高炉矿渣的水淬处理工艺

将熔融状态的高炉矿渣至于水中急速冷却,限制其结晶,使其粒化。

目前常用有渣池水淬和炉前水淬。

1渣池水淬是用渣罐将熔渣拉到离高炉较远的地方,直接倒入水池中,炉渣遇水积聚冷却成水渣。

此法优点节省水，缺点是易产生大量渣棉和硫化氢气体。

属逐渐淘汰工艺。

2炉前水淬是利用高压水使高炉渣在炉前冲渣沟内淬冷成粒状,并送至沉渣池。

根据过滤方式不同,可分为炉前渣池式、炉前渣车式、水力输送式、沉淀池过滤式、旋转滚筒式及脱水仓式。

（２）高炉重矿渣碎石工艺

高炉重矿渣碎石是高炉熔渣在在渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却,形成结构较为致密的矿渣后,经破碎、磁选、筛分等工序加工成的一种碎石材料。

重矿渣碎石处理工艺主要有热泼法和渣场堆存开采法两种。

1热泼法有炉前热泼法和渣场热泼法两种。

炉前热泼法是让熔渣经渣沟直接流到热泼坑,每泼一层渣便要淋一次水,促使其加速冷却和破裂。

2渣场堆存开采法是用渣罐车将熔渣运至对渣场,分层倾倒,形成渣山后,再进行开采。

此法优点是设备简单，投资省,生产成本低。

（３）膨胀矿渣珠（膨珠）生产工艺

高温熔渣经渣沟流到膨胀槽上，与高压水接触后，即开始膨胀，并流至滚筒上，被高速旋转的滚筒击碎并抛出去，冷却成珠落入膨珠池内。

该工艺的优点是比水淬法用水量少，环境污染小，可抑制H２S气体的产生;

比热泼法占地小,处理效率高；

投资省，成本低。

2.钢渣的加工处理

（1）热泼法

热熔钢渣倒入渣罐后用车辆运到钢渣热泼车间，利用吊车将渣罐的液态渣分层泼倒在渣床上（或渣坑内）,喷淋适量的水,使高温炉渣急冷碎裂并加速冷却,然后再运至弃渣场。

（2）盘泼水冷（IＳC）法

在钢渣车间设置高架泼渣盘，利用吊车将渣罐内液态钢渣泼在渣盘内。

渣层一般为30～１20mm厚,然后喷以适量的水促使急冷破裂。

再将渣运卸至水池内进一步降温冷却。

钢渣粒度一般为５~１０0mｍ，最后送至钢渣处理车间，进行磁选、破碎、筛分、精加工。

（3）水淬法

（4）风淬法

（5）粉化处理

由于钢渣中含有未化合的fＣａO，用压力0.２~0.３ＭPa,100℃的蒸汽处理转炉钢渣时，其体积增加23%~８７%，小于0.３ｍm的钢渣粉化率达50%～８0%。

在钢渣主要矿相不变的情况下，消除了fCａO,提高了钢渣的稳定性。

此种处理工艺可显著减少钢渣破碎加工量并减少设备磨损。

（三）冶金及电力工业废渣的应用

1.高炉矿渣的综合利用

（1）水淬矿渣作建筑材料

利用水淬矿渣做水泥混合材是国内外普遍采用的技术。

我国75%的水泥中掺有高炉水淬渣。

①矿渣硅酸盐水泥:

简称矿渣水泥,是我国产量最大的水泥品种。

是用硅酸盐水泥熟料和粒化高炉渣加3％～5％的石膏磨细制成的水硬性凝胶材料,水渣加入量一般为20%~７0%。

与普通硅酸盐水泥相比,矿渣水泥的优点是：

具有较强的抗溶出性及抗硫酸盐侵蚀的性能,故可用于海上工程及地下工程等;

