编号（学号）：06106067
西北农林科技大学 资源环境学院
课
程 论 文
题 目：工业固体废弃物的
处理技术研究进展
姓 名： 梁文青
专业年级： 06级资环3班
课程名称：废弃物资源化技术
指导教师：
和 文 祥
学年学期：
2009-2010
完成日期： 2009-12-25
工业固体废物的处理技术研究进展
1工业废弃物概况
工业废弃物是指工业生产、加工过程中产生的废料、废渣、粉尘和污泥[1]。常指矿业废弃物如各类尾矿等;燃煤废弃物如粉煤灰、煤矸石等;化工废弃物如碱渣等。尾矿中铁尾矿为例 ,每生产 1 吨铁煤矿 ,产生约 115 吨尾矿 ,平均每年以约 5 ×10 吨数量排放 。再如我国是 —煤炭大国 ,原煤储量居世界首位 ,占我国能源比例为 60～70 %,1987 年产量为 9182 亿吨而 1996 年就达 12124 亿吨 ,但同时造成几亿吨的煤矸石和粉煤灰废弃物排放。这些废弃物对环境造成的危害主要是占用土地 ,破坏山地环境;排放有毒气体 ,造成温室效应和臭氧层破坏;污染地下水 ,特别是有毒有机物、络合金属化合物、有机金属化合物等渗入水源并流入河流湖泊、海洋和土壤 ,进入人类生物链 ,破坏生态环境 ,影响人类生存环境和健康。 2工业固体废弃物的来源
工业固体废弃物是在工业生产和工业加工过程中以及燃料燃烧，矿物开采，交通运输，环境治理过程中所丢弃的固体、半固体物质的总称[2]。
工业固体废弃物主要来源于各种工业部门生产所得到的固体废物,主要包括煤炭工业生产的煤矸石;燃料电厂和城市集中供热系统煤粉燃烧锅炉产生的粉煤灰、炉渣;黑色冶金工业产生的高炉渣、钢渣;有色金属冶金渣和赤泥等;化学工业及其他工业生产过程中产生的化学石膏、硫铁矿渣、电石渣、碱渣、烧碱盐泥等;燃烧锅炉产生的炉渣;开采金属矿石产生的废石和尾矿等。 3工业固体废弃物的特点
3.1工业固体废弃物的种类很多,产量很大,分布面很广,常年均衡排放,可作为稳定的可利用资源加以利用[2]。工业固体废弃物是一种可开发利用的资源,建筑材料特别是墙体材料和水泥工业对原料的消耗量大,生产企业多,分布面很广,特别是在人口密集、工业发达地区,企业密度更高。建材生产地和与工业固体废弃物产生地点大体一致,这为工业废弃物资源化利用提供了方便[3]。
3.2大多数工业固体废弃物的物相组成较为稳定,化学成分与建材原料相近,具有潜在的活性,适合作建筑材料的原料。从化学成分来看,许多工业废弃物与建筑材料见下表,除有毒工业废弃物外,大多数都可以用作墙体材料的原料;煤矸石、粉煤灰、炉渣等化学成分和黏土较接近,常开发用于筑路、生产烧结砖、生产混凝土制品、砌筑砂浆材料、微晶玻璃原料和陶粒等轻骨料;化学石膏与天然石膏的化学成分相似,可替代生产石膏用品或用为水泥调凝;硫铁矿烧渣可用作水泥配料的铁质原料;粉煤灰、煤矸石可用作水泥硅质原料,或作为水泥和混凝土的混合材料;电石渣化学成分与石灰相近,可代替石灰生产蒸养制品;多数尾矿含硅较高,可代替砂子或生产蒸养砖;高炉水渣、钢渣、赤泥等化学成分为水泥所需,另外还可以与粉煤灰、煤矸石等合用生产微晶玻璃;窑灰可作为水泥生料配料使用或直接作为水泥混合材。
3.3有些工业废渣含有一定的热值,作为低热值燃料用于生产建筑材料有显著节能效果,粉煤灰、炉渣、煤矸石等就是这种废弃物。它们常用来生产砖的内燃料,生产水泥和烧结制品的原料,其中含有的部分热值可达到节约能源的效果。一般来说,7～10t废渣可节约1t标准煤,用煤矸石制作全煤矸石砖可以达到基本不用煤[4]。
