《矿山固体废物综合利用技术》复习资料
第一章 绪论
1 尾矿：选矿厂在特定经济下，将矿石磨细、选取“有用组分”后所排放的废弃物。即，矿石经分选，选出精矿后剩余的废料。（尾矿是在特定的技术经济条件下难以分选的物料，不是绝对的废弃物，不是完全无用的废料。） 2 尾矿的特点：
（1）排放量大、组成复杂； （2）破坏和污染生态环境； （3）处理处置方式多元化；
（4）处理花费较大，见效则相对较慢；
（5）固体废物综合利用率低，资源浪费明显。 3 尾矿综合利用的目的：
（1）有用成分回收；
（2）研究原矿分选的工艺流程、药剂制度、设备配置等是否合理； （3）净化尾矿废水和回收有用药剂；
（4）复合矿物材料，如微晶玻璃、玻化砖、耐火材料等。 4 尾矿的分类 按化学成分分类
（1）高硅型： SiO2 > 80% （2）钙镁质型： CaO+MgO>30% （3）铝硅质型： Al2O3>15%、SiO2>60% （4）铁硅质型： Fe2O3+FeO>20%、SiO2>60% （5）碱铝硅质型： K2O+Na2O>10%、Al2O3>10%、SiO2>60% （6）钙铝硅质型： CaO>10%、Al2O3>10%、SiO2>60% （7）复合成分型： SiO2 40%~60% 按排出尾矿的矿山及其选别成分分类
（1）有色金属矿山尾矿（Cu、Sn、Pb、Mo、Ni等） （2）黑色金属矿山尾矿（Fe、Mn等） （3）贵金属尾矿（Au、Ag、Pt等）
（4）非金属矿山尾矿（磷矿、萤石、重晶石等尾矿） （5）煤炭资源固体废弃物（煤泥、粉煤灰、煤矸石等） 按选矿工艺分类
（1）手选尾矿 （2）重选尾矿 （3）磁选尾矿 （4）浮选尾矿
（5）电选与光电选矿尾矿 （6）化学选矿尾矿或尾渣 按矿物成分分类
（1）石英型
（2）石英-长石型 （3）碳酸盐矿物型 （4）黏土矿物型 （5）复成分型 按矿物组成分类 （1）镁铁硅酸盐型
（2）长英岩型 （3）钙铝硅酸盐型 （4）碱性硅酸盐型 （5）高铝硅酸盐型 （6）高钙硅酸盐型 （7）硅质岩型 （8）碳酸盐型 5 尾矿资源化的必要性 （1） 潜在价值 （2） 矿产资源短缺
6 经济品位：经济品位又称临界品位，指矿山生产达到盈亏平衡时的最低品位要求。
7 尾矿物理、化学、工艺性质 尾矿的物理、化学与工艺性质与建材生产有关的尾矿物理性质， 主要包括密度、硬度、熔点、线胀系数等；
尾矿的化学性质， 是指尾矿参与化学反应的能力或在化学介质中抵抗腐蚀的能力；
工艺性质：（1） 可磨性（2） 易筛性。 8 尾矿中有害元素脱除方法 （1）生物法
（2）化学法 （3）物理法
9 尾矿中微细颗粒特点：
（1）比表面积大 （2）表面活性强 （3）化学反应快 （4）吸附能力好 （5）不易分散和絮凝 （6）沉降速度慢
10 尾矿利用需要解决的技术
（1）尾矿中微细颗粒回收问题
（2）尾矿中有用成分含量低，杂质影响大 （3）尾矿与原矿性质差异大
（4）尾矿中含量高的微细料氧化物的干扰与回收 （5）尾矿中低含量的稀贵金属的回收技术
（6）尾矿堆放时间与矿物物性有明显关联，导致分选难 第二章 尾矿综合利用技术 1 尾矿综合利用的主要途径 （1） 作为二次资源再选 （2） 制作建材 （3） 用作土壤改良剂及微量元素化肥 （4） 利用尾矿复垦植被 （5） 井下采空区填充 3 尾矿作为二次资源的原因
技术条件有限，伴生组分未回收，有用组分进入尾矿。 4 水泥生产工艺 二磨一烧工艺
5 水泥强度与什么有关 （1）熟料烧成情况 （2）熟料中的矿物组成
C3S C2S C3A C2A 6 钼铁尾矿生产水泥的作用机理
