典型固体废物的处理与利用高炉渣、钢渣和赤泥工业废物的利用(行业一类)
冶金与化工典型固体废物的处理与利用
第九章冶金与化工典型固体废物的处理与利用第一节高炉渣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：①原材料省，②耗能低。
③综合利用产品的品种多，可满足多方面的需要。
④综合利用的产品数量大，可满足市场的部分需要。
⑤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。
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。
一、高炉渣的分类高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。
在高炉冶炼生铁时，从高炉加入的原料，除了铁矿石和燃料(焦炭)外，还要加入助熔剂。
当炉温达到1400-1600℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。
高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。
从化学成分来看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料。
每生产1t生铁，高炉矿渣的排放量随着矿石品位和冶炼方法不同而变化。
例如采用贫铁矿炼铁时，每吨生铁产出1．0-1．2t高炉渣；用富铁矿炼铁时，每t生铁只产出0．25t高炉渣。
由于近代选矿和炼铁技术的提高，每吨生铁产出的高炉矿渣量已经大大下降。
由于炼铁原料品种和成分的变化以及操作工艺因素的影响，矿渣的组成和性质也不同。
按照冶炼生铁的品种，高炉矿渣可分为铸造生铁矿渣、炼钢生铁矿渣和特种生铁矿渣。
按照高炉矿渣化学成分中的碱性氧化物的多少．高炉矿渣又可分为碱性矿渣、中性矿渣和酸性矿渣。
二、高炉矿渣的化学成分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。
我国主要工业固体废弃物利用方式
我国主要工业固体废弃物利用方式
随着工业生产的发展，工业废物数量日益增加。
尤其是冶金、火力发电等工业排放量最大。
工业废物数量庞大，种类繁多，成分复杂，处理相当困难。
如今只是有限的几种工业废物得到利用，如美国、瑞典等国利用了钢铁渣，日本、丹麦等国利用了粉煤灰和煤渣。
其他工业废物仍以消极堆存为主，部分有害的工业固体废物采用填埋、焚烧、化学转化、微生物处理等方法进行处置；有的投入海洋。
工业固体废物分为两类，一般工业固体废物和危险固体废物。
工业废物消极堆存不仅占用大量土地，造成人力物力的浪费，而且许多工业废渣含有易溶于水的物质，通过淋溶污染土壤和水体。
粉状的工业废物，随风飞扬，污染大气，有的还散发臭气和毒气。
有的废物甚至淤塞河道，污染水系，影响生物生长，危害人体健康。
目前，我国工业固体废弃物主要包括高炉渣、钢渣、尾矿、赤泥、粉煤灰和炉渣、煤矸石、磷石膏、电石渣等。
下表总结了目前我国主要固体废弃物的处置方法。
冶金工业固体废物处理与利用
列出危险废物的种类、识别标志及相应的管理要求。
《关于进一步加强冶金工业固体废物处理与利用的意见》
提出加强冶金工业固体废物处理与利用的目标、任务、政策措施等。
行业标准规范介绍
《冶金工业固体废物处理与利用技术规范》
规定冶金工业固体废物的收集、运输、贮存、处理、处置及利用等技术要求。
品。
混凝土制备
将冶金固体废物作为骨料或掺合 料，制备混凝土，用于建筑和土
木工程。
砖瓦制造
利用冶金固体废物生产砖瓦等建 筑材料，替代部分黏土资源。
用于农业领域
土壤改良剂
01
将冶金固体废物加工成土壤改良剂，提高土壤肥力和改善土壤
结构。
肥料生产
02
利用冶金固体废物中的有益元素生产肥料，为农作物提供必要
的养分。
稀土尾矿是稀土元素提取后的废弃物，含有一定量的稀土元素和其他有价金属。通过浮选 、重选等选矿方法，可实现稀土元素的进一步回收。同时，尾矿可用于生产陶瓷、玻璃等 建材。
稀土冶炼渣处理与利用
