赤泥基堿激發(fā)膠凝材料的制備及機(jī)理研究

　　摘要：系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外對(duì)赤泥基膠凝材料的研究成果，分析了赤泥種類(lèi)、摻合料和激發(fā)活化措施對(duì)赤泥基堿激發(fā)膠凝材料力學(xué)性能的影響。研究表明燒結(jié)法赤泥活性較高，受熱活化和水玻璃激發(fā)效果較為顯著，抗壓強(qiáng)度普遍高于25 MPa；拜爾法赤泥較則難以被激發(fā)，而目前90%的鋁業(yè)公司使用拜耳法生產(chǎn)Al2O3。結(jié)合已有研究，利用工業(yè)固體廢棄物脫硫石油焦渣激發(fā)拜耳法赤泥，確定了赤泥基激發(fā)膠凝材料的基本配合比，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.6 MPa。利用XRD進(jìn)行的微觀(guān)分析發(fā)現(xiàn)，赤泥中的鋁硅酸鹽礦物可以在堿性激發(fā)劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過(guò)溶解-聚合反應(yīng)生成聚合物凝膠是赤泥受激發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)度的主要原因。研究將赤泥用于制備膠凝材料，可以實(shí)現(xiàn)赤泥大規(guī)模、高附加值的資源化再生利用?！　￡P(guān)鍵詞：赤泥；堿激發(fā)；活化；脫硫石油焦渣　　0引言　　在氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的紅色泥狀殘?jiān)Q(chēng)為赤泥。組成和性質(zhì)復(fù)雜，隨鋁土礦成分、生產(chǎn)工藝及陳化程度有所變化。每生產(chǎn)1 t氧化鋁產(chǎn)生1.0~2.0 t赤泥。近年來(lái)，赤泥累計(jì)庫(kù)存量已超過(guò)40億t，并且每年繼續(xù)增長(zhǎng)1.2億t；國(guó)內(nèi)赤泥庫(kù)存已達(dá)3.5億t，而赤泥資源利用率不到15%。目前，赤泥尚無(wú)合適的利用方式，多以外排為主。其他國(guó)家多以排海為主，但排海赤泥對(duì)海洋污染嚴(yán)重，影響海洋生態(tài)環(huán)境長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)；而中國(guó)因?yàn)榈乩碓?，多以堆存為主。赤泥的堆存一般分為濕法和干法，其中以干法為主。無(wú)論是哪種堆存方式，都存在潛在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，例如赤泥脫水風(fēng)化后造成粉塵污染；赤泥堿性高，侵蝕建筑物和土壤；赤泥含有重金屬元素，可污染水體；赤泥含有放射性物質(zhì)和有毒物質(zhì)，危害人類(lèi)和動(dòng)物的生存發(fā)展。而現(xiàn)有的赤泥利用技術(shù)利用率較低，存在諸多不足。例如從赤泥中回收有效組分回收過(guò)程復(fù)雜，成本和能量消耗巨大，產(chǎn)品附加值較低。赤泥可用于生產(chǎn)建筑材料，但目前僅能利用制備低品質(zhì)，低附加值的產(chǎn)品。赤泥作為環(huán)境修復(fù)材料的應(yīng)用，工藝簡(jiǎn)單，成本低，但是存在引入新污染的風(fēng)險(xiǎn)，并且在施用后難以再循環(huán)。因此，對(duì)赤泥的高效利用已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)，而建材產(chǎn)品用量巨大，若將赤泥用于制備建筑材料，可以實(shí)現(xiàn)赤泥大規(guī)模、高附加值的資源化再生利用?！　?赤泥的構(gòu)成　　1.1赤泥的化學(xué)組成　　赤泥主要根據(jù)氧化鋁的不同生產(chǎn)工藝分為拜耳法赤泥和燒結(jié)法赤泥。一些鋁廠(chǎng)產(chǎn)生的赤泥的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1所示?！　谋?中可以看出，赤泥中含有的主要化學(xué)成分是相似的，主要為SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、TiO2、Na2O、K2O、MgO，但各種成分含量不同。燒結(jié)方法的赤泥組成相似，SiO2、Al2O3、CaO含量在60%以上，F(xiàn)e2O3含量在10%左右；拜耳法赤泥成分較為復(fù)雜，成分變化較大，SiO2、Al2O3、CaO含量小于50%，大部分赤泥中Fe2O3含量在30%左右。本研究對(duì)山西朔州鋁業(yè)燒結(jié)法和山東信發(fā)鋁業(yè)拜耳法赤泥進(jìn)行了熒光試驗(yàn)分析。燒結(jié)法赤泥中SiO2、Al2O3、CaO含量在60%以上，拜耳法赤泥中CaO含量較低，F(xiàn)e2O3含量在30%以上，與表1中赤泥相似?！　?.2赤泥的礦物組成　　分別對(duì)拜耳法赤泥（山東信發(fā)鋁業(yè)公司）和燒結(jié)法赤泥（山西朔州朔能鋁業(yè)公司）進(jìn)行X-衍射分析，圖譜如圖1、2?！　∮蓤D1中可以看出，拜耳法赤泥成分復(fù)雜，主要礦物是赤鐵礦，含有少量的鈦礦物、勃姆石、二氧化硅和硅鋁酸鈉水合物。這些礦物質(zhì)基本上沒(méi)有水化活性。拜耳法赤泥不經(jīng)過(guò)煅燒，直接用苛性堿浸出鋁，剩余含硅鋁礦物結(jié)構(gòu)未破壞更不會(huì)在堿性激發(fā)劑中溶解，硅鋁的溶解速率低，活性較低。由圖2中可以看出，燒結(jié)法赤泥的主要礦物是石榴石和鈣霞石，含有少量鈦礦物、坡縷石和無(wú)定形硅鋁酸鹽水合物。大量石榴石和鈣霞石主要用作骨架支撐，而無(wú)定形硅鋁酸鹽水合物則起膠結(jié)和填充作用。其中鈦礦物呈現(xiàn)惰性，可以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。燒結(jié)法的赤泥在高溫下煅燒，硅鋁和鈣離子易溶解形成CaO-Al2O3-SiO2三元體系，活性較高?！　【C上所述，燒結(jié)法赤泥活性較好，拜耳法赤泥活性較差。然而，超過(guò)90%的鋁業(yè)公司目前使用拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁，且拜耳法赤泥更難處理，因此，對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行活化處理和資源化再生利用成為亟待解決的技術(shù)難題?！　?赤泥基堿激發(fā)膠凝材料制備研究　　堿激發(fā)材料是新開(kāi)發(fā)的基于鋁、硅、鈣質(zhì)礦物或廢棄物為原料，以堿金屬或堿土金屬鹽為激發(fā)劑，經(jīng)歷溶解-再聚合過(guò)程凝結(jié)硬化，綠色、低碳的膠凝材料。近幾年一些學(xué)者擴(kuò)展了激發(fā)劑的選擇，除堿性激發(fā)劑如水玻璃和苛性堿外，還選用磷酸等酸性激發(fā)劑及硫酸鹽、氟化物等鹽類(lèi)激發(fā)劑，促進(jìn)了堿激發(fā)材料的發(fā)展。赤泥含大量的鋁、硅、鈣質(zhì)，可作為堿激發(fā)原料，結(jié)合其他輔助性材料，制備赤泥基堿激發(fā)膠凝材料?！　?.1摻合料　　赤泥中Si/Al比較低，Al不能全部用于聚合反應(yīng)而存于溶液中，所以形成的膠凝材料強(qiáng)度較低。當(dāng)提高Si/Al比后，Al全部進(jìn)入硅鋁框架中，微觀(guān)結(jié)構(gòu)更加致密，膠凝材料強(qiáng)度相對(duì)較高。因此，有必要加入一部分高活性硅鋁原料共同激發(fā)，如礦粉、粉煤灰及偏高嶺土等，可以有效地提高赤泥基膠凝材料的抗壓強(qiáng)度。制備綠色、低碳的赤泥地聚合物，要盡量提高赤泥占膠凝材料總量的比例（≥50%）或摻加其他硅鋁鈣質(zhì)廢料，降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?！　?.2活化方式　　赤泥中硅鋁的溶解速率低，形成的膠凝材料的強(qiáng)度較低?？梢酝ㄟ^(guò)機(jī)械活化改變赤泥的性能，從而提高膠凝材料的強(qiáng)度。赤泥機(jī)械活化一般多選用球磨機(jī)和振動(dòng)磨進(jìn)行機(jī)械研磨，破壞顆粒的表面結(jié)構(gòu)提高顆粒的細(xì)度，但會(huì)增大用水量降低材料早期強(qiáng)度。另外赤泥持水量較高，機(jī)械研磨并不能磨成小顆粒，過(guò)度粉磨會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，易形成黏片狀結(jié)構(gòu)，膠凝材料力學(xué)性能提高幅度不顯著。熱活化通常在500~800℃的高溫下進(jìn)行。在鍛燒條件下，赤泥中穩(wěn)定鋁硅體的結(jié)構(gòu)被破壞，形成亞穩(wěn)硅鋁酸鹽結(jié)構(gòu)，膠凝材料的抗壓強(qiáng)度提高，但煅燒溫度高，成本較高?；瘜W(xué)活化多選用堿性激發(fā)劑激發(fā)，堿性激發(fā)劑使液相中的堿度提高，赤泥中硅鋁礦物在強(qiáng)堿溶液中結(jié)構(gòu)破壞，硅氧鍵與鋁氧鍵破壞溶出硅鋁單質(zhì)，然后形成硅鋁質(zhì)凝膠，最后聚合形成類(lèi)沸石結(jié)構(gòu)。