3.4利用固体废弃物作建筑材料原材料能够降低成本增加利润,节约有限的自然资源,变废为宝,加强对三废的综合应用,以产生良好的社会和经济效益。
4工业固体废物在建筑材料中的资源化应用
工业固体废物主要包括各种金属、能源及非金属矿开采、选矿、金属冶炼、电力、化工生产等大量产生、排放的各种固体废弃物,其大部分为硅酸盐、铝酸盐、硫酸盐、碳酸盐等类物质。而建筑材料大多是由硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、铝酸盐物质制成的材料。因此,通过科学的方法和途径,大部分工业固体废物具备生产建筑材料的潜能。
4.1各种矿山开采的剥离层、坑道掘进的渣、石,如碎石、煤矸石等。煤矸石是采煤和选煤过程中的排弃物,通常占采煤量的5%～20%。我国每年煤矸石的排放量在1.4亿t,历年的积存量已超过20亿t。煤矸石综合利用的途径较多,在制造建筑材料方面,依据其化学成分和工艺性能,可选择烧制砌砖,也可以替代黏土烧制硅酸盐熟料,或生产无熟料水泥[5]。
4.2各种矿产选矿的尾矿,如铁、铝、铜、铅、锌、锑、锰、钾、钠、矾、镁及各种稀土、非金属矿尾矿等。华南理工大学材料学院[6]利用冶炼锌铅湿废渣替代20%的黏土及50%的铁粉原料生产优质普通硅酸盐水泥。赵爱琴[7]利用金属镁厂提炼镁时排出的镁渣,将其直接磨细后与一定比例的磨细矿渣混合,在复合激发剂作用下,配制胶结料生产各种新型墙体材料,具有工艺简单、节省能源、制成的墙体材料密度小、强度高、耐久性好等优点。
4.3冶炼渣,如炼铁高炉矿渣、钢渣、铜渣、铅锌渣等各种金属冶炼渣。蒋元海[8]利用苏州钢铁厂、苏州望亭发电厂每年排放的大量废钢渣(集料)和粉煤灰,加入市售的石灰、消石灰和水泥生产免蒸免烧砖(100号至150号),砖的性能稳定,抗冻性能良好,后期强度仍不断增加,可用作工业与民用建筑中的承重墙体材料。同济大学[9]研究了用磨细钢渣
替代50%熟料生产525号水泥。生产生态水泥是保护环境并使废弃物再资源化的一条有效途径。
4.4化工生产,如碱渣、制酸渣、磷石膏、氟石膏等。磷石膏、氟石膏、排烟脱硫石膏等废渣可替代天然石膏生产石膏板、石膏砌块等。
4.5电力工业废物,如粉煤灰、炉底渣等。粉煤灰是以煤为燃料的发电厂的工业废弃料。我国是世界上第三大粉煤生产国,仅电力工业的年粉煤灰排放量已逾亿吨,但目前的利用率仅在38%左右。粉煤灰广泛应用于软路基处理、添筑路堤、桥梁或路面水泥混凝土掺合料、路面基层结合料、压浆处理路基、路面等公路工程[10],以及制造粉煤灰水泥等。事实上,粉煤灰经适当处理后,可制造价值更高的若干墙体材料,如高性能混凝土砌块、压蒸纤维增强粉煤灰水泥墙板、加气混凝土砌块与条板等。
4.6建筑固体废物。建构筑物无论是在新建还是解体拆除中,都会产生大量的含有混凝土、木材、金属、塑料等成分的建筑副产品———固体废物,建筑废物所占工业废物的比例高达40%左右。一方面传统建筑材料能耗大、污染高;另一方面,建筑材料的大量废弃,严重制约着建材的可持续发展。考虑在其终端予以处理,完善生命周期评价LCA(LifeCycle Analysis)过程,对于建筑固体废物的再生循环途径见图1[11]。
图1只是建筑固体废物处置的示意图,在实际操作过程中还存在着诸多问题,如分拣这一关键步骤,涉及材料设计的问题,在本质上仍与城市生活垃圾(涵盖建筑垃圾)的回收再生面临着同样的问题。
综上所述,各类工业废渣如粉煤灰、煤矸石、矿渣、炉渣、页岩等废弃物均可作为基料,制造空心砖、实心砖、砌块等产品以取代黏土砖,或采取不同的处理方式制造生态水泥。这两种方式可以大量消耗固体废物,且技术易于掌握,造价较低,有利于大规模推广应用。当然在固体废物的处置上增加技术含量、提高产品价值,提高性能是发展的重要方向。
