自制冶金工業(yè)固體廢物資源化

目錄冶金固體廢物冶金工藝概述第1頁/共55頁冶金工藝概述金屬及其分類什么是金屬？第2頁/共55頁冶金工業(yè)分類法鐵、鉻、錳三種 黑色金屬除鐵、鉻、錳三種金屬以外的所有金屬有色金屬金屬第3頁/共55頁 (1)有色輕金屬：指密度小于4.5g/cm3的有色金屬，有鋁、鎂、鈣等及其合金；(2)有色重金屬：指密度大于4.5g/cm3的有色金屬、有銅、鎳、鉛、鋅、錫、銻、鈷、鉍、鎘、汞等及其合金；(3)貴金屬：指礦源少、開采和提取比較困難、價(jià)格比一般金屬貴的金屬，如金、銀和鉑族元素及其合金；第4頁/共55頁 (4)半金屬：指物理化學(xué)性質(zhì)介于金屬與非金屬之間的硅、硒、碲、砷、硼等，也有人將硼、碳、砹、釙劃入半金屬，所有半金屬元素都呈現(xiàn)金屬光澤；(5)稀有金屬：指在自然界中含量很少、分布稀散或難以提取的金屬，稀有金屬又分為鈦、鈹、鋰、銣、銫等稀有輕金屬；鎢、鉬、鈮、鉭、鋯、釩等稀有高熔點(diǎn)金屬；鎵、銦、鉈、鍺等稀有分散金屬；鈧、釔和鑭系元素等稀土金屬；鐳、錒系元素等稀有放散性元素第5頁/共55頁冶金固體廢物冶金固體廢物是指在冶金生產(chǎn)過程中所排放的暫時(shí)沒有利用價(jià)值而被丟棄的固體廢物按照中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法，固體廢物分為城市垃圾、工業(yè)固體廢物和危險(xiǎn)廢物三類。

2006年我國工業(yè)固體廢物排放情況如下：工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量（萬t）151 541.4 工業(yè)固體廢物綜合利用量（萬t）92 601.0 工業(yè)固體廢物綜合利用率(%)59.6 工業(yè)固體廢物貯存量（萬t）22 398.1 工業(yè)固體廢物處置量（萬t）42 883.0 工業(yè)固體廢物排放量（萬t）1 302.1 “三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值（億元）1026.8第6頁/共55頁冶金固體廢物分類(1)礦業(yè)固體廢物(2)鋼鐵冶金工業(yè)固體廢物(3)有色金屬工業(yè)固體廢物第7頁/共55頁冶金固體廢物分類 (1)礦業(yè)固體廢物 主要指開采金屬礦石時(shí)，從主礦上剝離下來的各種圍巖，這類廢石數(shù)量巨大、從工業(yè)應(yīng)用角度看，利用價(jià)值不大，多在采礦現(xiàn)場就地堆放其次是尾礦，尾礦是選礦過程中經(jīng)過提取精礦后剩余的尾渣，數(shù)量也相當(dāng)大，一般選廠都專門設(shè)置尾礦庫堆放有色金屬礦精選后的尾礦中還會(huì)有Cu、Ni、Zn、Pb等有價(jià)金屬以及硫、各種有用的氧化物等，可以回收利用第8頁/共55頁(2)有色金屬工業(yè)固體廢物 有色金屬工業(yè)有害固體廢物則是指具有浸出毒性、腐蝕 性、放射性和急性毒性四種中的一種或一種以上的固體廢物及列入表3-24的固體廢物第9頁/共55頁 (3)鋼鐵冶金工業(yè)固體廢物 主要是煉鐵、煉鋼冶煉過程中排出的廢渣，這些廢渣可以統(tǒng)稱冶金渣。

