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典型固體廢物資源循環利用實例及發展方向 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-08-19 11:02:19 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)固體廢物資源循環利用礦物學實質是利用傳統的礦物學理論解決固體廢物處理和資源化問題。2011年我國排放居前十位的固體廢物依次為尾礦、建筑廢物、農作物秸稈、煤矸石、粉煤灰、冶煉渣、工業生物質廢物、工業副產石膏、生活垃圾、赤泥;應用較好的前十位固體廢物見表1,部分可能利用起來的固體廢物為廢舊紡織品、建筑廢物、赤泥、工業生物質廢物。
一、尾礦現狀與利用方向
我國開采出來的礦石80%以上都變成了尾礦,累積堆存120億t以上,其中以鐵尾礦居首,其次是銅尾礦、黃金尾礦以及有色和稀貴金屬尾礦。2012年全國利用尾礦總量約為2.3億t,綜合利用率為17%,全國尾礦綜合利用產值超過500億元。從尾礦中回收有價組分約占尾礦利用總量的3%,資源回收量達800萬t,生產建筑材料約占尾礦利用總量的43%,充填礦山采空區約占尾礦利用總量的53%。
尾礦礦物學應從資源化、綜合利用和生產高附加值材料出發,針對在礦產開采、選礦及加工過程中產生的危害環境的各種尾礦(如脈石、尾渣等),研究尾礦的化學成分、礦物組成與物化特性;研究尾礦各物質與組分的綜合利用途徑和評價指標;研究大量使用和消耗尾礦的基礎科學問題、工藝原理;研究低成本、低能耗、無污染、低尾排放、生產高附加值產品的途徑與技術。
二、尾礦循環利用實例及發展方向
2.1 煤矸石
煤矸石約占煤炭產量的15%左右。煤矸石為多種礦巖的混合體,其基質大都由黏土礦物組成,夾雜著數量不等的碎屑礦物和炭質。煤矸石富含C、H、N、S、O等有機質可燃組分(可燃性),同時又以黏土礦物、石英、長石為主要物相。
煤矸石產生大量的酸性水或攜帶重金屬離子的水,下滲損害地下水質,外流導致地表水的污染。近1/3的煤矸石由于黃鐵礦和含碳物質的存在發生自燃,產生有害氣體。
煤矸石循環利用發展方向:擴大煤矸石制磚、水泥等新型建材和筑基鋪路的利用規模;探索煤矸石生產增白和超細高嶺土膨潤土、聚合氧化鋁、陶粒、無機復合肥、特種硅鋁鐵合金等高附加值利用途徑。
2.2 粉煤灰
粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物,其礦物組成的波動范圍較大。一般晶體礦物為石英、莫來石、磁鐵礦、氧化鎂、生石灰及無水石膏等,非晶物相為玻璃體、無定型和次生褐鐵礦,其中玻璃體質量分數占50%以上。
粉煤灰循環利用發展方向:推廣粉煤灰分選和粉磨等精細加工提高附加值,開發大摻量粉煤灰混凝土技術,提升粉煤灰加氣混凝土及其制品、陶粒等利廢建材,大幅提高利用量和利用比例。有序推進高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術及其配套項目建設。推動煤電基地將粉煤灰用于煤礦井下防治煤自燃和水患安全工程,鼓勵粉煤灰復墾回填造地和生態利用。
2.3 工業副產石膏
工業副產石膏主要來源于磷化工生產所排放的磷石膏、煙氣脫硫產生的脫硫石膏、海鹽生產形成的鹽石膏、生產氫氟酸產生的氟石膏和發酵法制檸檬酸所產生的檸檬酸石膏等。
磷石膏顏色呈灰色或微黃色,pH 值為2~4,化學成分比較復雜,含有殘留有機磷、無機磷、氟及其他物質。脫硫石膏的品位較高,但化學成分波動較大,并含有少量的亞硫酸鈣(CaSO3·2H2O)。氟石膏中的有害成分主要是氟,含量一般在0.6%~3.0%,其中可溶性氟含量僅為0.02%~0.09%,其他以穩定的CaF2形式存。
由于氟石膏是一種無水石膏,水化反應很慢,在水中溶解速度較二水石膏慢,若不經改性處理直接摻入水泥作緩凝劑,會使水泥產生“假凝”現象。