水玻璃是最常用的激發(fā)劑，激發(fā)效果最好，但商品級(jí)的堿硅酸鹽價(jià)格較為昂貴，制備成本提高?！　?.3制備工藝　　赤泥基堿激發(fā)膠凝材料制備過(guò)程如圖3所示。首先將原狀赤泥進(jìn)行烘干、研磨和篩分處理，可以通過(guò)機(jī)械研磨和高溫煅燒對(duì)赤泥進(jìn)行活化處理獲得高活性赤泥粉體。根據(jù)需要，添加硅鋁質(zhì)材料、外加劑或纖維等摻合料改善膠凝材料的性能。選擇合適的激發(fā)劑類(lèi)型和用量，以及最佳的水膠比。最后是成型以及養(yǎng)護(hù)等工序。　　3力學(xué)性能　　目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)赤泥制備堿激發(fā)膠凝材料進(jìn)行研究，如表2所示。　　圖片　　從表2可以看出，可以通過(guò)改變各種原料（赤泥種類(lèi)、激發(fā)劑、摻合料、水的比例）、選擇合適的成型工藝和養(yǎng)護(hù)方法，以改善赤泥基膠凝材料的力學(xué)性能?，F(xiàn)有研究利用燒結(jié)法赤泥激發(fā)制備膠凝材料抗壓強(qiáng)度一般在25 MPa以上，而利用拜爾法赤泥激發(fā)制備得到的膠凝材料抗壓強(qiáng)度較低。摻合料多選用活性較好的礦渣、粉煤灰和硅灰，少部分添加石灰和脫硫石膏提高赤泥粉體的活性。赤泥激發(fā)活化后膠凝材料抗壓強(qiáng)度有所提高，高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)有利于提高膠凝材料的力學(xué)性能?！　?激發(fā)機(jī)理　　在激發(fā)劑的作用下，赤泥中的礦物硅氧鍵和鋁氧鍵被破壞，硅鋁單體溶解；然后單體聚合為低聚物，形成凝膠，最后硅鋁結(jié)構(gòu)聚合形成高聚物硅鋁聚合凝膠。如果赤泥含鈣量較高，如燒結(jié)法赤泥，會(huì)溶解出鈣離子，最后生成C-S-H和C-A-S-H凝膠；拜耳法赤泥含鈣量較少，會(huì)生成N-A-S-H凝膠。圖4為華中科技大學(xué)葉楠博士利用堿熱活化激發(fā)拜爾法赤泥，加入硅灰和水后水化生成膠凝材料的過(guò)程?！　〖尤霘溲趸c，赤泥被堿活化，礦物結(jié)構(gòu)被破壞，硅氧四面體與硅氧四面體分解。部分Fe3+代替了Al3+生成鐵氧混合體；加入水和硅灰后，硅鋁單體在堿環(huán)境下生成低聚合物；硅灰溶出硅氧單體，最后形成穩(wěn)定的N-A-S-H凝膠，游離的Na+被包圍在凝膠中?！　?試驗(yàn)　　本試驗(yàn)選用山東信發(fā)鋁業(yè)公司提供的拜耳法赤泥。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)機(jī)械活化效果不顯著，熱活化消耗能量較高，對(duì)未高溫煅燒拜耳法赤泥進(jìn)行堿激發(fā)效果不理想。因此利用工業(yè)廢棄物脫硫石油焦渣作為主要激發(fā)劑，加入高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料雙重激發(fā)赤泥。通過(guò)正交試驗(yàn)確定赤泥/高貝利特水泥熟料質(zhì)量比為3/1，石油焦渣占粉體總量40%，水膠比為0.4，當(dāng)膠砂比為1∶3時(shí)，制備赤泥基堿激發(fā)膠凝材料，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.6 MPa。　　硫鋁酸鈣是普通硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物，具有良好的早期強(qiáng)度。鋁酸鹽和硫酸鈣是合成硫鋁酸鈣的主要成分。赤泥是一種高堿度的鋁硅酸鹽原料，石油焦渣含大量的氧化鈣和硫酸鈣。赤泥基膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物如圖5。　　由圖5中可以看出，水化產(chǎn)物的主要物相是鈣釩石、赤鐵礦、方解石、硬石膏和硫酸鈣鐵礦物。其中，赤鐵礦來(lái)源于拜耳法赤泥，硬石膏和方解石均來(lái)源于脫硫石油焦渣?！　「哓惱厮嗍炝纤?，溶液的溫度和堿度提高；脫硫石油焦渣中氧化鈣形成氫氧化鈣，消耗大量的水，溶液的pH值升高；赤泥中硅鋁酸鹽礦物解聚并與溶液中Ca2+和SO42-反應(yīng)形成鈣礬石和水合硅酸鈣。石油焦渣含大量的氧化鈣和硫酸鈣可代替石膏和石灰，對(duì)赤泥激發(fā)效果顯著，外加鈣源可以提高膠凝材料強(qiáng)度。水泥熟料水化產(chǎn)生氫氧化鈣有利于赤泥的激發(fā)。大量的消耗赤泥和石油焦渣，增加固體廢棄物的利用。　　硅鋁酸鹽礦物溶解速率低，大部分不參與反應(yīng)，這是地聚合物抗壓強(qiáng)度不足的主要原因。因此，下一步要對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行活化處理增加硅鋁溶出率，添加含硅鋁酸鹽固體廢棄物提高硅鋁含量和硅鋁比，提高膠凝材料的抗壓強(qiáng)度。　　6總結(jié)　?。?）目前的赤泥激發(fā)工藝中，燒結(jié)法赤泥更容易進(jìn)行激發(fā)，熱活化和水玻璃激發(fā)效果顯著，激發(fā)得到的膠凝材料抗壓強(qiáng)度高于25 MPa；由拜爾法赤泥激發(fā)制備的膠凝材料抗壓強(qiáng)度較低，針對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行激發(fā)的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足?！　。?）赤泥/高貝利特水泥熟料質(zhì)量比為3/1，石油焦渣占粉體總量40%，水膠比為0.4，當(dāng)膠砂比為1∶3時(shí)，制備赤泥基堿激發(fā)膠凝材料，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.6 MPa。　?。?）赤泥中硅鋁酸鹽礦物在堿激發(fā)劑作用下，解聚為單體，單體再聚合為聚合物，最后生成C-S-H和C-A-S-H凝膠，是赤泥基堿激發(fā)材料產(chǎn)生強(qiáng)度的主要原因。

高爐礦渣特性對(duì)其活性和立磨生產(chǎn)的影響

　　高爐礦渣是高爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3和MgO，其中含有Ti、S等微量元素，經(jīng)研究，Ti含量的變化會(huì)影響高爐礦渣沖制過(guò)程中泡沫渣的含量。高爐不同的沖渣方式，導(dǎo)致高爐渣在高溫冷卻的速度不同，產(chǎn)生的高爐礦渣的結(jié)構(gòu)也不同。同時(shí)高爐礦渣本身化學(xué)成分的波動(dòng)，對(duì)高爐礦渣的排水、礦渣立磨的煤耗和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量以及礦渣粉的活性有密切的影響?！　?試驗(yàn)　　1.1原料　　我公司高爐產(chǎn)生的高爐礦渣，以及利用該高爐礦渣生產(chǎn)的礦渣粉，化學(xué)成分見(jiàn)表1?！　?.2高爐沖渣和立磨工藝布局　　我公司采用印巴法和明特法沖制高爐礦渣，經(jīng)皮帶運(yùn)輸至高爐礦渣料場(chǎng)，經(jīng)自然堆放和晾曬72h后，作為礦渣立磨原料。礦渣立磨型號(hào)為德國(guó)萊歇生產(chǎn)的LM56.3+3，配套140GJ供熱能力的熱風(fēng)爐?！　?.3試驗(yàn)方法　?。?）采用德國(guó)Bruke D8 Advance型X射線(xiàn)衍射儀分析不同沖渣制度下的高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)?！　。?）使用實(shí)驗(yàn)室小磨，將烘干好的3kg高爐礦渣，粉磨40min后，測(cè)定比表面積，表征高爐礦渣易磨性。　?。?）按照GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中的膠砂強(qiáng)度比法測(cè)定礦渣粉活性指數(shù)?！　?結(jié)果與討論　　2.1不同沖渣方式對(duì)高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)、易磨性和活性的影響　　測(cè)試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的礦物組成，見(jiàn)圖1，可知明特法沖制的高爐礦渣含有大量的鈣鋁黃長(zhǎng)石（Ca2Al2SiO7）晶體，以及小部分的鎂薔薇輝石（Ca3MgSi2O8）晶體，通過(guò)定性分析，玻璃體的含量遠(yuǎn)小于鈣鋁黃長(zhǎng)石晶體的含量，而鈣鋁黃長(zhǎng)石晶體抑制礦渣粉的水化活性，其活性主要是玻璃體在堿性環(huán)境下的解聚產(chǎn)生的，通過(guò)對(duì)比可知，印巴法的熱水沖渣制度下的礦渣，鈣鋁黃長(zhǎng)石的晶體含量極少，且晶體形式主要以微晶狀態(tài)存在，玻璃體含量高?！　y(cè)試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的易磨性和活性指數(shù)，見(jiàn)表2，結(jié)合上述圖1的XRD圖譜可知：印巴法冷卻液態(tài)渣速度較快，礦物結(jié)構(gòu)以玻璃體為主，包含較高的能量，其機(jī)械粉磨做功較小，導(dǎo)致其易磨性（比表面積）較明特法沖制的高爐礦渣高30m2/kg，7d和28d活性指數(shù)分別高13%和12%。