钼铁尾矿中的微量元素钼能促进碳酸钙分解、使碳酸钙开始分解温度和吸热谷温度分别提前了10℃和20℃；通过改变熔体性质，如降低液相的出现温度、液相黏度和表面张力，加速熟料形成过程中的固相反应和熔体的质点迁移速度，促进铝酸三钙形成和硅酸二钙吸收FCaO生成硅酸三钙的反应， 使熟料易于形成；同时，对水泥热料矿物组成无不利影响，并可降低熟料中的FCaO，提高热料的早期强度。 7 微晶玻璃概念
微晶玻璃是由基础玻璃经控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。
具有较低的线膨胀系数、较高的机械强度、显著的耐腐蚀、抗风化能力和良好的抗震性能。 8 关于微肥
尾矿中的含有K、P、Mn、Zn、Mo等元素，常是植物的微量营养 组分，因此，微肥被称为植物生长的“维生素”，具有增产效果。 9 土壤改良剂 （1） 某些尾矿中如富含碳酸镁和碳酸钙， 可用作改良酸性土壤的矿物原料。 （2）日本愿大峰选矿厂的尾矿属于盐基性尾矿，可中和老朽酸性土壤，有助于改善土质。
（3） 某些尾矿中含有石膏， 可改良碱性土壤或弱盐土。
（4） 含黄铁矿的尾矿用来酸化含碳酸盐（碳酸钠）高的土壤。 10 全尾砂胶结填充的浓缩方式 （1） 浓缩一过滤两段脱水工艺
（2） 高效沉降浓缩
（3） 砂仓自然沉降浓缩——可浓缩至65-70% 11 土地复垦、尾矿复垦、尾矿复垦的3中方式
土地复垦是指对生产建设过程中，因控损、塌陷、压占等造成破坏的土地进行整治，使其恢复到可供利用状态的活动。
尾矿复垦是指在尾矿库上复垦或利用尾矿在适宜地点充填造地等与尾矿有关的土地复垦工作。
我国尾矿复垦的3种情况： （1）仍在使用的尾矿库复垦
（2）已满或已局部干涸的尾矿库复垦 （3）尾矿砂直接用于复垦 12 尾矿复垦利用方式
（1） 复垦为农业用地 （2） 复垦为林业用地 （3） 复垦为建筑用地 13 有价金属回收意义
（1）有用成分的回收，减少资源浪费，解决资源短缺问题。
（2）减少尾矿坝的建设和维护费用。 （3）保护环境。
第三章 煤矸石综合利用技术 1 煤矸石的来源 （1） 开采矸石（露天开采剥离及井筒和巷道掘进排出的矸石；采煤过程煤巷产生的矸石）
（2） 洗选矸石 2 煤矸石的危害 （1） 自燃危害
（2） 生态环境及土地资源的破坏 （3） 煤矸石淋溶水污染 （4） 地质灾害 3 煤矸石的组成 （1）元素组成
大量元素： C、Si、O、Al、Fe、S、Ca、Mg等 微量痕量： Hg、Cd、Cu、Pb、Zn、Mo、Co、Sn等 不同类型矸石微量元素含量不同： 砂质矸
自燃矸 >风化矸>新鲜矸 （2）化学组成
化学成分主要是 SiO
2、Al2O3和C，其中SiO2（40%~60%）和Al2O3（15%~30%）含量最高，砂岩煤矸石SiO2含量可达70%，铝质岩煤矸石Al2O3含量可达40%以上；其次是Fe2O
3、CaO、MgO、Na2O、K2O、SO
3、P2O
5、N和H等；此外，还有少量的Ti、V、Co等金属元素。 （3） 矿物组成
常见矿物：黏土类矿物、碳酸盐类矿物、铝土矿、黄铁矿、石英、云母、长石、炭质和植物化石。
煤矸石主要是由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝和少量的稀有金属的氧化物组成。 （4） 岩石组成
通常化学成分是指矸石煅烧所产生的灰渣的化学成分，一般由无机化合物（矿岩）转变成的氧化物，尚有部分烧失量。化学成分的种类和含量随矿岩成分不同而变化，因此可以用氧化物含量的大小来判断矸石矿岩成分和矸石类型等。