5资源化新技术—废弃物复合材料[12]
5.1聚合物基废弃物复合材料
把废砂、尾矿、炉渣、粉煤灰、玻璃纤维下脚料等经过定的 粒度、粒形和表而活化处理后作为增强材料，把废旧农膜、食品 袋、编织袋、旧轮胎、生胶等经过定的工艺处理后作为基体材 料，配以适当的添加剂，通过特殊的界而处理和复合工艺叫形成 以球一球、球一纤维堆砌体系为基础的复合材料。小同的废弃 物，采用小同的配方和工艺，能开发出小同性能的复合材料。这 种材料具有热态叫塑性和冷态叫加工性，叫制成各种产品，在广 泛领域中代木、代钢、代塑和代瓷制品，又囚其原料95%以上都是 最普通的废弃物，所以价格比同类产品要低得多。
另种复合材料是热固性的。长期以来人们一直认为热固 性塑料不可回收，但近几年的研究结果表明，热固性塑料是可以 回收并重新制成复合材料的。
5.2硅酸盐基(陶瓷基)废弃物复合材料
此类材料有好几种。种是将废弃物材料中的活性SiO2,A l203与添加剂中的Ca2+水化结合生成的CSH, CAH, A I (OH) 3溶胶等作为基体，把另一些粒状或纤维状的废弃物包裹在其间，成为一种复合材料。或者是废弃物颗粒表层部分直接参与水化反应，水化产物联结成个网状结构，形成种强度更好的复合材料。另种复合材料，是使几种废弃物混合料中的些氧化物成分在高温下熔融烧结成陶瓷质的玻璃体后作为基体，尚未熔融的硬质物则分散其中作为增强材料。
5.3金属基废弃物复合材料
以废弃易拉罐、牙膏皮、铝合金刑材边角料等作为基体，以碎玻璃、玻璃纤维下脚料等作为增强材料，制成的高强度复合材料兼有韧性和高硬度，使丙生资源价值信增。调整配方和工艺，叫制成小同性能的复合材料，做成适用各种领域的各种制品。
综上所述，废弃物复合材料所采用的原料95%以上是各种固体废弃物，其成本要比通过采、选、冶得到的次资源低得多，既解决了废弃物环境污染问题，又节约了各种宝贵的次资源，具有明显的环境、社会、经济三大效益，是少有的具备环境协调性的材料。 6资源化新思路—仿生群乐体[12]
10多年前，国际上出现了无废生产的概念，认为建立无废生产工艺是可行的。目前无废生产工艺仅限于单个生产工艺，而对于全社会各行各业仍有极大局限性。
自然界的各种生物种群结合在起，组成了个个生物群落。生物体方而从动植物的腐解物和排泄物中吸取营养，另方而又以自身成长或其他方式返回给动植物，它们既消费又生产。生物群落的生存发展，主要靠其良好的内循环和自净系统，这为建立固体废弃物资源化仿生群乐体展示了理想前景。
我们可以仿效自然界中生物种群间相生相克的原理，把各种“生产一消费一固废利用”通过优化选择，组合成一个个相互制约的仿生群体系统，即人类自觉的环境综合治理体系，以期快速、经济地解决环境问题。 7结束语
目前，国外在固体废弃物资源化方而已有不少成功经验，但我们不可完全照搬，因为这里涉及很多因素，如各国固体废弃物组成成分、资源需求情况、再生与初始原料价格比等有差异。我们必须从国情出发，加强各级环境管理部门领导班子建设，制定切实可行的政策，加强宣传工作，切实执行“三同时”方针，增加投入，加强科研工作，针对我国固体废弃物特点，立足于综合利用，提高利用率，坚持普及推广，借鉴国外先进技术，开发有自己特色的固体废弃物资源化新工艺。
参考文献：
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