下文所討論高爐礦渣和礦渣粉都采用印巴法沖制。　　圖1明特法與印巴法兩種沖渣制度下的礦渣粉的XRD圖　　2.2高爐礦渣化學(xué)成分對(duì)活性的影響　　礦渣粉主要的結(jié)構(gòu)為玻璃體結(jié)構(gòu)，其水化活性的來(lái)源為高溫的液態(tài)渣經(jīng)急冷保存下來(lái)的能量，主要是其中的Al2O3經(jīng)水化環(huán)境中的Ca(OH)2激活，反應(yīng)生成具有膠凝特性的絮狀結(jié)構(gòu)的C-A-H（鋁膠結(jié)構(gòu)），C-A-H又與水化體系中的SO3反應(yīng)，生成具有針棒狀的AFt（鈣礬石），在水泥硬化漿體中起骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)水泥體系強(qiáng)度，宏觀(guān)表征為礦渣粉具有活性。因此綜合上述分析，影響礦渣粉活性的主要因素包含礦渣粉的Al2O3、SiO2和玻璃體含量?！　⊥ㄟ^(guò)圖2可知，Al2O3和SiO2含量的波動(dòng)對(duì)礦渣粉的7d活性指數(shù)有較顯著的影響，這是因?yàn)楫?dāng)?shù)V渣中Al2O3含量高時(shí)，液態(tài)高爐渣的黏度較高，不易形成鈣鋁黃長(zhǎng)石微晶，同時(shí)礦渣中玻璃體中的主要水化活性物質(zhì)Al2O3較高。而礦渣中SiO2含量高時(shí)，礦渣的活性會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。因此需對(duì)兩者綜合考慮?！　D2礦渣中Al2O3和SiO2的含量變化與其7d活性指數(shù)的關(guān)系　　2.3高爐礦渣化學(xué)成分對(duì)易磨性的影響　　礦渣的易磨性不僅受到其沖渣方式的影響，也受到其化學(xué)成分的影響，分析了高爐礦渣中的化學(xué)成分對(duì)礦渣的易磨性和對(duì)立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的影響，見(jiàn)圖3，可見(jiàn)：在相同沖渣方式下，隨著高爐礦渣中SiO2含量由32%上升至34%，高爐礦渣比表面積由420m2/kg降至400m2/kg?！　?.4高爐礦渣堆積密度對(duì)水分、立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和煤耗的影響　　統(tǒng)計(jì)了2018年5月至6月時(shí)間段的高爐礦渣堆積密度和水分的數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4，可知：從2018年5月下旬至6月，高爐礦渣堆積密度呈不斷下降趨勢(shì)，同時(shí)，高爐礦渣水分呈不斷上升的趨勢(shì)，表明了高爐礦渣堆積密度與水分有直接關(guān)系?！　“凑杖肽ジ郀t礦渣的水分≤8.5%的要求，從圖5中可以得出，對(duì)應(yīng)的高爐礦渣堆積密度臨界點(diǎn)為1060kg/m3，因此要求高爐礦渣的堆積密度不小于1060kg/m3，否則將嚴(yán)重影響礦渣粉的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、煤耗等。圖6為2018年5月份和6月份高爐礦渣水分對(duì)礦渣磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量曲線(xiàn)圖，可以看出，隨著礦渣水分增加，磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降，主要原因?yàn)?，高爐礦渣水分提高，磨機(jī)運(yùn)行工況不穩(wěn)定?！　⊥瑫r(shí)，因高爐礦渣水分的提高，礦渣磨機(jī)的煤耗也呈上升趨勢(shì)，通過(guò)測(cè)算可知，高爐礦渣水分每上升1%，礦渣立磨煤耗上升約0.5kg/t。　　圖3高爐礦渣化學(xué)成分與易磨性變化對(duì)應(yīng)關(guān)系　　圖4 2018年5月份和6月份高爐礦渣堆積密度和水分的變化趨勢(shì)　　圖5高爐礦渣堆積密度和水分的關(guān)系　　圖6高爐礦渣水分對(duì)立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的影響　　3結(jié)論　?。?）印巴法沖制的高爐礦渣結(jié)構(gòu)主要為活性高的玻璃體結(jié)構(gòu)，明特法沖制的高爐礦渣主要為活性低的鈣鋁黃長(zhǎng)石（Ca2Al2SiO7）晶體結(jié)構(gòu)，且印巴法沖制的高爐礦渣易磨性要高于明特法沖制的?！　。?）高爐礦渣堆積密度≥1060kg/m3時(shí)，經(jīng)堆放72h自然排水后，高爐礦渣水分可以控制在8.5%，有利于立磨煤耗的降低和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的提高?！　。?）高爐礦渣中SiO2化學(xué)成分的升高會(huì)降低礦渣磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。　?。?）高爐礦渣中對(duì)活性指數(shù)有益的化學(xué)成分為Al2O3，其對(duì)活性不利的成分為SiO2。　　作者：日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司梁曉杰　　編輯：冶金渣與尾礦　　文章僅用于技術(shù)交流分享，如有冒犯請(qǐng)聯(lián)系我們刪除，感謝理解。

鋼渣礦渣基全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)機(jī)理

　　為了促進(jìn)鋼鐵冶金渣的高附加值應(yīng)用，以鋼渣、礦渣和脫硫石膏為原料制備膠凝材料，研究了不同摻量CaO或Na2SO4對(duì)膠凝材料的化學(xué)活化作用，并利用XRD、SEM對(duì)摻入激發(fā)劑膠凝材料的水化產(chǎn)物進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，摻入少量CaO或者Na2SO4的膠凝材料凈漿試塊早期抗壓強(qiáng)度會(huì)有一定的提高，后期強(qiáng)度變化不大；但當(dāng)Na2SO4摻量超過(guò)2%時(shí)，凈漿試塊的抗壓強(qiáng)度會(huì)降低。摻入激發(fā)劑對(duì)膠凝材料的水化產(chǎn)物種類(lèi)不會(huì)造成影響，其水化產(chǎn)物主要包括鈣礬石(AFt)、水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠和氫氧化鈣(CH)?！　?引言　　2013年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)冶煉廢渣產(chǎn)生量約4.13億噸，但是鋼渣的綜合利用率還相對(duì)較低。付衛(wèi)華等開(kāi)展了鋼渣的膠凝性能研究，結(jié)果表明：純鋼渣與水拌合后可緩慢硬化，但鋼渣的膠凝性能很弱。Yan等等研究了鋼渣膠凝材料的高溫激發(fā)特性，結(jié)果表明，高溫能夠促進(jìn)鋼渣的水化反應(yīng)，加速水化產(chǎn)物的生成。Takashima在800～1450℃將鋼渣高溫激發(fā)，可使鋼渣中的γ-C2S(低膠凝性能)轉(zhuǎn)變成為α型或α’型C2S(高膠凝性能)，再急冷后，得到的鋼渣中含α型或α’型C2S較多，然后將這種被改性后的鋼渣被作為高活性的摻合料使用在建筑工程水泥混凝土中，但是高溫激發(fā)難以控制。采用化學(xué)激發(fā)法提高膠凝材料反應(yīng)活性，系統(tǒng)的研究它們的激發(fā)規(guī)律，并分析它們的水化反應(yīng)產(chǎn)物激發(fā)機(jī)理，這對(duì)全固廢膠凝材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用有重要意義。徐彬等的研究結(jié)果表明堿激發(fā)劑硅酸鈉能夠提高鋼渣水泥的力學(xué)性能，摻硅酸鈉的鋼渣水泥28 d強(qiáng)度達(dá)到56.4 MPa。胡曙光等以水玻璃為激發(fā)劑激發(fā)鋼渣水泥活性，當(dāng)外加劑摻量不超過(guò)3%時(shí)，鋼渣水泥的強(qiáng)度較快增長(zhǎng)，當(dāng)外加劑摻量超過(guò)3%時(shí)，28 d強(qiáng)度甚至有一定的下降。Tian等研究結(jié)果表明，摻入硫酸鈉的鋼渣-礦粉膠凝材料水化反應(yīng)主要生成C-S-H凝膠、AFt晶體及少量的Ca(OH)2晶體。Cengiz等利用氫氧化鈉、水玻璃和碳酸鈉對(duì)鋼渣進(jìn)行活性激發(fā)，結(jié)果表明不同的激發(fā)劑均能對(duì)鋼渣活性起到一定的激發(fā)作用。所以本課題選用CaO和Na2SO4作為激發(fā)劑，研究這兩種激發(fā)劑對(duì)膠凝材料的化學(xué)活化規(guī)律，為促進(jìn)鋼鐵冶金渣的高附加值應(yīng)用奠定基礎(chǔ)?！　?