水化热较低,可用于浇筑大体积混凝土工程；

耐热好,用于高温车间及容易受热的地方时,效果较普通水泥好。

②石膏矿渣水泥：

由80%左右的高炉渣,加１5%左右的石膏和少量硅酸盐水泥熟料或石灰，混合磨细后得到的水硬性凝胶材料。

石膏矿渣水泥成本较低,有较好的抗硫酸盐侵蚀能力和抗渗透性能。

但周期强度低,易风化起沙,一般适用于水工建筑混凝土和各种预制砌块。

③矿渣混凝土：

以矿渣为原料，加入激发剂（水泥熟料、石灰、石膏等）,加入水碾磨后与骨料拌合

④矿渣砖：

向水渣中加入适量水泥等凝胶材料，经过搅拌、轮碾、成型、蒸汽养护等工序而成。

一般配比为水渣质量分数85%~９０%，磨细生石灰１0％~15%，矿渣砖的抗压强度一般可达1０ＭPa以上,适用于上下水或水中建筑，不适用于高于25０℃的环境使用。

（2）矿渣碎石用作基建材料

1配置矿渣碎石混凝土

2用于地基工程

3修筑道路

4用作铁路道砟

（3）膨珠作轻骨料

（4）高炉渣其他应用

用于生产一些特殊性能的矿渣产品,如渣棉、微晶玻璃、热铸矿渣及矿渣铸石等。

2.钢渣的综合利用

目前钢渣的利用途径主要是用作冶金原料、建筑材料以及农业应用等。

（1）用作冶金原料

1用作烧结熔剂：

烧结矿的生产一般需要加石灰作熔剂。

转炉钢渣一般含4０%~50％的ＣaO,1t钢渣相当于0．7~0.9t石灰石。

2作用高炉炼铁熔剂：

钢渣中除CaO外,还含有10％～30%的Ｆｅ，２%左右的Ｍn，若将其直接返回高炉作熔剂，不仅可回收钢渣中的铁,还可以把CaO、MｇO等作为助熔剂，从而节省大量的石灰石、白云石资源。

3回收废钢铁:

钢渣一般含有7%~1０%的废钢铁，加工磁选后,可回收其中约90%的废钢铁。

（2）用作建筑材料

1生产钢渣水泥:

高碱度钢渣含有大量的C３Ｓ和C2S等活性矿物质,水硬性好，因此可成为生产无熟料及少熟料水泥的原料,也可作为水泥掺合料。

2作筑路及回填材料

3生产建材制品

（3）用于农业

1用作钢渣磷肥:

2用作硅肥

3用作土壤改良剂

3.粉煤灰的综合利用

目前,我国粉煤灰的主要利用途径是生产建筑材料、筑筑路和回填；

此外,还可用作农业肥料和土壤改良剂,回收工业原料和制作环保材料等。

（1）粉煤灰用作建筑材料

1粉煤灰水泥

2粉煤灰混凝土

3粉煤灰制砖

4粉煤灰陶粒

（2）筑路回填

1筑路：

粉煤灰能代替砂石、黏土用于公路路基和修筑堤坝。

2回填：

煤矿区采煤后易塌陷,形成洼地，利用粉煤灰对矿区的煤坑、洼地进行回填,既降低了塌陷程度、消化了大量的粉煤灰,还能复垦造田，减少农户搬迁，改善矿区生态。

（3）粉煤灰用作农业生产

1作用土壤改良剂

可用于改造重黏土、生土、酸性土和盐碱土。

2用作农业肥料

（4）回收工业原料

1回收煤炭:

一般粉煤灰中含碳量约为5%~１６%。

2回收金属物质：

粉煤灰中含有氧化铁和氧化铝和大量稀有金属,在一定条件下,这些金属都可以回收。

3分选空心微珠:

空心微珠的密度一般只有粉煤灰的1/3，粒径为０．3~３0０

目前，国内主要用干法机械分选和湿法分选两种方法来分选空心微珠。

（5）用作环保材料

1环保材料开发

用于垃圾卫生填埋填料，用于制造人造沸石和分子筛。

2用于废水处理

粉煤灰可用于处理含氟废水、电镀废水及汗重金属离子废水和含油废水。

粉煤灰中含沸石、莫来石、炭粒和硅胶,具有无机离子交换特性和吸附脱色作用。

二、化学工业废渣的处理与利用

（一）化学工业废渣的种类与特性

1.化学工业废渣的分类

1按行业和工艺过程分：

可分为无机盐工业废物（铬渣、氰渣、磷渣）、氯碱工业废物（盐泥、电石渣等）氮肥工业废物（主要是炉渣）、硫酸工业废物（主要是硫铁矿烧渣）、纯碱工业废物等。

2按废物主要组成分;

可分为废催化剂、硫铁矿烧渣、铬渣、氰渣、盐泥、各类炉渣、碱渣等。

2.化学工业废渣的特性

1固废产生量大

2危险废物种类多，有毒物质含量高

3再生资源化潜力大

（二）化学废渣的处理与回收

1.铬渣的综合利用

（1）铬渣的来源与组成

是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。

铬浸出渣为浅黄绿色的粉状固体，呈碱性。

每生产１ｔ重铬酸钠约产生1.8~3ｔ铬渣，每生产１ｔ金属铬约产生1２~1３ｔ铬渣。

（2）铬渣的危害

铬化合物中六价铬毒性最强,具有强氧化性和体膜透过能力，对人体的消化道、呼吸道、皮肤、黏膜及内脏都有危害。

（3）铬渣的综合利用

1用作玻璃着色剂：

在高温熔融状态下,铬渣中的六价铬离子与玻璃原料中的酸性氧化物、二氧化硅作用，转化为三价铬离子而分散在玻璃体中，达到解毒和消除污染的目的。

2制钙镁磷肥:

与磷矿石、白云石、焦炭、蛇纹石等按一定比例加入电炉或高炉中,经高温还原，将铬渣中的六价铬还原成三价铬,以三氧化二铬形式进入磷肥半成品玻璃体中固定下来；

其余六价铬被还原成金属铬元素进入副产品磷铁中,从而达到解毒目的。

3用于炼铁:

用铬渣代替白云石、石灰石作为冶炼生铁过程的添加剂。

2.工业废石膏的回收利用

（1）工业废石膏的来源及组成

主要包括磷酸、磷肥工业中产生的废磷石膏,烟气脱硫过程中产生的二水石膏,其他无机化学部门用硫酸浸蚀各类钙盐所产生的废石膏。

（2）废石膏的提纯处理

提纯是为了清除硫酸钙饱和溶液中的杂质，避免影响产品质量。

提纯处理基本工艺是:

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。

（3）磷石膏的综合利用

1用于生产纸面石膏板

2用于生产水泥

3用于改良土壤

3.硫铁矿烧渣的综合利用

（1）硫铁矿烧渣的来源及组成

硫铁矿烧渣是生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣，硫铁矿是我国生产硫酸的主要原料。

（2）硫铁矿烧渣的综合利用

1制矿渣砖：

将消石灰粉（或水泥）与硫铁矿烧渣（约占84%）混合，经过成型和养护可制成矿渣砖。

2磁选铁精矿

3制作铁系颜料

第二节矿业固体废物的综合利用

所谓矿业固体废物,实际是指在矿石开采和选矿过程中产生的围岩、沸石和尾矿等。

一、矿业固体废物的种类及性质

1.矿业废渣的种类

1按原矿的矿床学分类:

分为基性岩浆岩、自变质花岗岩、金伯利岩、玄武-安山岩等28个基本类型。

2按选矿工艺分类：

可分为手选、重选、磁选、电选及光电选、浮选、化学选矿等。

3按主要矿物成分分类:

可分为以石英为主的高硅型、以长石及石英为主的高硅型、以方解石为主的富钙型以及成分复杂性矿业废渣。

2.矿业废渣的成分与性质

无论何种类型的矿业废渣，其主要化学组成元素是Ｏ、Ｓi、Al、Fｅ、Ｍn、Mg、Ca、Ｎa、K、Ｐ等;

