固体废物的建材利用.ppt

第 四 章 固体废物的建材利用1.固体废物的建材利用n利用工业固体废物生产建筑材料是解决建材资源短缺的一条有效途径，这对保护环境和加速经济建设具有十分重要的意义。利用工业固体废物生产建材的优点是：原材料省，生产效率高。例如，利用高炉渣和钢渣生产水泥可节约1/3石灰石和1/2燃料，生产效率提高一倍；耗能低。例如，用矿渣代替水泥熟料生产水泥，每吨原料的燃料消耗可减少80；综合利用产品的品种多，可满足多方面的需要。例如，用固体废物可生产水泥、骨料、砖、玻璃和陶瓷等多种建筑材料；综合利用的产品数量大，可满足市场的部分需要。例如，假如我国每年利用4000万吨的工业固体废物生产水泥或作混凝土掺合料，则可弥补目前一年800万吨的水泥缺口；环境效益高，可最大限度地减少需处置的固体废物数量，在生产过程中，一般不产生二次污染。例如，生产一亿块砖可吃掉1022万吨粉煤灰。n工业废渣作建筑材料是综合利用工业废渣数量最大、种类最多、历史较久的领域。其中，利用较多的有高炉渣、钢渣、粉煤灰、煤研石和其他废渣等。生产品种包括水泥、骨料、砖、玻璃、铸石、石棉和陶瓷等。我国对冶金工业和煤炭工业所产生的固体废物研究较多，如高炉渣的应用已有几十年的历史，在生产建筑材料方面取得了一定的成就，积累了宝贵的经验。2.一、高炉渣n1高炉渣的分类n（1）铸造生铁矿渣n（2）炼钢生铁矿渣n（3）特种生铁矿渣3.2高炉矿渣的化学成分n高炉渣中主要的化学成分是二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(AI2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁（MgO)、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)和硫(S)等。此外有些矿渣还含有微量的氧化钦(TiO2),氧化钒(V2O5),氧化钠(Na2O),氧化钡(BaO)、五氧化二磷(P2O5)、三氧化二铬(Cr2O3)等。在高炉渣中，氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(AI2O3)占90（质量百分数）以上。4.3.高炉渣的处理加工n在利用高炉渣之前，需要进行加工处理。其用途不同，加工处理的方法也不同。我国通常是把高炉渣加工成水淬渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和膨胀矿渣珠等形式加以利用。5.n高炉渣中主要的化学成分是二氧化硅(Si02)、三氧化二铝(AIA)、氧化钙(CaO)、氧化镁（Mg0)、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)和硫(S)等。此外有些矿渣还含有微量的氧化钦(Ti02),氧化钒(V205),氧化钠(Na2O),氧化钡(BaO)、五氧化二磷(P205)、三氧化二铬(Cr203)等。在高炉渣中，氧化钙(CaO)、二氧化硅(Si02)、三氧化二铝(A1203)占90（质量百分数）以上。6.(1)高炉矿渣水淬处理工艺n水淬法式我国高炉渣在利用之前加工处理的主要方法。n主要采用的方法：n（1）池式水淬法n（2）炉前水淬法7.(2)矿渣碎石工艺n矿渣碎石式高炉熔渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣石后，再经过挖掘、破碎、磁选和筛分而等到的一种碎石材料。n主要采用的方法：n热泼法n堤式法8.(3)膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺n膨胀矿渣是适量冷却水急冷高炉熔渣而形成的一种多孔轻质矿渣。n主要采用的方法：n（1）喷射法n（2）喷雾器堑沟法n（3）滚筒法n膨胀渣珠的形成过程是热熔矿渣进入流槽后经喷水急冷，又经高速旋转的滚筒击碎、抛甩继续冷却，再这一过程中熔渣进行膨胀，并冷却成珠。9.