試驗(yàn)　　2.1試驗(yàn)原料　　圖1鋼渣的XRD圖譜　　Fig.1 XRD pattern of steel slag　　鋼渣：由河北省武安市裕華鋼鐵有限公司提供，其XRD圖譜如圖1，鋼渣中含有較多的玻璃相，其主要礦物相為RO相(MgO、FeO和MnO的固溶體)、C3S、C2S、C2F、和少量CaO。礦渣采用河北金泰成建材股份有限公司提供的高爐水淬礦渣。脫硫石膏采用北京石景山熱電廠(chǎng)提供的脫硫石膏。原料的化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1?！　「鶕?jù)Mason B提出的評(píng)價(jià)鋼渣的堿度值(M)的計(jì)算辦法，本課題所用鋼渣的堿度為：M=w(CaO)/[w(SiO2)+w(P2O5)]=2.07，屬于中堿度渣?！　”?主要原料化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)　　Tab.1 Chemical composition of raw materials(mass fraction，%)　　2.2試驗(yàn)方法　　將破碎后的鋼渣采用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，試驗(yàn)中所用的球磨機(jī)為SMφ500×500試驗(yàn)?zāi)?。將鋼渣、礦渣、石膏分別粉磨至比表面積為560 m2/kg、580 m2/kg和640 m2/kg，按鋼渣、礦渣、石膏的質(zhì)量比為20∶68∶12比例混合制備膠凝材料，分別外摻入膠凝材料不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CaO或者Na2SO4，水膠比0.20，PC減水劑采用外摻法，摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.4%，制備30 mm×30 mm×50 mm的凈漿試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(溫度(20±1)℃、相對(duì)濕度不低于90%)，1 d后拆模，繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》分別測(cè)試試塊的強(qiáng)度，利用XRD對(duì)膠凝材料水化產(chǎn)物進(jìn)行分析，研究?jī)煞N激發(fā)劑對(duì)全固廢膠凝材料的化學(xué)活化作用。試驗(yàn)方案見(jiàn)表2?！　”?激發(fā)劑對(duì)全固廢膠凝材料活化作用試驗(yàn)方案　　Tab.2 Test plan of activation on cementitious materials by exciting agent/%　　續(xù)表　　3結(jié)果與討論　　3.1 CaO摻量對(duì)膠凝材料性能的影響　　3.1.1 CaO摻量對(duì)膠凝材料凈漿試塊力學(xué)性能的影響　　不同摻量CaO對(duì)凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果見(jiàn)圖2所示?！　D2 CaO摻量對(duì)膠凝材料凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響　　Fig.2 Effect of different CaO content on compressive strength of cementitious materials paste　　從圖2中可以看出，CaO的摻入能夠在一定程度上激發(fā)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)活性，凈漿試塊的早期抗壓強(qiáng)度會(huì)有一定的提高。在3 d齡期時(shí)，隨著CaO摻量的增加，凈漿試塊的抗壓強(qiáng)度略有提高，但當(dāng)CaO摻量達(dá)到3%以后，抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)不大。主要是由于CaO摻入以后，在反應(yīng)初期能夠迅速與水發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)Ca(OH)2，使得體系的pH值迅速提高，OH-不斷和鋼渣、礦渣顆粒表面接觸，使鋼渣和礦渣的表面遭到“破壞”，促進(jìn)鋼渣和礦渣的水化，縮短反應(yīng)周期，同時(shí)還能夠提供較多的Ca2+，促進(jìn)水化產(chǎn)物的形成。但當(dāng)養(yǎng)護(hù)至7 d和28 d齡期時(shí)，摻入CaO的試樣抗壓強(qiáng)度和未摻入CaO的試樣抗壓強(qiáng)度差別不大，主要是由于在水化反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間之后，體系的pH值和離子濃度趨于平衡狀態(tài)，水化產(chǎn)物的生成主要靠鋼渣和礦渣的水化反應(yīng)來(lái)生成，CaO的激發(fā)作用有限?！　?.1.2不同CaO摻量膠凝材料XRD分析　　不同摻量CaO膠凝材料在3 d、28 d齡期時(shí)的XRD圖譜見(jiàn)圖3和圖4所示?！　D3不同CaO摻量膠凝材料3 d齡期XRD圖譜　　Fig.3 XRD patterns of cementitious materials with different CaO content at 3 d curing age　　圖4不同CaO摻量膠凝材料28 d時(shí)XRD圖譜　　Fig.4 XRD patterns of cementitious materials with different CaO content at 28 d curing age　　從圖3中可以看出，CaO摻入以后對(duì)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物種類(lèi)不會(huì)造成影響。摻CaO的膠凝材料的早期水化產(chǎn)物物相中主要包括鈣礬石(AFt)、氫氧化鈣(CH)，以及未參與水化反應(yīng)的硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、RO相和石膏。在3 d齡期時(shí)鈣礬石的波峰有增強(qiáng)的趨勢(shì)，表明CaO摻入以后促進(jìn)了鈣礬石的生成。主要是由于CaO摻入之后，在水化反應(yīng)早期，體系的pH值和Ca2+濃度迅速提升，在脫硫石膏和堿性環(huán)境的激發(fā)作用下，礦渣中硅(鋁)氧四面體發(fā)生解離，溶出部分可溶硅(鋁)，與體系中的Ca2+形成C-S-H凝膠和AFt等水化產(chǎn)物。隨著水化產(chǎn)物的逐漸形成，礦渣表面與溶液之間偏鋁酸根溶解平衡被不斷打破，促進(jìn)鋁氧四面體從礦渣玻璃表遷移出來(lái)，破壞了硅氧四面體與鋁連接使礦渣玻璃體表面的硅(鋁)氧四面體聚合度快速下降，剩余的硅(鋁)氧四面體的活性又再次被激發(fā)，而發(fā)生解離的礦渣溶出的低聚硅酸根離子和鋁酸根離子又可以吸收一定量的Ca(OH)2生成C-S-H凝膠和AFt等水化產(chǎn)物。這也是膠凝材料強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)的原因。對(duì)比M3、M4和M5可以發(fā)現(xiàn)，鈣礬石的波峰差別不大，這表明當(dāng)CaO摻量超過(guò)3%時(shí)，體系的Ca2+濃度近于飽和狀態(tài)，再繼續(xù)增加對(duì)于鈣礬石的生成貢獻(xiàn)值降低。從圖4可以看出，在28 d齡期時(shí)，各組膠凝材料的水化產(chǎn)物中石膏的波峰逐漸消失，其它各組各水化產(chǎn)物的波峰形狀非常接近，表明CaO的摻量對(duì)全固廢膠凝材料28 d水化產(chǎn)物影響不大?！　?.1.3不同摻量CaO膠凝材料凈漿試塊SEM分析　　按照表2所示方案，制備M1和M3組膠凝材料，即膠凝材料中CaO摻量分別為0%和3%，分別外摻0.4%的PC高效減水劑，水膠比0.20，制備凈漿試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，在規(guī)定齡期取樣，利用SEM對(duì)膠凝材料的微觀(guān)形貌進(jìn)行分析。圖5和圖6分別為M1和M3組膠凝材料在3 d和28 d齡期時(shí)的SEM照片?！　D5不同摻量CaO膠凝材料3 d齡期時(shí)的SEM照片　　Fig.5 SEM images of cementitious materials with different CaO content at 3 d curing age　　圖6不同摻量CaO膠凝材料28 d齡期時(shí)的SEM照片　　Fig.6 SEM images of cementitious materials with different CaO content at 28 d curing age　　從圖5中可以看出，在3 d齡期時(shí)，摻入3%CaO的膠凝材料水化產(chǎn)物(M3)中AFt的生成量要明顯多于未摻入CaO的膠凝材料(M1)。而且還可以發(fā)現(xiàn)，M3組膠凝材料水化產(chǎn)物中的AFt明顯要比M1組的粗壯一些，表明適量CaO摻入以后，在反應(yīng)初期能夠迅速與水發(fā)生反應(yīng)，生成Ca(OH)2，使得溶液中的Ca2+和OH-顯著增多，體系pH值快速升高，OH-和鋼渣、礦渣顆粒表面接觸，使鋼渣和礦渣表面遭到“破壞”，促進(jìn)鋼渣和礦渣的水化，整個(gè)體系的Ca/Si快速升高，促進(jìn)體系中AFt晶體的生成和長(zhǎng)大，導(dǎo)致膠凝材料的水化反應(yīng)誘導(dǎo)期提前，早期抗壓強(qiáng)度升高?！　