稀土冶炼渣是稀土元素提取过程中的废弃物，含有较高的稀土元素和其他金属元素。通过 酸浸、萃取等工艺，可实现稀土元素的回收。同时，冶炼渣可用于生产水泥、砖等建材。
废水处理污泥处理与利用
稀土元素提取过程中产生的废水经处理后会产生大量污泥。这些污泥含有一定量的稀土元 素和其他金属元素。通过压滤、干燥等工序，污泥可用于生产肥料或作为其他工业原料使 用。
05 政策法规及标准规范解读
国家政策法规要求
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》
明确固体废物污染环境防治的监督管理、污染防治措施、危险废物管理、法律责任等方面的规定 。
酸碱浸出
10 冶金与化工典型固体废物的处理与利用
第十章冶金与化工典型固体废物的处理与利用第一节高炉渣高炉渣是高炉炼铁时矿石中的脉石、燃料中的灰分和助熔剂（石灰石）等炉料中的非挥发组分形成的废弃物。
高炉渣是冶金工业中数量最多的一种渣，目前我国每年排出量已达2000多万吨（按照我国当前高炉的冶炼水平，一吨铁平均排出700千克渣），发达国家渣铁比比较低，一般为0.27-0.23，。
高炉渣产率与矿石品位有关。
一.成分高炉渣中含有15种以上化学成分，其中占95%的是以下四种：SiO2（30-40%）、 Al2O3 （10%）来自脉石和焦碳的灰分，CaO（40%）、MgO（10%）主要来自熔剂。
高炉渣中含有许多氧化物，把碱性氧化物的重量百分数与酸性氧化物的重量百分数之比叫碱度（Mo），通常用下式表示：Mo=（CaO%+MgO%）/（ SiO2%+ Al2O3%）分子上两个为碱性氧化物，分母上两个为酸性氧化物。
当MgO与含量在炼铁过程中变化不大时：Mo=CaO% / SiO2%二.分类1.按碱度：分为酸性高炉渣（Mo<1）、中性高炉渣（ Mo=1 ）、碱性高炉渣（ Mo>1 ）。
2.按冶炼出的铁的品种：分为铸造生铁渣，其CaO含量高，温度较高；炼钢生铁渣，其温度比铸造生铁渣低；特种生铁渣，是用含其他金属的铁矿石炼铁排出的炉渣。
3.按高温炉渣的处理方法：a.水渣（水淬渣）：是高炉熔渣在大量冷却水的作用下形成的海绵状浮石类物质。
急冷过程中，大部分化合物以玻璃态保留，少数为晶体，活性最好。
b.重矿渣：缓慢冷却形成，晶体结构较好，活性低。
c.膨珠：受半急冷作用，玻璃体达95%。
三.利用1.水渣：用于生产水泥、混凝土∙矿渣硅酸盐水泥：水泥熟料+30-70%水渣+3-5%石膏混合磨碎。
∙矿渣混凝土：水渣+激发剂（水泥熟料、石灰、石膏）+骨料+水拌和。
2.重矿渣：作骨料和路材用重矿渣制成的混凝土具有良好的保温隔热和抗渗性能。
3.膨珠：作骨料配制混凝土膨珠作粗细骨料+水泥+粉煤灰，制成的混凝土强度好、容重轻、保温性能好、弹性好、成本低、可以作内强板、楼板等。
典型固体废物的处理与利用高炉渣、钢渣和赤泥工业废物的利用
(3)重矿渣 重矿渣是高温熔渣在空气中自然冷却或淋少量水慢速 冷却而形成的致密块渣。 重矿渣的物理性质与天然碎石相近，其块渣容重大多 在1900kg/m3以上，其抗压强度、稳定性、耐磨性、抗冻 性、抗冲击能力（韧性）均符合工程要求，可以代替碎石 用于各种建筑工程中。
五、高炉渣的资源化途径 高炉渣80%冲成水淬矿渣。
钢渣的资源化
钢渣是炼钢过程排出的废渣。钢渣是炼钢过程中的必然 副产物，其排出量约为粗钢产量的15%～20%。 一、钢渣的分类
平炉渣：初期渣、精炼渣、出钢渣和浇钢余渣 按炼钢所用炉型 转炉渣：
电炉渣：氧化渣和还原渣
按熔渣性质
碱性渣： 酸性渣
低碱度钢渣（R<1.8） 按碱度（R） 中碱度钢渣（R=1.8～2.5）
（1）密度 由于钢渣含铁较高，因此比高炉渣密度高，一般在3.1～ 3.6g/cm3。
（2）容重 钢渣容重不仅受其密度影响，还与粒度有关。通过80目标准筛 的渣粉，平炉渣为2.17～2.20g/cm3，电炉渣为1.62 g/cm3左右，转炉渣为1.74 g/cm3左右。
（3）易磨性 由于钢渣致密，因此较耐磨。易磨指数：标准砂为1，钢渣 为0.96，而高炉渣仅为0.7，钢渣比高炉渣要耐磨。
炼钢厂
宝钢 马钢 上钢 邯钢