不同的脫硫技術,如石灰石膏法、循環流化床法、氨法脫硫,其工業副產品對應為脫硫石膏、固硫灰渣、硫酸銨晶體。固硫灰渣化學組成由CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、SO3等幾種氧化物所組成,其中的CaO、SO3的含量都比較高。礦物相主要以CaCO3、f-CaO、Ⅱ-CaSO4、α-SiO2等礦物為主。從資源再生利用的角度,循環流態化床法沒有優勢,吸收1tSO2約產生12.5t的固硫灰渣,是石灰石膏法的5倍,且渣物相成分復雜,難于利用。
工業副產石膏循環利用的方向主要包括:大力推進大摻量工業副產石膏技術產業化,推廣脫硫石膏、磷石膏用作水泥緩凝劑以及生產紙面石膏板、石膏砌塊、石膏商品砂漿等新型建筑材料。利用工業副產石膏開發混凝土復合材料,推進磷石膏制硫酸聯產水泥、磷石膏制硫銨碳酸鈣等先進技術產業化。推動工業副產石膏制備高強石膏、石膏晶須及相關產品的研發和應用。積極探索農業領域應用,加快工業副產石膏改良鹽堿地技術研究。
2.4 電子垃圾
電子廢物資源化主要研究電子廢物(如各種電子元器件、電視、冰箱、洗衣機、電腦、手機等)的拆解、分選、回收等處理工藝、設備及資源化利用技術,如針對電子廢棄物中顯示器、線路板等的破碎、分離、分選研究金屬混合物的識別(尤其是貴金屬)、收集和提純技術。結合地區和城市產業的特點,重點研究電子廢棄物中有害成分對環境及人體危害的評價方法以及環境友好性評價,如廢棄顯示器玻璃環境毒性評價;研究LCD屏分離技術與貴重金屬綠色回收的基礎科學問題及關鍵技術等。重點“塑性材料高效粉化技術”、“有害物質的等離子體高溫熔融技術”、“貴金屬復合提取技術”等技術開發,最大限度地實現電子廢棄物的循環利用。
對特色電子廢物短流程高效回收與循環利用應當關注稀土永磁二次資源綜合利用關鍵技術、稀土發光二次資源綜合利用關鍵技術、太陽能板回收利用關鍵技術、廢舊銅資源短流程直接再生利用關鍵技術、廢舊二次電池直接還原熔煉-金屬資源循環利用技術研究等。
2.5 建筑垃圾
建筑垃圾是下一個潛在可利用的固廢資源,每年排放8億t以上。建筑垃圾的資源化利用應著重從礦物學和材料學的角度研究其粒料的力學、顆粒學特性;用作低檔路面基材加工方式;紅磚的活性、膠凝性。建筑垃圾經過分選、粉碎、篩分成粗細骨料,代替天然骨料配制混凝土、建筑用磚和道路基材建筑垃圾直接制成粗、細骨料和土,來替代部分天然砂石,制造混凝土、再生磚和古建磚研究。建筑垃圾構件也可加工成再生材料構件,這與建筑的設計、拆除方式和回用標準等有關。
三、固體廢棄物利用的研究方向和技術要點
(1)工業固體廢物資源化急需聯合攻關解決一批共性和關鍵問題,針對我國特色低品位礦、難處理礦產資源,以及非傳統二次資源,研發多金屬高選擇分離、稀散/稀貴金屬提取、伴生非金屬資源利用、產業鏈接循環利用等關鍵技術,提高資源綜合利用效率與環境安全水平,實現難轉化、難分離礦、低品位礦,多金屬/非金屬共伴生礦,冶金尾礦、冶金渣、粉煤灰、煤矸石等大宗工業廢物的高效清潔利用。
(2)中低端非金屬礦資源的提質、降雜、精制、轉型,提高其高端性能和品質,瞄準特殊需求領域如深度脫除NOx\COx\SO2\霧霾,航天分子篩空間站環控生保材料、促進變壓吸附制氧和O2/CO2循環燃燒技術材料的發展;以優勢非金屬礦資源綜合利用技術開發室內甲醛吸附捕捉與降解的技術,室內外降塵非金屬材料開發等。
(3)積極開展工業固體廢物資源循環利用技術與產品的經濟與環境安全評價,為工業固體廢物資源循環利用提供評判標準。
(4)選擇具有標志性固體廢物(如大宗工業固廢)和廣泛應用的先進適用技術(如生物冶金),以區域布局方式在重點行業如有色金屬、電子、建材等龍頭企業帶動示范,形成固體廢物回收-利用-循環產業集群,加快提升工業固體廢物資源化的跨行業集成;綜合使用經濟扶持政策促進固體資源化新型產業的現代化。
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