（5） 工业分析
4 煤矸石的性质
煤矸石性质通常是指： （1） 发热量 （2） 活性
（3） 熔融性（熔融性是指煤矸石在一定条件下加热， 随着温度的升高， 煤矸石产生软化、熔化的现象， 那么这时的温度称为灰熔点。）
（4） 膨胀性（膨胀性是指煤矸石在一定条件下煅烧时产生体积膨胀的现象。） （5） 可塑性（可塑性是指煤矸石粉和适当的水混合均匀制成任何几何形状，
当除去应力后泥团保持形状的性质。煤矸石具有较好的可塑性，塑性指数一般在7~10左右。）
（6） 硬度 （7） 收缩性 （8） 强度
5 煤矸石活化方式
活化方法： 热活化、化学活化、物理活化和微波辐照活化。 6 煤矸石化学组成对活性的影响
（1） 氧化硅（SiO2）
氧化硅是煤矸石中主要组分之一，对煤矸石玻璃体结构的形成有很大的作用。但含量过高时，得不到足够的MgO、CaO与之化合，从而影响煤矸石的活性，尤其是SiO2存在于结晶矿物中时。
（2） 氧化铝（Al2O3）
决定煤矸石活性的主要因素之一，Al2O3含量相对较低时，活性较好。
（3） 氧化钙（CaO）
煤矸石+CaO+SiO2+H2O→C2S 提高系统反应能力含量越高，活性越大 如：煤矸石用于建材行业时要求CaO含量适当高一些。
（4） 氧化铁（Fe2O3）
（5） 氧化镁（MgO）
7 煤矸石分类
（1） 按煤矸石的来源来分
（2） 按煤矸石岩石不同分类
含炭泥岩或页岩矸石、泥质页岩矸石、粉砂质页岩矸石、含砂页岩矸石等。
（3） 按矿排出期限分
（4） 按煤矸石元素和化学成分灰分
（5） 按煤矸石颜色分类
白矸石、灰矸石、黑矸石、绿矸石等
（6） 按煤矸石用途分类
为了合理利用煤矸石，我国煤炭工业和建材部门按热值划分了煤矸石的用途。
8 煤矸石综合利用现状 （1） 作为燃料 （2） 矸石发电
（3） 生产建筑及其它材料 （4） 井下采空区、塌陷区充填 （5） 制取化工产品 （6） 回收和生产矿物 （7） 农业利用 （8） 修筑道路 （9） 注浆技术
10 循环液化床锅炉的优势：
（1）燃烧效率提高（97.5-99%） （2）没有埋管，彻底解决埋管磨损 （3）可大型化
（4）脱硫剂利用率提高 （5）降低热力型NOx生成
11 回收硫铁矿、高岭土、制备铝系产品的意义 成本低、能耗低，副产物价值高
无废渣、废水、废气产生 煤矸石分离率高，回收催化剂反复使用
使煤矸石达到无害化、减量化、资源化综合利用 1
1煤矸石制砖时化学组成对砖的影响
12 煤矸石浆液作燃煤烟道气的脱硫剂 作用机理
硅酸盐：煤矸石中含有大量的Si元素， 主要以SiO2和硅酸盐形式存在， 在 酸性环境中，硅酸盐是很好的脱硫剂。
碱性氧化物： 经过处理的煤矸石浆液含有一定量的CaO和MgO等碱性氧化 物，与SO2反应，另外含有少量的Fe2O3和V2O5起催化作用，提高脱硫反应速率。
煤矸石浆液吸收的过程是众多元素联合发生协同效应的结果，脱硫率能达到75%。
第四章 非金属尾矿资源综合利用（个人总结） 1 我国萤石矿的资源分布及特点
（1） 储量居世界第一，资源潜力巨大。 （2） 萤石储量相对集中。
（3） 单一型萤石矿床多，储量少。 （4） 难选矿多，易选矿少。 （5） 贫矿多，富矿少。 （6） 嵌布颗粒较细
2 我国重晶石资源的分布及特点
我国重晶石的储量为世界第一， 同时重晶石也是我国出口的优势矿产之一。我国重晶石不但储量大，而且品位高，平均BaSO4>92.8%；富矿占99.4%，大中型矿占88.4%。 3 绢云母的用途 （1） 陶瓷工业 （2） 造纸工业