表 我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分，%
CaO
MgO
SiO2
A12O3
FeO
Fe2O3
MnO
P2O5
40～49 45～50 45～51 42～54
4～7 4～5 5～12 3～8
13～17 10～11 8～10 12～20
1～3 1～4 0.6～1 2～6
11～22 10～18 5～20 4～18
第9章 冶金与化工典型固体废物的处理与利用
铬
干式还原处理（煤粉还原焙烧法）
渣
解 毒
煤炭 筛选
硫酸亚铁
硫酸 水
及 综
铬渣 破碎、筛选
混合
700~800 ℃
培烧
水猝
合
利
无毒渣
用
铬渣干法还原工艺流程
铬 湿式还原处理
渣
利用碳酸钠溶液处理经过湿磨过筛(100目)后的铬渣，使其
解
中酸溶性铬酸钙与铬铝酸钙转化为水溶性铬酸钠而被浸出，由浸
毒
出液中可以回收铬酸钠产品。余渣再用硫化钠溶液处理，Cr6+可
高
高炉渣水淬处理 高炉重矿渣碎石 膨珠生产工艺
工艺
工艺
炉
➢渣池水淬 节水， ➢热泼法 炉前热泼 水量少，环境污染
渣
艺产生渣棉和H2S， （国外薄层多层热泼）小，可抑制H2S气体
的 淘汰
及渣场热泼法
的产生；比热泼法
综
➢炉前水淬 分为为 ➢渣场堆存开采法 炉前渣池式、水利 成本低
占地面积小，处理 效率高；投资省，
电炉渣——氧化渣、还原渣； 平炉渣——初期渣、后期渣
碱性渣/酸性渣
化学及矿物组成
钢
钢渣的化学成分主要为铁、钙、硅、镁、
渣
铝、锰、磷等元素的氧化物，其中钙、铁、 硅的氧化物占绝大部分。 钢渣呈黑色，
的
外观像水泥熟料，其中夹带部分铁粒，硬度
综
较大，密度为1.7~2t/m3，其成分组成基本
合 利
稳定。钢渣的主要矿物组成为橄榄石 (2FeO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)硅酸 三钙(3CaO·SiO2)、铁酸二钙
As、Ni、Sb、Hg等金属。含砷较高的含铁废渣为砷铁渣。
典型固体废物的处理与利用高炉渣、钢渣和赤泥工业废物的利用共56页文档
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16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
典型固体废物的处理与利用高炉渣、钢 渣和赤泥工业废物的利用
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
中国工业固体废物产量、工业固体废物综合利用量及利用率分析
中国工业固体废物产量、工业固体废物综合利用量及利用率分析一、概况工业固体废物是指在工业生产活动中产生的固体废物。
固体废物的一类，简称工业废物，是工业生产过程中排入环境的各种废渣、粉尘及其他废物。
可分为一般工业废物（如高炉渣、钢渣、赤泥、有色金属渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、废石膏、脱硫灰、电石渣、盐泥等）和工业有害固体废物，即危险固体废物。
通过原料回收、加工再用、转化利用、废物交换等方式,从工业固体废物中提取或使其转化为可利用的资源、能源和其他原材料的活动。
如回收金属、再生建材或农业肥料、再生筑路材料等。
经过多年的努力，我国工业固体废物资源的综合利用已经取得一定的成绩，废物资源利用量在逐年增加，废物资源利用技术水平也在不断提高，工业固体废物综合利用产生的经济效益、社会效益、环境效益逐年凸显出来，为我国工业经济发展方式的转变做出了贡献。
二、工业固体废物利用现状分析《2021-2027年中国工业固体废物综合利用行业市场全景调查及投资潜力研究报告》数据显示：工业是一个国家的经济支柱，是支撑一个国家经济发展的主体，但工业发展所带来的大量固体废物也对人类居住的环境造成了巨大危害，同时工业生产所消耗的自然资源量也大。
2019年中国工业固体废物产量为354268万吨，同比增长1.7%。
为了减少工业废物对生态环境的破坏，节约资源，从上世纪80年代开始，我国就对工业固体废物的综合利用给予了高度重视，到目前为止，我国的工业固体废物资源综合利用取得了一定的成绩，但与发达国家之间相比还存在一定的差距，需要科研技术人员与企业单位的共同努力，以提高固体废物的综合利用水平。