膱D6中可以看出，水化反應(yīng)至28 d齡期時(shí)，M1和M3組膠凝材料水化產(chǎn)物的微觀(guān)形貌沒(méi)有太大的區(qū)別。主要是在水化反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間之后，體系的pH值和離子濃度趨于平衡狀態(tài)，水化產(chǎn)物的生成主要靠鋼渣和礦渣的水化反應(yīng)來(lái)生成，反應(yīng)所生成的C-S-H凝膠和AFt的總量主要由鋼渣和礦渣的水化程度來(lái)決定，這也驗(yàn)證了CaO的摻入，對(duì)于膠凝材料后期強(qiáng)度影響不大的結(jié)論，同時(shí)這與3.1.1和3.1.2節(jié)所得結(jié)論相一致。隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，C-S-H凝膠和AFt已經(jīng)緊密的結(jié)合在一起，相互交織，整個(gè)體系形成了較為致密的結(jié)構(gòu)?！　?.2 Na2SO4摻量對(duì)膠凝材料性能的影響　　3.2.1 Na2SO4摻量對(duì)凈漿試塊力學(xué)性能的影響　　不同摻量Na2SO4對(duì)凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果見(jiàn)圖7所示?！　D7 Na2SO4摻量對(duì)膠凝材料凈漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響　　Fig.7 Effect of different Na2SO4 content on compressive strength of cementitious materials paste　　從圖7中可以看出，Na2SO4的摻入對(duì)全固廢膠凝材料的力學(xué)性能有較大影響，膠凝材料各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)摻量為1%時(shí)，抗壓強(qiáng)度值最大。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因主要是，少量Na2SO4摻入以后，圖片會(huì)與體系中的Ca2+相結(jié)合，Na2SO4的溶解平衡被打破，體系堿性提高，使得鋼渣、礦渣等的水化反應(yīng)速度加快，水化程度加深，體系強(qiáng)度增加。但是當(dāng)Na2SO4摻入量超過(guò)2%時(shí)，膠凝材料的抗壓強(qiáng)度顯著下降，主要是由于體系中水化產(chǎn)物生成速度過(guò)快，并且相互交織在一起，迅速形成具有一定結(jié)構(gòu)的硬化漿體，而這部分硬化漿體由于水化產(chǎn)物分布不均勻，鑲嵌不均造成局部大孔較多，新生成的水化產(chǎn)物不能及時(shí)填充，呈現(xiàn)出孔隙較大的不良結(jié)構(gòu)，造成抗壓強(qiáng)度較低。當(dāng)Na2SO4摻量達(dá)到4%時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)較為明顯的泛霜現(xiàn)象。因此，全固廢膠凝材料中Na2SO4的較合適摻量為1%?！　?.2.2不同摻量Na2SO4膠凝材料XRD分析　　不同摻量Na2SO4的膠凝材料在3 d、28 d齡期時(shí)的XRD圖譜見(jiàn)圖8和圖9所示?！　D8不同Na2SO4摻量膠凝材料3 d時(shí)XRD圖譜　　Fig.8 XRD patterns of cementitious materials with different Na2SO4 content at 3 d curing age　　圖9不同Na2SO4摻量膠凝材料28 d時(shí)XRD圖譜　　Fig.9 XRD patterns of cementitious materials with different Na2SO4 content at 28 d curing age　　從圖8和圖9中可以看出，Na2SO4的摻入對(duì)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物種類(lèi)不會(huì)造成影響。3 d齡期時(shí)，摻Na2SO4的膠凝材料的水化產(chǎn)物物相中主要包括鈣礬石(AFt)、氫氧化鈣(CH)，以及未參與水化反應(yīng)的硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、RO相和石膏。對(duì)比圖6中的譜線(xiàn)可以看出，隨著Na2SO4的摻入，鈣礬石的波峰有增強(qiáng)的趨勢(shì)，衍射峰在25°～35°之間的“凸包”現(xiàn)象也愈發(fā)明顯，表明Na2SO4摻入以后促進(jìn)了水化產(chǎn)物鈣礬石和C-S-H凝膠的生成。主要是由于Na2SO4可以為水化反應(yīng)體系提供更多的圖片，使得水化反應(yīng)向著有利于生成膠凝物質(zhì)的方向移動(dòng)。鋼渣中的硅酸鹽、鋁酸鹽礦物成鍵結(jié)構(gòu)主要是硅氧鍵和鋁氧鍵，多以[SiO4]和[AlO4]或[AlO6]的形式存在，其中活性較高的顆粒在堿性環(huán)境條件下迅速溶解，并釋放出大量的OH-、Ca2+、硅(鋁)溶解物等，Na+可以在堿性環(huán)境中能夠?qū)撛械腃a2+置換出來(lái)，形成了富含Ca2+、[Al(OH)6]3-、圖片、[H3SiO4]-、OH-等離子的液相，這些離子又可以重新結(jié)合，使得鋼渣中的硅氧鍵和鋁氧鍵不斷斷裂，鋼渣也隨之源源不斷地溶解，針棒狀的AFt晶體穿插于C-S-H凝膠之中，使得硬化漿體的結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)，抗壓強(qiáng)度也隨之增大。AFt晶體生成的同時(shí)也促使礦渣中硅氧四面體的Si-O鍵持續(xù)不斷的斷裂，進(jìn)而在堿性溶液中與Ca2+反應(yīng)生成C-S-H凝膠。隨著水化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，鋼渣也不斷水化并生成Ca(OH)2，而礦渣持續(xù)水化吸收體系中的Ca2+，反過(guò)來(lái)又促進(jìn)鋼渣水化程度的加深。到28 d齡期時(shí)各水化產(chǎn)物的波峰形狀非常接近，表明Na2SO4的摻量對(duì)全固廢膠凝材料28 d水化產(chǎn)物影響不大?！　?.2.3不同摻量Na2SO4膠凝材料凈漿試塊SEM分析　　按照表2所示方案，制備N(xiāo)1和N2組膠凝材料，分別外摻0.4%的PC高效減水劑，水膠比0.20，制備凈漿試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，在規(guī)定齡期取樣，利用SEM對(duì)膠凝材料的微觀(guān)形貌進(jìn)行分析。圖10和圖11分別為N1和N2組膠凝材料3 d和28 d齡期時(shí)的SEM照片?！　D10不同摻量Na2SO4膠凝材料3 d時(shí)SEM照片　　Fig.10 SEM images of cementitious materials with different Na2SO4 content at 3 d curing age　　圖11不同摻量Na2SO4膠凝材料28 d時(shí)SEM照片　　Fig.11 SEM images of cementitious materials with different Na2SO4 content at 28 d curing age　　從圖10中可以看出，在3 d齡期時(shí)，摻入1%Na2SO4的膠凝材料水化產(chǎn)物(N2)中AFt的生成量要明顯多于未摻入Na2SO4的膠凝材料(N1)。而且還可以發(fā)現(xiàn)，N2組膠凝材料水化產(chǎn)物中的AFt明顯要比N1組的粗壯一些，表明適量Na2SO4摻入以后，使得體系中圖片離子濃度增大，使得水化反應(yīng)向著水化產(chǎn)物增加的方向移動(dòng)，同時(shí)還能在一定程度上提高體系中液相的pH值，增強(qiáng)堿性環(huán)境，為AFt的生成創(chuàng)造環(huán)境，促進(jìn)體系中AFt晶體的生成和長(zhǎng)大。另一方面，Na2SO4的加入能夠有效促進(jìn)鋼渣和礦渣中的網(wǎng)格狀玻璃體結(jié)構(gòu)的破壞，并解離出[SiO4]4-和[AlO4]5-，進(jìn)而與Ca2+、OH-相結(jié)合，生成水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣凝膠。水化鋁酸鈣凝膠進(jìn)一步和圖片結(jié)合可以生成水化硫鋁酸鈣。體系中所生成的凝膠和AFt相互交織在一起，隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，水化產(chǎn)物不斷由低聚合度向高聚合度轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了強(qiáng)度的進(jìn)一步增長(zhǎng)。