第10頁/共55頁冶金廢渣 冶金廢渣是指冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種固體廢棄物主要指煉鐵爐中產(chǎn)生的高爐渣；鋼渣；有色金屬冶煉產(chǎn)生的各種有色金屬渣，如銅渣、鉛渣、鋅渣、鎳渣等；從鋁土礦提煉氧化鋁排出的赤泥以及軋鋼過程產(chǎn)生的少量氧化鐵渣第11頁/共55頁高爐渣 高爐渣高爐渣是冶煉生鐵時(shí)從高爐中排出的廢物，當(dāng)爐溫達(dá)到14001600時(shí)，爐料熔融，礦石中的脈石、焦炭中的灰分和助溶劑和其他不能進(jìn)入生鐵中的雜質(zhì)形成以硅酸鹽和鋁酸鹽為主浮在鐵水上面的熔渣高爐渣中主要成分為CaO、SiO2、Al2O3第12頁/共55頁高爐渣分類 按冶煉生產(chǎn)方法可分為：鑄造生鐵礦渣、煉鋼生鐵礦渣、特種生鐵礦渣按化學(xué)成分可以分為：堿性礦渣R 1.1，中性礦渣R0.9-1.1，酸性礦渣R0.9按物理性質(zhì)及形態(tài)可分為：急冷礦渣；粒狀礦渣、浮石狀或球狀礦渣；慢冷礦渣；塊狀礦渣、粉狀礦渣第13頁/共55頁高爐渣利用 我國通常是把高爐渣加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣和礦渣珠等高爐渣還可用于生產(chǎn)礦渣棉（以高爐渣為主要原料，在溶化爐中熔化后獲得熔融物再加以精制而得到的一種白色棉狀礦物纖維）、微晶玻璃、硅鈣渣肥、礦渣鑄石、熱鑄礦渣等第14頁/共55頁免燒磚機(jī)主要是利用河沙、礦渣、爐渣、粉煤灰、石粉、煤矸石、鋼渣、建筑垃圾等原料壓制免燒磚。

壓制的免燒磚符合國家標(biāo)準(zhǔn)第15頁/共55頁第16頁/共55頁1、體積：240 x115x50(mm)和普通磚一致，符合JC42291部標(biāo)77.515級(jí)非燒結(jié)免燒磚標(biāo)準(zhǔn)2、重量：由于原料不同、重量稍有差別，塊重約（2.23.5）kg3、磚的粘力，吸水率（20%30%）均優(yōu)于粘土磚，能粘貼瓷片等各種建筑裝飾第17頁/共55頁鋼渣 一種工業(yè)固體廢物煉鋼排出的渣，依爐型分為轉(zhuǎn)爐渣、平爐渣、電爐渣排出量約為粗鋼產(chǎn)量的1520鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成第18頁/共55頁鋼渣的分類 按煉鋼方法可分為：轉(zhuǎn)爐鋼渣、電爐鋼渣和精煉鋼渣電爐渣可分為氧化渣和還原渣按化學(xué)成分可分為：低堿度(1.8)鋼渣按物理形態(tài)可分為：水淬粒狀鋼渣、塊狀鋼渣、粉狀鋼渣第19頁/共55頁鋼渣的利用 我國鋼渣的主要利用途徑是在鋼鐵公司內(nèi)部自行循環(huán)使用，代替石灰作溶劑，返回高爐或燒結(jié)爐內(nèi)作為煉鐵原料，也可用于公路路基、鐵路路基以及作為水泥原料、改良土壤等鋼渣的處理工藝主要有冷棄法、熱潑法、盤潑水冷法、鋼渣水淬法可用作冶金原料：作燒結(jié)溶劑、作高爐或化鐵爐溶劑、作煉鋼返回渣、利用磁選工藝回收廢鋼鐵第20頁/共55頁 可用于建筑材料：由于鋼渣中含有和水泥相類 似的硅酸三鈣、硅酸二鈣及鐵鋁酸鹽等活性礦物質(zhì)，具有水硬膠凝性，因此可作為生產(chǎn)無熟料或少熟料水泥的原料和摻和劑，同時(shí)鋼渣碎石具有密度大、強(qiáng)度高、表面粗糙、穩(wěn)定性好、耐磨與耐久性好、與瀝青結(jié)合牢固等特點(diǎn)因而廣泛用于鐵路、公路和工程回填，特別適于沼澤、海灘的筑路造地。

可用于農(nóng)業(yè)：用作鋼渣磷肥，鋼渣中含有微量的鋅、錳、鐵、銅等元素，對(duì)缺乏此微量元素的不同土壤和不同作物，也同時(shí)起不同程度的肥效作用用作硅肥作酸性土壤改良劑第21頁/共55頁利用銅水淬渣在摻入石灰拌和壓實(shí)后具有不易吸水和強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，可作為公路基層，在多雨潮濕地區(qū)筑路尤為適用用氣冷的銅渣作鐵路道碴鋪設(shè)混砂道床，沒有一般混砂道床容易下沉的缺點(diǎn)熔融的銅渣可以直接澆注入模并控制其結(jié)晶和退火溫度，制成致密堅(jiān)硬的銅渣鑄石，作為耐磨材料使用第22頁/共55頁23有色金屬冶煉渣的資源化第23頁/共55頁24有色金屬冶煉渣的資源化有色金屬冶金渣火法冶煉中形成的熔渣濕法冶煉中排出的殘?jiān)睙掃^程中排出的煙塵濕法收塵所得污泥我國有色金屬冶煉渣數(shù)量最多的是赤泥，其次是銅渣，另外還有鉛、鋅、錫、鎳、鈷、銻、汞、鎘、錫、鎢、鉬、釩等廢渣第24頁/共55頁25赤泥的資源化赤泥鋁土礦煉鋁氧化鋁每生產(chǎn)1 t氧化鋁，約排出12t赤泥第25頁/共55頁26一、赤泥的組成 礦物組成：主要包括硅酸二鈣，約占5060%，還有Fe2O3、石英、霞石、鈉硅石、含水鋁酸三鈣、方解石、鈣鈦礦和部分附著堿等如山東鋁廠所排赤泥的各主要礦物組分的含量是-硅酸二鈣（-2CaOSiO2）5060%、鈣鋁榴石（3CaOA12O3xSiO2yH2O）510%、氧化鐵（Fe2O3xH2O）47%、方解石（CaCO3）210%、鈉硅渣（Na2OA12O31.7xSiO22H2O）510%、鈣鈦礦（CaOTiO2）25%。