（3） 化工及化肥工业 （4） 化妆品填料 （5） 涂料工业 （6） 白色颜料 （7） 塑胶工业
第五章 粉煤灰综合利用技术 1 粉煤灰的来源
粉煤灰——煤粉悬浮燃烧产生的高温烟气， 经除尘器收集得到 的飞灰。
炉渣——少量煤粉粒子在燃烧过程， 由于碰撞粘结成块， 落到 锅炉底部， 炉底灰或沪下渣。（统称粉煤灰渣） 2 粉煤灰分类
物象转变
3 粉煤灰的危害 （1） 大气污染 （2） 水源污染
（3） 侵占、污染土地 4 粉煤灰组成
（1）化学成分
主要由原煤的成分和燃烧条件决定。
粉煤灰质量评价 1） CaO的含量
高钙型（F型）质量优于低钙型（C型），我国粉煤灰多属于低钙型。 2）烧失量
即粉煤灰中未燃尽炭的含量，烧失量越高，粉煤灰的质量越差，如制备烧结砖时，收缩地大。 3） SiO2+Al2O3+Fe2O3 关系建材原料的好坏。 （2）矿物组成
粉煤灰中的矿物与原煤的矿物有关。
（3）颗粒组成
粉煤灰质量的优劣和波动，在很大程度上取决于各种颗粒之间的组合以及颗粒组成的变化。
可分为：珠状颗粒、渣状颗粒、钝角颗粒、碎屑、黏聚颗粒5类。 5 粉煤灰的性质和品质指标
（1）表观色泽
低钙粉煤灰——随着碳的增加 ，乳白色变为灰黑色 高钙粉煤灰——浅黄色 CaO含量较高
CaO含量高低：褐煤>次烟煤>烟煤>无烟煤 （2）粒径和细度
粉煤灰的粒径：0.5-300μm，范围与水泥接近，但大部分颗粒要比水泥细得多。
国标规定：I级灰>45 μm的≤12%，II级灰≤45%。 比表面积
粉煤灰的比表面积范围1500-5000cm2/g （4）需水量比
粉煤灰的需水量比以30%的粉煤灰取代硅酸盐水泥时所需的水量与硅酸盐水泥标准砂浆需水量之比。可反应粉煤灰物理性质的优劣。
I级粉煤灰需水量比≤95%，II级粉煤灰需水量比≤105%，III级粉煤灰需水量比≤115%。
（5）火山灰活性
火山灰活性是指常温下与石灰起化学反应， 生成具有胶聚性的水化产物的性能。
（6）烧失量
烧失量是指在105—110℃烘干的原料在1000—1100℃灼烧后失去的重量百分比。是制备烧结产品的有害物质。I级粉煤灰煤失量≤5%，II级粉煤灰≤8%， III级粉煤灰≤15%。 6 粉煤灰活性激发
（1） 石灰和少量石膏为激发剂
在水的参与下，石灰与粉煤灰中的SiO
2、Al2O3反应生成水化硅酸钙（CSH）、水化铝酸钙(CAH)凝胶。
mCa(OH)2 + SiO2 + (n-1)H2O = mCaO·SiO2·nH2O mCa(OH)2 + Al2O3+ (n-1)H2O = mCaO· Al2O3 ·nH2O CAH强度较低，在石膏的作用下，发生硫酸盐激发：
mCaO·Al2O3·nH2O+CaSO4·2H2O=mCaO· Al2O3· 3CaSO4·(n+2)H2O （2） 石灰和水泥为激发剂的蒸压养护
激发剂为石灰、水泥和少量石膏， 石灰为主料， 水化反应生成： ① CaO·SiO2·H2O ② CaO· Al2O3 ·H2O
③ CaO· Al2O3·SiO2 ·H2O ④ CaO· Al2O3· CaSO4·H2O 在高温高压和蒸汽养护环境， 粉煤灰中的活性氧化物溶解度大大提高， 因而促进水化产物的形成（CSH）。
（3） 水泥熟料和石膏为激发剂的常温激发
7 粉煤灰在混凝土中的机理分析 （1） 形态效应
粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体，铝硅酸盐玻璃微珠，这些球状玻璃体表面光滑、粒度细，质地致密，比表面积小，不仅使水泥浆需水量小，而且它们往往填充水泥浆体孔隙中，使混凝土密实性大大提高，或者在相同用水量的情况下，可增大流动性，改善和易性和可泵性。