加入Na2SO4后，Na+也能夠有效促進(jìn)鋼渣和礦渣中網(wǎng)格玻璃體解聚和分離，生成陰離子團(tuán)，進(jìn)而促進(jìn)水化反應(yīng)的進(jìn)行。體系中，Ca2+、Na+、圖片相互依存，共同促進(jìn)了水化反應(yīng)的進(jìn)行，試塊的強(qiáng)度也逐漸提高?！　膱D11中可以看出，水化反應(yīng)至28 d齡期時(shí)，N1和N2組膠凝材料水化產(chǎn)物的微觀(guān)形貌沒(méi)有太大的區(qū)別。主要是在水化反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間之后，體系的pH值和離子濃度趨于平衡狀態(tài)，水化產(chǎn)物的生成主要靠鋼渣和礦渣的水化反應(yīng)來(lái)生成，適量Na2SO4的摻入，對(duì)于膠凝材料后期強(qiáng)度影響不大。反應(yīng)所生成的C-S-H凝膠和AFt晶體已經(jīng)緊密的結(jié)合在一起，相互交織，整個(gè)體系形成了較為致密的結(jié)構(gòu)，這與3.2.1和3.2.2節(jié)所得結(jié)論相一致?！　⊥ㄟ^(guò)3.1節(jié)和3.2節(jié)的研究結(jié)果可以看出，在鋼渣礦渣基膠凝材料體系中摻入適量的CaO或者Na2SO4，能夠促進(jìn)早期水化反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而提高早期強(qiáng)度。同時(shí)，激發(fā)劑的摻入對(duì)于試塊后期強(qiáng)度和水化產(chǎn)物影響不大。研究結(jié)果表明，在鋼渣礦渣基膠凝材料體系中，當(dāng)鋼渣摻量達(dá)到40%時(shí)，試塊兒的早期強(qiáng)度會(huì)明顯降低，鋼渣的大摻量和早期強(qiáng)度相互矛盾，因此如果需要盡可能使用較多的鋼渣，同時(shí)還要求較高的早期強(qiáng)度，即可考慮在體系中摻入合適比例的CaO或者Na2SO4?！　?結(jié)論　　(1)CaO或Na2SO4作為激發(fā)劑摻入以后對(duì)全固廢膠凝材料的活性影響較為明顯。CaO較為適宜的摻量為3%，而Na2SO4較為適宜的摻量則為1%。相比較而言，CaO對(duì)于膠凝材料試塊早期強(qiáng)度的提高作用大于Na2SO4，因此，如果要盡提高鋼渣礦渣基全固廢膠凝材料試塊的水化反應(yīng)早期強(qiáng)度，摻入3%的CaO可能更為適宜;　　(2)CaO或Na2SO4的摻入對(duì)全固廢膠凝材料的水化反應(yīng)產(chǎn)物種類(lèi)不會(huì)造成影響。主要包括鈣礬石(AFt)、水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)和氫氧化鈣(CH)，以及未參與水化反應(yīng)的硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、RO相和石膏。合適摻量的激發(fā)劑能夠在一定程度上促進(jìn)膠凝材料水化反應(yīng)的進(jìn)行?！　∽髡撸捍扌?nbsp; 狄燕清  倪文　　編輯：固廢利用與低碳建材　　轉(zhuǎn)載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將及時(shí)更正。

洛陽(yáng)綠筑建筑材料有限公司在近期成功通過(guò)了三體系認(rèn)證和綠色建材三星級(jí)認(rèn)證

　　洛陽(yáng)綠筑建筑材料有限公司在近期成功通過(guò)了三體系認(rèn)證和綠色建材三星級(jí)認(rèn)證，這一成就標(biāo)志著公司在質(zhì)量、環(huán)境和職業(yè)健康安全管理方面，以及綠色建材生產(chǎn)領(lǐng)域達(dá)到了行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平?！　÷尻?yáng)綠筑建筑材料有限公司成立于2019年4月11日，注冊(cè)資金3000萬(wàn)元，是一家國(guó)家級(jí)科技型中小企業(yè)。自成立以來(lái)，公司一直致力于研發(fā)和生產(chǎn)低碳、環(huán)保的建筑材料，以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)綠色建材日益增長(zhǎng)的需求?！　≡谌w系認(rèn)證方面，洛陽(yáng)綠筑建筑材料有限公司嚴(yán)格按照ISO9001質(zhì)量管理體系、ISO14001環(huán)境管理體系和ISO45001職業(yè)健康安全管理體系的標(biāo)準(zhǔn)要求，建立了完善的管理體系，并通過(guò)了權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證審核。這一認(rèn)證不僅證明了公司在質(zhì)量、環(huán)境和職業(yè)健康安全方面的管理能力達(dá)到了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也彰顯了公司對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)、環(huán)境保護(hù)和員工健康的重視?！　≡诰G色建材三星級(jí)認(rèn)證方面，洛陽(yáng)綠筑建筑材料有限公司憑借其先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和環(huán)保理念，成功通過(guò)了嚴(yán)格的認(rèn)證流程。公司研發(fā)的綠色再生膠凝材料等產(chǎn)品，不僅在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，還大大降低了能耗和污染物排放，完全符合綠色建材三星級(jí)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求?！　÷尻?yáng)綠筑建筑材料有限公司的成功認(rèn)證，不僅是對(duì)公司自身實(shí)力和努力的肯定，也是對(duì)公司未來(lái)持續(xù)發(fā)展的有力保障。通過(guò)認(rèn)證，公司將進(jìn)一步提升品牌形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為客戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)、更環(huán)保的建筑材料產(chǎn)品和服務(wù)?！　〈送?，洛陽(yáng)綠筑建筑材料有限公司還積極參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定和產(chǎn)學(xué)研合作，與東北大學(xué)、遼寧省固廢產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院、中建科技集團(tuán)有限公司等單位建立了緊密的合作關(guān)系，共同推動(dòng)建筑材料國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。　　綜上所述，洛陽(yáng)綠筑建筑材料有限公司的三體系認(rèn)證和綠色建材三星級(jí)認(rèn)證成功，是公司發(fā)展歷程中的重要里程碑，也是公司對(duì)未來(lái)發(fā)展的堅(jiān)定承諾。公司將繼續(xù)秉承綠色、環(huán)保、創(chuàng)新的理念，為推動(dòng)建筑材料行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議，5大看點(diǎn)！

　　兩場(chǎng)高層重要經(jīng)濟(jì)會(huì)議即將召開(kāi)！　　一個(gè)是中央政治局會(huì)議，一個(gè)是中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議?！　≌尉謺?huì)議在先，一般是月初召開(kāi)，經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議緊隨其后?！　≡?2月政治局會(huì)議，針對(duì)后續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大調(diào)子和方向定了之后，緊接著就會(huì)召開(kāi)中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議，進(jìn)一步分析當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)間的中國(guó)經(jīng)濟(jì)形式，討論更加細(xì)節(jié)的經(jīng)濟(jì)政策和發(fā)展方向?！　∧沁@次中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議，究竟有哪些方面值得期待？　　針對(duì)這次會(huì)議，柏年做5點(diǎn)前瞻?！　?、貨幣政策　　12月2日央行行長(zhǎng)潘功勝公開(kāi)表示，明年“將繼續(xù)堅(jiān)持支持性的貨幣政策立場(chǎng)和政策取向，加大逆周期調(diào)控力度”，這一點(diǎn)和央行3季度發(fā)布的貨幣政策執(zhí)行報(bào)告當(dāng)中提到的“加大貨幣政策調(diào)控強(qiáng)度”保持一致?！　