第26頁/共55頁27二、赤泥的性質(zhì) 赤泥漿呈紅色，具有觸變性其固液比一般為1：34，所含液相稱為附液，具有較高的堿性，pH值為1012，顆粒直徑為0.080.25mm，其中-200目占94%，最高98%因此，赤泥屬于強(qiáng)堿性高分散的廢渣粉 狀 赤 泥 比 重 為 2.3 2.7，容 重 為 0.731.0g/cm3，熔點(diǎn)為12001250，比表面積0.5 m2/g左右第27頁/共55頁28三、赤泥中有價(jià)金屬的綜合回收濾液，返回鋁生產(chǎn)系統(tǒng)赤泥干燥還原熔煉水泥生產(chǎn)原料鹽浸生鐵過濾濾渣焦碳碳酸鈉圖7-1 赤泥還原煉鐵-爐渣浸出工藝第28頁/共55頁29赤泥干燥酸浸生鐵焦碳、石灰石硫酸燒結(jié)造塊還原熔煉石灰石爐渣過濾濾渣濾液萃取萃取劑有機(jī)相反萃碳酸鈉無機(jī)相無機(jī)相有機(jī)相水解灼燒TiO2蒸發(fā)干燥富鋯稀有金屬圖7-2 綜合回收赤泥中有價(jià)元素工藝流程 Ti（OH）4第29頁/共55頁30水解煅燒濾渣赤泥、石灰石、碳酸鈉與煤磨細(xì)還原焙燒粉碎水浸過濾濾液強(qiáng)磁選磁性部分非磁性部分硫酸浸出還原熔煉生鐵鈦氧硫酸鹽溶液圖7-3 赤泥的焙燒還原-磁選-浸出工藝流程 TiO2第30頁/共55頁31Fe 2O3、Al2O3混合物HCl氣體富Ti浸渣赤泥過濾富Al、Fe浸液鹽酸浸出水解煅燒蒸 發(fā)焙燒硫酸浸出鈦氧硫酸鹽溶液圖7-4 赤泥直接浸出工藝流程 TiO2第31頁/共55頁32富Ti浸渣赤泥過濾富Al、Fe浸液鹽酸浸出生產(chǎn)TiO2沉淀硅酸氫氟酸HF硅酸生成冰晶石氯化鈉NaCl蒸發(fā)結(jié)晶冰晶石圖7-5 赤泥直接浸出生產(chǎn)冰晶石工藝流程N(yùn)a3AlF6第32頁/共55頁33圖7-6 赤泥中稀有、稀土元素的提取工藝流程 赤泥干燥混合NaKCO3、Na2B4O7焙燒鹽酸浸出過濾浸渣浸液離子交換吸附低濃度鹽酸解吸含F(xiàn)e、Al、Ca、Si、Ti、Na溶液高濃度鹽酸解吸含Sc、Y溶液萃取含Sc有機(jī)相反萃含Sc無機(jī)相Sc2O3產(chǎn)品含Y無機(jī)相含Y產(chǎn)品化學(xué)法分離提取各種金屬第33頁/共55頁34四、赤泥生產(chǎn)水泥赤泥漿、砂巖、鐵粉、石灰原料磨料漿庫燒成窯水泥磨普通硅酸鹽水泥煤磨煤石膏烘干機(jī)礦渣水泥庫圖7-7 利用燒結(jié)法赤泥生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥工藝流程 第34頁/共55頁35 赤泥漿經(jīng)過濾、脫水后，以赤泥（2040%）、砂巖、石灰石、鐵粉四組分配成生料，共同磨制成生料漿，調(diào)整到符合技術(shù)指標(biāo)后，用流入法在蒸發(fā)機(jī)中除去大部分水分后，再進(jìn)入（或直接噴入）回轉(zhuǎn)窯在溫度14001450燒成水泥熟料。