（2） 微集料效应
粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，而处于分散状态，有利于水化反应的进行，同时减少了用水量， 硬化后混凝土孔隙率降低，使密实度得以提高。
（3） 活性效应
粉煤灰的活性效应也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成份SiO2和A12O3与水泥和石灰的水化产物在水溶液中发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙。上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了孔结构， 提高了混凝土的密实度。
8 粉煤灰混凝土的早期性能
粉煤灰最初用于混凝土的主要技术优势， 就是能非常显著的改善新拌混凝土的工作性能， 具体体现如下：
（1）减少混凝土的需水量；
（2）改善混凝土的泵送性能；
（3）提高混凝土的密实性、流动性和塑性； （4）减少泌水与离析； （5）减少坍落度损失。 9 影响强度的主要机理
（1）粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成，表面光滑致密，在混凝土拌合物中能起滚动作用; （2）新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团， 粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒， 释放更多的浆体来润滑骨料；
（3）由于掺入粉煤灰需水量比小于1，能有效减少混凝土用水量，使混凝土的水胶比降到更小水平，减少泌水和离析现象； （4）由于粉煤灰具有良好的保水性，经与减水剂复合作用，减少压力泌水量， 提高混凝土泵送能力和施工工艺。 10 粉煤灰水泥特点
（1）水化热低
（2）抗渗和抗裂性好
（3）对硫酸盐浸蚀和水浸蚀具有抵抗力 （4）早期强度不高， 但后期强度高 第六章 尾矿库复垦利用 1 尾矿库的概念
尾矿库——是指建筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属 矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。 2 尾矿库的作用 保护环境
充分利用水资源 保护矿产资源 3 尾矿库特点
尾矿库是矿山选矿厂生产不可缺少的设施 尾矿库基建投资及运行费用巨大 尾矿库是矿山企业生产最大的危险源 4 尾矿库的构成
尾矿库一般由尾矿堆存系统、尾矿库排洪系统、尾矿库回水系统构成。 5 尾矿库的类型 山谷型尾矿库 傍山型尾矿库平地型尾矿库
6 尾矿库的选址原则
（1）尾矿库的库容量要能容纳全部生产年限的尾矿量 （2）库址离选矿厂要近，最好位于下游方向。 （3）尽量位于大的居民区、水源地、水产基地及重点保护名胜古迹下游方向。 （4）尽量不占或少占农田，不迁或少迁村庄。
（5）未经技术论证，不宜选择位于有开采价值的矿床上部。
（6）库区汇水面积要小，纵深要长，纵坡要缓，可减少排洪系统规模。 （7）库区口部要小，“肚子”要大。减小初期工程量，增大容量。 （8）尽量避免位于有不良地质现象的地区，以减少处理费用。
“十三五”重点项目大宗工业固体废物综合利用项目可行性研究报告