2019年中国工业固体废物综合利用量为194935万吨，工业固体废物综合利用率为55.02%。
三、工业固体废物资源综合利用存在的问题及技术趋势分析尽管我国工业固体废物资源综合利用已经取得了上述不错的成绩，但与发达国家相比还是存在较大差距的，就国内而言，工业固体废物资源的综合利用还是存在很多问题。
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按高炉渣的碱性率 （以Mo表示）
碱性矿渣：碱性率Mo>1的矿渣 中性矿渣，碱性率Mo=1的矿渣； 酸性矿渣，碱性率Mo<1的矿渣
碱性率 M O
CaO MgO SiO2 Al 2O3
我国高炉渣大部分接近中性矿渣（Mo=0.99～1.08），高碱性及酸性高
炉渣数量较少。
讲课材料
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二、高炉矿渣的化学组成
膨珠：高炉熔渣在半急冷作用并通过成珠设备击 碎、抛甩到空气中，再受空气冷却形成的矿渣。
1400～1600℃高温的熔融体 渣罐
接渣槽
高压水管 流渣槽
滚筒种类
铸造生铁矿渣：冶炼铸造生铁时排出的矿渣
炼钢生铁矿渣：冶炼供炼钢用生铁时排出的矿渣 特种生铁矿渣：用含有其他金属的铁矿石熔炼 生铁时排出的矿渣。
高炉渣属于硅酸盐材料，它的组成与天然岩石和硅酸盐水泥相似， 下表所示为我国大部分钢铁厂高炉渣的化学成分与天然岩石和硅酸盐水 泥化学成分比较。
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名称 普通渣 高钛渣 锰铁渣 含氟渣
硅酸盐 水泥
花岗岩 玄武岩
我国高炉渣与天然岩石、硅酸盐水泥化学成分比较（质量%）
CaO SiO2 Al2 O3
38～ 26～ 6～
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三、高炉渣的矿物组成
高炉渣中的各种氧化物成分以各种形式的硅酸盐矿物形 式存在。
碱性高炉渣主要矿物：钙铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2） 、钙镁黄长石（2CaO·MgO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2 ） 以 及 假 硅 灰 石 （ CaO·SiO2）、 钙 长 石 （ CaO·Al2O3·2SiO2 ）、 钙 镁 橄 榄 石 （ CaO·MgO·SiO2）、 镁 蔷 薇 辉 石 （ 3CaO·MgO·2SiO2）以及镁方柱石（2CaO·MgO·2SiO2）等。
一、水渣 水渣具有潜在的水硬胶凝性能，是优良的水泥原
料。因此，它主要用来生产水泥和矿渣砖、瓦等。
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（1）生产水泥：我国约有3/4的水泥中掺有粒状高炉渣。 目前我国利用高炉渣生产的水泥
矿渣硅酸盐水泥：水泥熟料+ 20%～70%高炉水渣+ 3%～5% 石膏 普通硅酸盐水泥：水泥熟料+ 不超过15%高炉水渣+ 3%～5% 石膏 石膏矿渣水泥：少量水泥熟料+ 80%高炉水渣+ 15% 石膏 钢渣矿渣水泥：45%左右的钢渣+40%的高炉水渣+适量的石膏
含硅原料 含铁原料
粘土 石灰石
水渣
烘干机
粉磨机
渣粉
混合磨
矿渣硅酸盐水泥
粉碎机
煅烧窑
熟料
粉磨机
硅酸盐水泥
石膏
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（2）生产矿渣砖
水渣、石灰 搅拌
轮碾
成型
蒸养
矿渣砖
一般要求石灰中
氧化钙含量在 60%以上，氧化 镁应少于10%。
矿渣砖具有良好的物理力学性能，但容重较大，一般为 2120～2160kg/ m3。适用于上下水或水中建筑，不适用于 高于250℃的环境中使用。
讲课材料
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四、高炉渣的性质