?yīng)該說(shuō)，2025年，降準(zhǔn)、降息都可期。其中，涉及降息的部分，銀行的LPR利率下調(diào)應(yīng)該是重點(diǎn)?！　〉綍r(shí)，企業(yè)信貸、老百姓的住房貸款利率，都會(huì)有效降低，對(duì)實(shí)體企業(yè)和居民來(lái)說(shuō)，是直接的、實(shí)質(zhì)性的利好。　　2、財(cái)政政策　　明年，在中美貿(mào)易爭(zhēng)端有可能加劇的背景下，出口增速有一定壓力，這時(shí)“國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)大循環(huán)”就顯得尤為重要。　　要加強(qiáng)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)大循環(huán)，財(cái)政政策加力的必要性就增強(qiáng)?！　☆A(yù)計(jì)2025年，我國(guó)的一般赤字率將會(huì)提升到3.5%-4.0%之間甚至更高?！　⊥瑫r(shí)相比2024年，結(jié)合財(cái)政部藍(lán)部長(zhǎng)10月份的公開(kāi)發(fā)言，明年地方政府專(zhuān)項(xiàng)債的規(guī)模將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)容，預(yù)計(jì)突破到4.5萬(wàn)億以上，屆時(shí)重大工程項(xiàng)目的審核方式，可能也會(huì)優(yōu)化?！　⊥瑫r(shí)，和今年類(lèi)似，特別國(guó)債繼續(xù)發(fā)行的可能性也較大。　　由于924新政時(shí)提及新增1萬(wàn)億特別國(guó)債，用于補(bǔ)充商業(yè)銀行資本金，明年新增特別國(guó)債總規(guī)模應(yīng)該會(huì)超過(guò)2萬(wàn)億?！　?、消費(fèi)政策　　從過(guò)往10年的GDP增長(zhǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，消費(fèi)每年對(duì)GDP增長(zhǎng)率的貢獻(xiàn)占比，基本都在60%左右甚至以上，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)真正的壓艙石?！　∫虼?，在明年外部有壓力的背景下，消費(fèi)的重要性將更為凸顯?！　?5年，設(shè)備更新和消費(fèi)品“以舊換新”都有望擴(kuò)容?！　?024年，我們共實(shí)施兩輪“兩新”政策（即設(shè)備更新和消費(fèi)品以舊換新），但僅有第二輪3000億左右超長(zhǎng)期特別國(guó)債資金給予“真金白銀”補(bǔ)貼?！　〗?，包括商務(wù)部、發(fā)改委已表態(tài)研究政策接續(xù)。因此，2025年有望延續(xù)實(shí)施“兩新”政策，預(yù)計(jì)會(huì)有3000億以上，且進(jìn)一步擴(kuò)大補(bǔ)貼范圍，消費(fèi)品種可能擴(kuò)大至家居、家裝、家紡、消費(fèi)電子等?！　?、地產(chǎn)政策　　可以看到，24年中央的穩(wěn)地產(chǎn)思路已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，期間也已經(jīng)有實(shí)質(zhì)性的動(dòng)作?！　”热?，要求商業(yè)銀行加大對(duì)“白名單”房企的貸款投放力度，同時(shí)，通過(guò)發(fā)行地方專(zhuān)項(xiàng)債來(lái)支持土地收儲(chǔ)、存量房收儲(chǔ)，緩解地方政府的土地出讓和存量房的壓力。　　不過(guò)，今年收儲(chǔ)規(guī)模略顯克制，年內(nèi)僅有新設(shè)3000億的保障性住房再貸款?！　?025年，穩(wěn)地產(chǎn)供需兩端有望繼續(xù)加力，包括：　　供給端，增加收儲(chǔ)規(guī)模、中央也可能更大程度參與地方收儲(chǔ)；　　需求端，像北京、上海等城市，會(huì)進(jìn)一步松綁限購(gòu)、限售等?！　?、產(chǎn)業(yè)政策　　就在最近，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了兩家央企，中國(guó)國(guó)新和中國(guó)誠(chéng)通集團(tuán)后續(xù)發(fā)行5000億專(zhuān)項(xiàng)債的方案?！　?1月27日，首期發(fā)行500億已經(jīng)落地?！　】梢钥吹剑送ㄟ^(guò)中央提升赤字率“加杠桿”之外，央企“加杠桿”的大幕也正在拉開(kāi)?！　∵@5000億專(zhuān)項(xiàng)債后續(xù)陸續(xù)發(fā)行，重點(diǎn)方向之一，就是支持央企發(fā)起創(chuàng)業(yè)投資基金，鼓勵(lì)科技行業(yè)和國(guó)家鼓勵(lì)的重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展?！　≌雇?5年，柏年預(yù)計(jì)可能會(huì)有更多形式的“中央加杠桿”?！　∥覀冇型吹礁嘀С中沦|(zhì)生產(chǎn)力培育、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的舉措。　　二十屆三中全會(huì)從健全體制機(jī)制角度，支持新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展，疊加2025年面臨可能的關(guān)稅威脅，在進(jìn)一步練好內(nèi)功要求下，應(yīng)會(huì)看到更多支持新質(zhì)生產(chǎn)力培育、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的舉措。　　當(dāng)然，即將召開(kāi)的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議，值得期待的，肯定不止柏年提到的這5個(gè)方向。

鋁灰無(wú)害化處理技術(shù)

　　一、鋁灰來(lái)源及成分　　鋁灰產(chǎn)生于電解鋁、鋁加工和再生鋁行業(yè)中所有鋁發(fā)生熔煉的工序，一方面含有大量的金屬鋁及鋁的化合物，具有較高的工業(yè)回收和再利用價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)的鋁灰處理方式主要分為鋁灰回收、無(wú)害化處理和資源化再生利用。根據(jù)鋁灰在回收利用過(guò)程中的使用次數(shù)和金屬鋁含量，可將鋁灰分為一次鋁灰和二次鋁灰，其主要成分見(jiàn)表1。一次鋁灰含有大量的金屬鋁，具有較高的回收利用價(jià)值，回收利用較普遍；二次鋁灰金屬鋁含量一般在5%以下，由于其資源化利用難度較大，多數(shù)企業(yè)采取填埋進(jìn)行處理。　　表1鋁灰成分　　二、鋁灰危險(xiǎn)特性　　按最新《2021年危險(xiǎn)廢物名錄》鋁灰分為：　?、傥U代碼：321-026-48，是有色金屬采選和冶煉廢物鋁灰是再生鋁和鋁材加工過(guò)程中，廢鋁及鋁錠重熔、精煉、合金化、鑄造熔體表面產(chǎn)生的鋁灰渣，及其回收鋁過(guò)程產(chǎn)生的鹽渣和二次鋁灰，R?！　、谖U代碼：321-034-48，鋁灰熱回收鋁過(guò)程煙氣處理集（除）塵裝置收集的粉塵，鋁冶煉和再生過(guò)程煙氣（包括：再生鋁熔煉煙氣、鋁液熔體凈化、除雜、合金化、鑄造煙氣）處理集（除）塵裝置收集的粉塵，T，R?！　、畚U代碼：321-024-48，電解鋁鋁液轉(zhuǎn)移、精煉、合金化、鑄造過(guò)程熔體表面產(chǎn)生的鋁灰渣，以及回收鋁過(guò)程產(chǎn)生的鹽渣和二次鋁灰，R，T?！　、芪U代碼：321-023-48，電解鋁生產(chǎn)過(guò)程電解槽陰極內(nèi)襯維修、更換產(chǎn)生的廢渣（大修渣），T?！　、菸U代碼：321-025-48，電解鋁生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的炭渣，T。　　鋁灰并將其危險(xiǎn)特性分為反應(yīng)性和毒性?xún)深?lèi)，其反應(yīng)性來(lái)自鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁和碳化鋁，這些物質(zhì)遇水分別產(chǎn)生氫氣、氨氣和甲烷等有毒有害氣體；毒性主要來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中的氟化物和重金屬殘留物。鋁灰主要對(duì)大氣、地下水和土壤環(huán)境的造成污染。鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)生成氨氣、氫氣、甲烷等有毒有害氣體并污染環(huán)境；鋁灰里大量的氟元素會(huì)對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染，人畜飲用后會(huì)對(duì)身體造成嚴(yán)重影響，氟和人體骨骼的主要成分鈣反應(yīng)，破壞骨骼的含鈣量，造成缺鈣，骨骼松軟，牙齒脫落等。