三、高炉渣在建材方面的应用n1水淬渣的用途n（1）生产矿渣水泥n（2）生产矿渣砖n（3）湿碾矿渣混凝土10.2矿渣碎石的用途n（1）矿渣碎石混凝土n（2）矿渣碎石在地基工程中的应用n（3）矿渣碎石在道路工程中的应用n（4）矿渣碎石在铁路道渣上的应用11.n3膨胀矿渣及膨珠的用途n4高炉渣的其他用途n（1）矿渣棉n（2）生产微晶玻璃12.二、钢渣n钢渣是炼钢过程中产生的固体废物。炼钢的基本原理和炼铁相反，是以氧化的方法除去生铁中过多的碳素和杂质，氧和杂质作用生成的氧化物就是钢渣。13.（一）概述n1钢渣的分类n根据冶炼方式不同，钢渣分为以下三类。n（1）平炉钢渣n（2）转炉钢渣n（3）电炉钢渣 14.2钢渣的化学成分和矿物组成n（1）钢渣的化学成分n钢渣是由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物所组成，有时还含有钒和钦等氧化物，其中钙、铁、硅氧化物占绝大部分。各种成分的含量依炉型、钢种不同而异，有时相差悬殊。以氧化钙为例，一般平炉熔化时的前期渣中含量20左右，精炼和出钢时的渣中含量达40以上；转炉渣中的含量常在50左右；电炉钢渣中约含40-50。各种炼钢炉的钢渣化学成分见表5-6。n（2）钢渣的矿物组成n钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙(、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、游离石灰等，此外含磷多的钢渣中还含有纳盖斯密特石。钢渣的矿物组成主要决定于其化学成分，特别与其碱度有关。炼钢过程中需要不断加入石灰，随着石灰加入量增加，渣的矿物组成随之变化。炼钢初期，渣的主要成分为钙镁橄榄石，其中的镁可被铁和锰所代替。当碱度提高时，橄榄石吸收氧化钙变成蔷薇辉石。再进一步增加石灰含量，则生成硅酸二钙和硅酸三钙。15.2钢渣的化学成分和矿物组成16.（二）钢渣的处理加工n由于炼钢设备、工艺布置、造渣制度、钢渣物化性能的多样性及其利用伤得多种途径，决定了钢渣处理工艺上的多样化。n1钢渣处理工艺n（1）冷弃法n（2）热泼法n（3）盘泼水冷n（4）钢渣水淬法n2钢渣破碎加工17.18.（三）钢渣在建材方面的n迄今，人们已开发了多种有关钢渣综合利用的途径，主要包括建筑材料、冶金材料和机械工业，交通及农业等各领域。钢渣在建材工业方面的利用非常广泛。n1生产水泥n2生产钢渣砖n3钢渣代替碎石作骨料和路材19.1生产水泥20.1生产水泥21.2生产钢渣砖22.三、粉煤灰n燃烧煤的发电厂每年排出大量由煤的灰分形成的各种煤灰渣粉煤灰、炉渣。从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰，由炉底排出的部分废渣称炉渣。电厂煤粉锅炉中排出的粉煤灰占整个煤灰渣量的绝大部分。粉煤灰和炉渣除某些物理特征有所差别外，其他性质（如化学性质）并无本质上的不同。23.（一）粉煤灰概述n1.粉煤灰的分类n粉煤灰按收集、排放和综合利用的需要分为：湿灰、干灰、调湿灰、脱水灰和细灰等。湿灰是经文丘里等湿式除尘器收集的粉煤灰或经电除尘器等干式除尘器收集，用水力排放的、水分大于30的粉煤灰。干灰是经旋风、多管、布袋、电除尘器等收集的，水粉小于1的粉煤灰。调湿灰是干灰经喷水调整湿度，含水量在10-20的调湿粉煤灰。经浓缩池沉淀，真空脱水或凉干的湿灰，水分小于30写为脱水灰。经电除尘器收集的第二电场和二电场以上的为细粉煤灰。n粉煤灰根据其化学成分又可分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰（一般氧化钙含量在8以上者称为高钙粉煤灰）。当燃料用烟煤和无烟煤时，从煤粉燃烧炉烟气中收集的灰分多为低钙粉煤灰；当燃料用次烟煤和褐煤时所得多为高钙粉煤灰。24.2.粉煤灰的性质n粉煤灰的物理化学性质取决于煤的品种、煤粉的细度、燃烧方式和温度、粉煤灰的收集和排灰方法。n（1)物理性质n粉煤灰是灰色或灰白色的粉状物，含水量大的粉煤灰呈灰黑色。它是一种具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。其主要物理性质如下：粉煤灰密度一般为22.3g/cm3，松散干容积密度为550950kg/cm3，孔隙率一般为6070，细度一般为4900孔/cm3，筛余量3020，比表面积为3000cm2/g以上。