（1）水淬渣
急冷过程中，熔渣的绝大部分化合物来不及形成稳定化合物，
而以玻璃体状态将热能转化成化学能封存其内，从而构成了潜在的
化学活性。常用来生产水泥。
用水淬渣活性率（Mc）
Mc
Al2O3 SiO2
水淬渣的化学活性表示
Mc>0.25为活性矿渣 Mc<0.25为低活性矿渣
水淬渣质量系数（k）
高炉渣含有15种以上化学成分， 但主要是CaO、MgO、Al2O3、 SiO2四种，它们约占高炉渣总重量的95%。
CaO和MgO主要来自助熔剂，SiO2和Al2O3主要来自铁精矿中的脉 石和焦炭中的灰分。
由于铁精矿品位及冶炼生铁的种类不同，高炉渣的化学成分波动较 大 。 一 般 ， 生 产 过 程 主 要 控 制 分 析 SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、 MnO、S七项指标，对一些特殊的高炉渣还需分析TiO2、V2O5、Na2O、 BaO、P2O5、Cr2O3、Ni2O3等。在冶炼炉料固定和冶炼正常时，高炉渣 的化学成分变化不大，对综合利用有利。
典型工业固体废物的处理与利用
铁矿石+焦碳+石灰石
高炉渣
高炉烟气
炼铁高炉
铁水
熔融炉渣
冷却
生铁 高炉渣
采用贫铁矿炼铁时，每吨生铁产出1.0～1.2t高炉矿渣； 用富铁矿炼铁时，每吨生铁只产出0.25t高炉矿渣。
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一、高炉渣的组成和性质
1.高炉渣的分类
水渣：高炉熔渣在大量冷却水作用下形成的海 绵状浮石类物质。 按冷却方式的不同 重矿渣：高炉熔渣经慢冷作用形成的类石料矿渣。
k
CaO MgO Al2O3 SiO2 MnO
k>1.9为高活性矿渣
k=1.6～1.9是中活性矿渣
k <1.6为低活讲性课材矿料渣。
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（2）膨胀矿渣珠
膨珠系半急冷作用形成。除孔洞外，其它部分是玻璃体。 孔洞：孔径大的350～400μm，小的80～100μm。隔热、保 温、质轻、吸水率低、抗压强度和弹性模量高等优点，因而 是一种很好的建筑用轻骨料，也可作为防火隔热材料。 玻璃体：膨珠呈现由灰白到黑的颜色，颜色越浅，玻璃体 含量越高，灰白色膨珠，玻璃体含量达95%。生产水泥的原 料。
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二、膨胀矿渣
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(3)重矿渣 重矿渣是高温熔渣在空气中自然冷却或淋少量水慢速 冷却而形成的致密块渣。 重矿渣的物理性质与天然碎石相近，其块渣容重大多 在1900kg/m3以上，其抗压强度、稳定性、耐磨性、抗冻 性、抗冲击能力（韧性）均符合工程要求，可以代替碎石 用于各种建筑工程中。
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五、高炉渣的资源化途径 高炉渣80%冲成水淬矿渣。
49
42
17
Mg MnO FeO TiO2 O
1～ 0.1～ 0.07～
13
1
0.89
23～ 20～ 9～ 2～ <1
46
35
15
10
20～ 29
28～ 21～ 11～ 2～ 5～ 0.05～
47 37 24
8
23
0.31
35～ 22～ 6～8 3～ 0.1～ 0.07～
45 29
7.8 0.8
0.08
V2O5
0.1～ 0.6
64.2 22 5.5 1.40 1.5
1.34 0.30
S
0.2～ 1.5 <1
0.3～ 3 含
F7～ 8
2.15 69.92 14.78 0.97 0.13
1.67
0.39
含
P2O50.24
8.91 48.78 15.85 6.05 0.29
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6.34
1.39
含 P2O50.47