熟料與高爐水渣、石膏共同在水泥磨中混合碾磨到一定細(xì)度即得到水泥產(chǎn)品用水泥熟料、赤泥、石膏按50：42：8的配比生產(chǎn)的赤泥硅酸鹽水泥，與礦渣硅酸鹽水泥一樣成為水泥工業(yè)的一種重要產(chǎn)品，廣泛地用于工農(nóng)業(yè)建筑工程中第35頁/共55頁36五、生產(chǎn)高效混凝劑聚硅酸鐵鋁赤泥漿通氧篩選硫酸浸出過濾聚硅酸鐵鋁混凝劑聚硅酸濾液混合圖7-10 赤泥制備出聚硅酸鐵鋁混凝劑工藝流程第36頁/共55頁37圖7-10 赤泥制備出聚硅酸鐵鋁混凝劑工藝流程 赤泥篩選，得到粒度0.1mm的赤泥細(xì)粒，與35%硫酸攪拌浸出浸出過程升溫至90并通入氧氣，并在90恒溫2h，冷卻、過濾，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合液將硅酸鈉稀釋到一定濃度，并加入一定濃度的硫酸將稀釋液pH調(diào)到12，并放置一定時(shí)間，使聚硅酸分子量達(dá)到3040萬道爾頓，再加入赤泥酸浸混合液，陳化2h，即得到聚硅酸鐵鋁混凝劑其分子量為43.5萬道爾頓，密度為1.273g/cm3第37頁/共55頁38銅渣的資源化 銅渣主要來自于火法煉銅過程，其他銅渣則是煉鋅、煉鉛過程的副產(chǎn)物銅渣中含有銅、鋅等重金屬和Au、Ag等貴金屬因此，銅渣的利用價(jià)值很大一、銅渣組成 銅渣中的主要礦物包括硅酸鐵、硅酸鈣和少量硫化物和金屬元素等。

水淬銅渣幾乎全部都是玻璃相，只有極少數(shù)結(jié)晶相（石英、長石）出現(xiàn)第38頁/共55頁39銅渣、還原劑、氯化劑融化回收In、Pb、Sb高溫氯化揮發(fā)空氣煙塵圖7-12 銅渣氯化揮發(fā)提銦工藝流程 第39頁/共55頁40 含銦品位0.60.95%，具有很大的回收價(jià)值銅渣中的Pb、Sb、In易被氯化，SiO2不易被氯化當(dāng)焙燒溫度大于900時(shí)，Pb、Sb、In氯化揮發(fā)成為蒸氣而與SiO2等雜質(zhì)分離所用氯化劑為氯化鈣常用的還原劑為焦炭粉吹入空氣可使銅渣內(nèi)的金屬氧化，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行通過捕集煙塵，得到含Pb、Sb、In的富集物，再通過化學(xué)方法分離提取In和Pb、Sb金屬銦的揮發(fā)率90%以上，殘?jiān)煹陀?.1%，銦的揮發(fā)較徹底第40頁/共55頁41置換渣ZnSO47H2O產(chǎn)品銅渣氧化焙燒硫酸浸出浸液浸渣濃縮冷卻結(jié)晶母液一次置換含鋅、鎘渣硫酸KMnO4氧化鋅粉海綿鎘產(chǎn)品冷卻結(jié)晶濃縮母液二次置換氧化渣圖7-13 銅渣生產(chǎn)硫酸銅及回收有價(jià)金屬工藝流程 CuSO45H2O第41頁/共55頁42代替黃砂用作除銹磨料：水淬銅渣主要有鐵的氧化物及脈石等形成的硅酸鹽與氧化物因其摩氏硬度5.45.46，密度4.495t/m3，是生產(chǎn)磨料的理想原料，在國外已廣泛應(yīng)用在船舶制造工業(yè)的噴砂除銹工藝中 水淬銅渣回轉(zhuǎn)窯干燥粗粒雙層振動(dòng)篩篩分對(duì)輥破碎機(jī)中粒成品篩0.51.6mm粒級(jí)1.02.7mm粒級(jí)細(xì)粒丟棄第42頁/共55頁43其他有色金屬渣的資源化浸渣，返回火法煉鉍工藝氯化鉛渣浸出、凈化NaCl溶液、鹽酸、硫化鈉浸液澄清、過濾中和含鉛NaCl水溶液沉淀物洗滌H2O堿式氯化鉛洗滌水加硫酸進(jìn)行硫酸化轉(zhuǎn)化粗硫酸鉛洗滌烘干硫酸鉛產(chǎn)品加碳酸銨進(jìn)行碳酸化轉(zhuǎn)化粗堿式碳酸鉛洗滌烘干煅燒黃丹（PbO）NaOH第43頁/共55頁44沉后液球磨、水浸沉硅、鍺含銀粗鉛浸鋅渣堿熔水純堿堿渣浸液氯化鈣硅鍺渣硫酸浸出浸 液栲膠沉鍺燒堿、栲膠煅燒鍺富集物含銦渣硫酸浸出浸液萃取反萃鋅板置換壓團(tuán)熔鑄粗銦圖7-25 浸鋅渣中銦、鍺、鉛、銀的回收工藝流程 第44頁/共55頁45鎳渣水浸浸液浸渣一次除鐵石灰、漂水一次鐵渣一次凈液二次除鐵碳酸鈉、漂水二次鐵渣二次凈液沉鎳碳酸鈉碳酸鎳廢液洗滌廢液烘干、焙燒氧化鎳棒磨氧化鎳產(chǎn)品圖7-30 鎳渣生產(chǎn)氧化鎳工藝流程 第45頁/共55頁46水HCl、MgCl2Na2CO3、NaNO3水浸鉬渣焙燒凈化鉬酸鈉溶液濾渣硅渣濃縮結(jié)晶離心分離鉬酸鈉加BaCl2沉淀烘干鉬酸鋇加酸沉淀烘干鉬酸圖7-38 鉬渣蘇打焙燒法生產(chǎn)化工產(chǎn)品工藝流程第46頁/共55頁47HCl、NaNO3酸分解鉬渣粗鉬酸氨浸NH3H2O鉬酸銨溶液生產(chǎn)仲鉬酸銨酸分解液，制化肥尾渣，可生產(chǎn)農(nóng)肥圖7-39 鉬渣酸分解生產(chǎn)仲鉬酸銨工藝流程第47頁/共55頁礦渣棉 礦渣棉礦物棉的一種。