但在不同类型的矿业废渣中，含量差别很大,且具有不同的结晶化学行为。

二、矿业固体的综合利用技术

（一）冶金矿山固体废物的综合利用

冶金矿山固体废物包括矿石开采过程中剥离的表土、围岩和产生的废石，及选矿过程中排出的尾矿。

1.矿山废石的利用

矿山废石可用于各种矿山工程中,如铺路、筑尾矿坝、填露天采场、筑挡墙等。

2.利用尾矿作建筑材料

有色金属尾矿按其主要成分可分为3类:

1以石英为主的尾矿：

可用于生产蒸压硅酸盐矿砖；

石英含量达到99．9%,含铁、铬、钛、氧化物等杂质低的尾矿可用作生产玻璃、碳化硅等的原料。

2以含方解石、石灰石为主的尾矿：

该类尾矿主要用作生产水泥的原料。

3以含氧化铝为主的尾矿：

二氧化硅和氧化铝含量高的尾矿可用作耐火材料。

3.从尾矿中回收有价元素

目前,从矿山尾矿中回收的有价元素主要有:

从锡尾矿中回收锡、铜及一些其他伴生元素；

从铅尾矿中回收铅、锌、钨、银等元素;

从铜矿中回收萤石精矿、硫铁精矿;

从其他一些尾矿中回收锂云母和金等矿物和元素。

4其他利用

1覆土造田

2井下回填

（二）煤矸石的综合利用

煤矸石是采煤和洗煤过程中排出的固体废物,是一种在成煤过程中与煤伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑色岩石。

煤矸石的用途:

1.利用煤矸石生产建筑材料（目前技术较为成熟）

1生产水泥

2煤矸石制砖

3生产轻骨料

2.生产化工产品

1制结晶氯化铝

2制水玻璃

3生产硫酸铵化学肥料

第三节　城市生活垃圾的综合利用

一、建建筑垃圾再生利用

建筑垃圾指旧建筑拆除和新建工程中所产生的固体废物。

目前,我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的３0%~4０％。

（一）建筑垃圾的组成与分选

1.建筑垃圾的组成

从近年拆毁建筑物的组成上来看，混凝土与砂浆片约占30%~40％,砖瓦约占25%~45%,陶瓷和玻璃约占5%～8%,其他10%。

在混凝土中，钢筋约占20%，粗骨料占45%~50%。

2.垃圾的分选

一般分两大阶段：

现场分选和处理厂分选。

（二）用建筑垃圾配制再生骨料混凝土

1.再生骨料的组成及特性

建筑垃圾组成较复杂,其中砖石砌体碎块,混凝土碎块占大多数,是可资源化循环再生骨料的材料。

2.再生骨料综合利用

①用于道路工程基础下垫层，素混凝土垫层，道路面层等。

②用于钢筋混凝土结构工程

（三）废砖的综合利用

废砖的综合利用主要有以下两种渠道：

1将废砖适当破碎,制成轻骨料,用于制作轻骨料混凝土制品。

2将废砖破碎得较细，使最大粒度不超过5ｍm，其中小于０.１ｍｍ的颗粒不应小于３0%，然后与石灰粉混合，压力成型,蒸汽养护，形成蒸养砖。

二、废塑料的综合利用

1.废塑料的直接再生处理

是指废旧塑料直接塑化、破碎后塑化、经过相应前处理破碎塑化后，再进行成型加工制成再生塑料制品的方法。

2.废塑料的改性及其利用

物理改性:

即采用混炼工艺制备多元组分的共混物和复合材料；

化学改性:

采用交联改性、接枝共聚改性或氯化改性等。

3.废塑料生产建材产品

1生产软质拼装型地板

2生产地板块

3人造板材

利用废塑料生产的涂料和黏结剂有以下几种：

1防水涂料

2胶黏剂

4.废塑料热解制油

5.废塑料焚烧回收热能

三、废橡胶的再生利用（详见教材P229~２３０）

四、废纸的再生利用（详见教材P２31~234）

五、废纤维织物的处理利用（详见教材P23４~２37）

第四节　　农林固体废物的综合利用

一、农林废弃物的成分、性质与利用途径

（一）农林废弃物的成分、性质

农林废弃物地共性:

①在组成元素上，主要为糖类，其中Ｃ、O、H、的总含量达到70%~9０%,其次含有丰富的N、Ｐ、K、S、Si、等常量元素以及多种微量元素,属于典型的有机物质。

②在组成化合物上,这类有机废料均不同程度地含有纤维素、木质素、淀粉、蛋白质、戊聚糖等营养成分，以及生物碱、植物甾醇,单宁质、胶质或蜡质、酚基和醛基化合物等生物有机体③在构造形式上，该该类有机废料内存在大量由坚固细胞壁构成的植物纤维，细胞内部和细胞之间有大量微细孔隙。

④在物理技术性质上,普遍具有表面密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强的特点⑤干燥后的农业废料具有较好的可燃性,并能产生一定的热量,热值一般为（1.２～1.6）×

KJ／Kｇ。

（二）利用途径

1利用其含热量和可燃性作为能源使用

2提取有机化合物和无机化合物生产淀粉、糖、酒、醋、酱油和其他食品等生化制品。

3利用其营养成分制作废料和饲料。

4利用其物理技术特性,生产质轻、绝热、吸声的植物纤维增强材料。

5利用其特殊的结构构造，生产吸附脱色材料、保温材料、吸声材料、催化剂载体等。

二、农林废弃物的综合利用

（一）秸秆利用

1.秸秆还田利用

2.秸秆饲料化利用

（1）简单加工:

其主要流程包括：

粉碎、氨化、青贮、热喷、揉搓、压饼等工序。

（2）微生物处理

3.秸秆用作农村能源

（二）农历废弃物的工业利用

1.农林废弃物生产化工原料

2.利用农林废弃物灰烬生产化工原料

3.用农林废弃物作建筑材料

（1）生产轻质保温内燃砖

（2）生产轻质建筑板材

第五节城市污泥综合利用

（一）污泥的分类

污泥种类很多，按来源分可分为给水污泥、生活污水污泥、工业废水污泥。

按分离过程可分为沉淀污泥（包括初沉淀、混凝沉淀污泥、化学沉淀污泥）、生物处理污泥（包括腐殖污泥、剩余活性污泥）。

按污泥成分及性质可分为有机污泥、无机污泥；

亲水性污泥、疏水性污泥。

按不同处理阶段分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥、干燥污泥、污泥焚烧灰等。

（二）污泥的性质

1有机物含量高。

2污泥中含有植物营养素、蛋白质、脂肪及腐殖质等，营养素包括氮、磷、钾等。

3污泥的碳氮比较为适宜,对消化有利。

4污泥具有燃料价值。

5污泥中含有大量的细菌和寄生虫卵

6污泥中含有多种重金属离子,浓度顺序为Cd>

Cu>

Pb＞Hg。

二、污泥的处理及综合利用

（一）污泥的处理

污泥的处理包括污泥的浓缩、消化和脱水。

（二）污泥的综合利用

１.污泥的农田林地利用

（1）生产堆肥

将污泥与调理剂及膨胀剂在一定的条件下进行好氧对沤，即是污泥的堆肥化。

污泥堆肥过程的主要技术措施比较复杂，主要包括:

①调解堆料的含水率和适当的C/N比。

②选择填充料改变污泥物理性状。

③建立合适的通风系统。

④控制适宜的温度和pH。

堆肥回流

调理剂

图7-６　堆肥工艺一般流程图

（2）生产复混肥

２.回收能源

（1）利用污泥生产沼气

（２）通过焚烧回收热量

（3）低温热解

3.建材利用

（1）污泥制砖

（2）生产水泥

（3）制生化纤维板

（4）生产陶粒