25.(2）化学成分n粉煤灰的化学成分与粘土质相似，其中以二氧化硅及三氧化二铝的含量占大多数，其余为少量三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾及三氧化硫等。26.(3）含碳量n大中型电厂粉煤灰含碳量少于8的占68。27.(4)粉煤灰的矿物组成n粉煤灰由多种结构和形态的微粒组成，其中大多数是玻璃体，含量占50以上，还含有少量不透明，形状不规则的黑色碳粒，大体上可分为球形粒子、多孔粒子和不规划粒子三种。n粉煤灰中的晶体矿物有莫来石、石英、硅酸二钙、硅长石、方解石等。n氧化钙含量高的粉煤灰中还含有硅酸二钙、游离氧化钙、铝方柱石、三铝酸五钙等矿物。28.(5）粉煤灰的活性n北京市建筑材料研究所曾对全国大中小型电厂粉煤灰活性进行过测试。测定掺30原状粉煤灰的水泥砂浆强度与同龄期的纯水泥砂浆强度的比值，即为粉煤灰活性值。29.（二）粉煤灰在建材方面的利用n1生产粉煤灰砖n粉煤灰砖是以粉煤灰为原料，掺入一定比例的骨料、石灰、石膏配料，加水搅拌，压制成型，经过养护或焙烧而成。根据砖的配料及工艺，粉煤灰砖分蒸养粉煤灰砖、烧结粉煤灰砖、碳化粉煤灰砖、泡沫粉煤灰砖等。n（1）蒸养粉煤灰砖n（2）烧结粉煤灰砖n（3）碳化粉煤灰砖n（4）蒸养粉煤灰保温砖30.31.32.2生产粉煤灰水泥n由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、加入适量石膏磨细制成的水硬胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥。n粉煤灰水泥生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥大体一样，无特殊工艺技术要求。但要注意配料方案的调整，严格控制各种原料的掺入量，以保证出磨生料化学成分符合要求。水泥中粉煤灰的掺入量按质量百分比计为2040，也允许掺入不超过混合材粒化高炉渣，此时混合材料可达50，但粉煤灰质量不得少于20或超过40。粉煤灰的掺入量，通常与水泥熟料的质量、粉煤灰活性和要求生产的水泥标号等因素有关。n粉煤灰硅酸盐水泥的优点是：对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力及抗水性较强；水化热低；干缩性较小，抗拉强度高，抗裂性好；耐热性好；后期强度增进率较大。缺点是：早期强度较低；抗冻性较差；抗碳化性能较差。n粉煤灰水泥可用于工业及民用建筑，用来生产预制楼板、建造梁、基础，修筑地面等；还可用于水利工程。33.四、煤矸石n1.煤研石的分类n煤研石按其产生过程分为四类：洗煤厂产生的洗研；采煤过程产生的原研；人工挑选的拣研；堆积在大气中经过自燃的红研，其热值很低，但具有一定的活性。煤研石根据其岩石组成又可分为：粘土岩研石、砂岩研石和石灰岩研石，其中以粘土岩研石数量最多，这类煤研石呈黑褐色，层状结构，易粉碎。34.2.煤研石的性质n(1)化学成分n煤研石的主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、三氧化硫等，此外还含有铀、社等放射性元素和其他一些稀有元素。35.(2)煤研石的矿物组成n煤研石与煤系地层共生，是多种矿岩组成的混合物，属沉积岩。煤砰石的岩石种类主要有粘上岩类、砂岩类、碳酸盐类、铝质岩类。n粘土岩中主要矿物组成为粘土矿物，其次为石英、长石、云母和黄铁矿、碳酸盐等自生矿物。此外，还含有丰富的植物化石、有机质、碳质等。砂岩类矿物多为石英、长石、云母、植物化石和菱铁矿等；碳酸盐类矿物主要成分为方解石、白云石、菱铁矿等；铝质岩类均含有高铝矿物：三水铝矿、一水软铝石、一水硬铝石，此外，还常常含有石英、褐铁矿、白云母、方解石等矿物。36.(3)煤研石处理利用概况n煤研石是一种低热值能源和建材资源，可以用来代替燃料及生产建材产品。利用煤矸石可以生产砖、瓦、水泥、轻骨料，也可以用来生产空心砌块和预制构件，还可以用于填坑造地及作路基材料。37.3煤矸石在建材方面的应用n（1）生产煤矸石砖n（2）生产水泥n（3）生产空心气块n（4）生产轻骨料 38.