由鋼鐵高爐渣礦渣制成的短纖維常用的原料有鐵、磷、鎳、鉛、鉻、銅、錳、鋅、鈦等礦渣主要用作絕熱材料和吸音材料也可用鐵包裝材料礦渣棉是利用工業(yè)廢料礦渣(高爐礦渣或銅礦渣、鋁礦渣等)為主要原料，經(jīng)熔化、采用高速離心法或噴吹法等工藝制成的棉絲狀無機(jī)纖維它具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、不燃燒、防蛀、價(jià)廉、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好、吸聲性能好等特點(diǎn)可用于建筑物的填充絕熱、吸聲、隔聲、制氧機(jī)和冷庫保冷及各種熱力設(shè)備填充隔熱等第48頁/共55頁第49頁/共55頁水渣 水渣是把熱熔狀態(tài)的高爐渣置于水中急速冷卻的過程，主要有渣池水淬或爐前水淬兩種方式水渣作建材用于生產(chǎn)水泥和混凝土，由于水渣具有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料，可制成：礦渣硅酸鹽水泥、石膏礦渣水泥、石灰礦渣水泥、礦渣磚、礦渣混凝土等第50頁/共55頁礦渣碎石 礦渣碎石是高爐渣在指定的渣坑或渣場自然冷卻或淋水冷卻形成較為致密的礦渣后，經(jīng)過挖掘、破碎、磁選和篩分而得到的一種碎石材料，生產(chǎn)工藝主要有熱潑法和堤式法兩種第51頁/共55頁 礦渣碎石在我國可以代替天然石料用于公路，機(jī)場，地基工程，鐵路道渣、混凝土骨料和瀝青路面等，可用于：配制礦渣碎石混凝土、在軟弱地基中應(yīng)用、用礦渣碎石作基料鋪成的瀝青路面既明亮且防滑性能好還具有良好的耐磨性能制動(dòng)距離縮短、用于鐵路道渣可以適當(dāng)吸收列車行走時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音。

第52頁/共55頁膨脹礦渣珠 膨脹礦渣珠是用適量冷卻水急冷高爐渣熔渣而形成的一種多孔輕質(zhì)礦渣，生產(chǎn)方法有噴射法、噴霧法、塹溝法、滾筒法可用于做輕骨料，用來制作內(nèi)墻板樓板等，也可用于承重結(jié)構(gòu)第53頁/共55頁謝謝觀看謝謝觀看 第54頁/共55頁感謝您的觀看！第55頁/共55頁。