鋁灰對(duì)環(huán)境還會(huì)造成粉塵、氨氣等污染，鋁灰遇水呈堿性，會(huì)破壞土壤酸堿度；鋁灰中的氯化物會(huì)導(dǎo)致土壤鹽堿化?！　∪?、以下是常見(jiàn)二次鋁灰無(wú)害化處理技術(shù)的對(duì)比及利潤(rùn)優(yōu)勢(shì)：　　濕法處理　　?酸浸法：除鹽效果好，能有效去除氟、氯等有害元素，反應(yīng)無(wú)需加熱，速度較快，可得到氧化鋁等產(chǎn)品用于凈水劑等生產(chǎn)。但會(huì)產(chǎn)生較多氫氣，安全性較難把控，且氮化鋁去除效率不高，可能產(chǎn)生大量廢水需處理.　　?堿浸法：可減少單質(zhì)鋁溶出，無(wú)害化效果好，還可減少氫氣產(chǎn)生，后續(xù)可回收鋁資源。不過(guò)過(guò)濾性能較差，成本相對(duì)較高.　　?鋁灰脫氨-固氮-綠色循環(huán)利用技術(shù)：可實(shí)現(xiàn)鋁灰中可溶氨的轉(zhuǎn)化與利用，產(chǎn)生硫酸銨副產(chǎn)品，濾泥可制磚?！　?多段連續(xù)強(qiáng)化水解浸出＋高值定向轉(zhuǎn)化技術(shù)：能深度解離鋁灰中活性組分和浸出鹽組分，得到多種高價(jià)值產(chǎn)品，如氨水產(chǎn)品、鋁用精煉劑、高鋁料等，實(shí)現(xiàn)全量化資源利用。按年處理6萬(wàn)噸生產(chǎn)線(xiàn)估算，處理成本400-500元/噸，利潤(rùn)約500-1000元/噸.　　火法處理　　?回轉(zhuǎn)窯高溫熔煉技術(shù)：流程簡(jiǎn)單，操作控制較容易，可產(chǎn)出鋁酸鈉等產(chǎn)品作為水泥廠(chǎng)、鋼廠(chǎng)添加劑等。但高溫能耗高，鹽類(lèi)粘結(jié)和氟化物腐蝕問(wèn)題影響穩(wěn)定生產(chǎn)，氣體凈化成本高.　　?燃燒爐焚燒技術(shù)：可有效去除有害物質(zhì)，處理后的鋁灰可再利用，成品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。但會(huì)產(chǎn)生粉塵、氮氧化物等污染物，面臨除鹽問(wèn)題，對(duì)原料和反應(yīng)條件要求高.　　?火法處置鋁灰工藝：工藝成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，投資省，占地面積小，無(wú)二次污染，產(chǎn)品方案多樣化，但能耗指標(biāo)要求高，對(duì)能耗準(zhǔn)入要求高的區(qū)域不利.　　固化處理　　將二次鋁灰與水泥、石膏等固化劑混合，使有害物質(zhì)被包裹在固化體內(nèi)部。其操作簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，可用于一些難以通過(guò)其他方法有效處理的二次鋁灰。不過(guò)固化后的產(chǎn)物若處理不當(dāng)，存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題，且利潤(rùn)空間相對(duì)較小，主要是通過(guò)降低處理成本來(lái)體現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益?！　∷摹⒁韵聨追N二次鋁灰無(wú)害化處理技術(shù)在節(jié)能方面各有特點(diǎn)：　　濕法處理　　?酸浸法：反應(yīng)無(wú)需加熱，能在常溫下進(jìn)行，可節(jié)省大量的熱能，但其會(huì)產(chǎn)生較多氫氣，存在一定安全隱患.　　?堿浸法：雖可減少氫氣產(chǎn)生，但通常需在一定溫度條件下進(jìn)行反應(yīng)，相對(duì)酸浸法能耗稍高，不過(guò)其無(wú)害化效果好，能有效減少單質(zhì)鋁溶出以便進(jìn)一步回收.　　?多段連續(xù)強(qiáng)化水解浸出＋高值定向轉(zhuǎn)化技術(shù)：通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控反應(yīng)溫度和時(shí)間等工藝條件，實(shí)現(xiàn)活性組分和可溶鹽組分高效分離，過(guò)程中產(chǎn)生的可燃?xì)饪勺鳛槎稳剂鲜褂?，一定程度上提高了能源利用?　　火法處理　　?回轉(zhuǎn)窯高溫熔煉技術(shù)：需在高溫下進(jìn)行，能耗較高，但如果采用先進(jìn)的節(jié)能型回轉(zhuǎn)窯設(shè)備，如選用調(diào)心滾動(dòng)軸承支承裝置、托輪軸承由大瓦改為滾動(dòng)軸承等方式，可減少摩擦，節(jié)省電耗.　　?燃燒爐焚燒技術(shù)：同樣需要高溫，會(huì)消耗較多能源，并且對(duì)原料和反應(yīng)條件要求高，否則難以達(dá)到理想的無(wú)害化效果和能源利用效率.　　?二次鋁灰旋轉(zhuǎn)爐：煅燒過(guò)程中不需要外加熱源，可大大降低生產(chǎn)成本，有效去除二次鋁灰中氮化鋁、氨氣等.　　固化處理　　固化處理是將二次鋁灰與固化劑混合，操作簡(jiǎn)單，主要能耗在于攪拌等設(shè)備的運(yùn)行，能耗相對(duì)較低，但該方法只是將有害物質(zhì)包裹，并非真正意義上的無(wú)害化處理，且長(zhǎng)期穩(wěn)定性存在問(wèn)題，利潤(rùn)空間較小?！　∥?、以下是幾種常見(jiàn)的二次鋁灰煅燒技術(shù)：　　回轉(zhuǎn)窯煅燒技術(shù)　　?原理：通過(guò)回轉(zhuǎn)窯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使二次鋁灰在窯內(nèi)均勻受熱，實(shí)現(xiàn)煅燒。窯內(nèi)溫度一般在700℃-1600℃之間，在高溫下，鋁灰中的氮化鋁、碳化鋁等有害物質(zhì)分解，同時(shí)使鋁灰中的氧化鋁等成分得到進(jìn)一步的穩(wěn)定和提純.　　?優(yōu)勢(shì)：處理量大，效率高，適合大規(guī)模處理二次鋁灰；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，煅燒后的氧化鋁含量高，可作為優(yōu)質(zhì)的耐火材料、陶瓷材料等的原材料；通過(guò)合理設(shè)計(jì)窯體結(jié)構(gòu)和選用節(jié)能型設(shè)備，可有效降低熱能損失，提高能源利用率，如采用調(diào)心滾動(dòng)軸承支承裝置等減少摩擦，節(jié)省電耗.　　隧道窯煅燒技術(shù)　　?原理：二次鋁灰放置在窯車(chē)上，緩慢通過(guò)隧道窯的預(yù)熱、煅燒、冷卻等區(qū)域，在不同溫度段進(jìn)行逐步煅燒。燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的熱量通過(guò)窯壁、熱氣等方式傳遞給鋁灰，使其達(dá)到煅燒的目的。　　?優(yōu)勢(shì)：溫度控制精準(zhǔn)，能夠根據(jù)不同的煅燒階段和要求，精確調(diào)節(jié)各區(qū)域的溫度，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性；生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)連續(xù)，自動(dòng)化程度較高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、穩(wěn)定的生產(chǎn)；采用高效的燃燒系統(tǒng)和余熱回收裝置，能充分利用燃燒產(chǎn)生的熱量，降低能耗。

文章推薦 | 尾礦綜合利用研究進(jìn)展及工程實(shí)踐

　　尾礦綜合利用研究進(jìn)展及工程實(shí)踐　　作者：施燦海,劉明生,程立家,藍(lán)蓉　　單位：昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司　　0　　引言　　大宗工業(yè)固體廢物是指我國(guó)各工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)活動(dòng)中年產(chǎn)生量在1 000萬(wàn)t以上、對(duì)環(huán)境和安全影響較大的固體廢物，主要包括尾礦、煤矸石、粉煤灰、冶煉渣、工業(yè)副產(chǎn)石膏、赤泥和電石渣等。大宗工業(yè)固體廢物具有的共性環(huán)境問(wèn)題為大量原礦開(kāi)采導(dǎo)致源頭生態(tài)破壞、大量不規(guī)范堆存造成場(chǎng)地污染。而且一旦發(fā)生場(chǎng)地污染，其表現(xiàn)出的隱蔽性、長(zhǎng)期性、復(fù)雜性都增加了未來(lái)修復(fù)的難度和成本。尾礦作為一種特殊的大宗工業(yè)固體廢物，其堆存量逐年增加。根據(jù)中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2015—2020年，我國(guó)尾礦堆存量分別為146億t、168億t、195億t、207億t、220億t、231億t。　　金屬尾礦產(chǎn)生量巨大，可占到我國(guó)工業(yè)固體廢物產(chǎn)生總量的一半以上。金屬尾礦主要包括黑色金屬尾礦、有色金屬尾礦和稀貴金屬尾礦，其中，有色金屬尾礦主要包括銅尾礦、鉛鋅尾礦、鎳尾礦、錫尾礦等。有色金屬尾礦含有多種殘余有色金屬，并包括硫化物，石英、長(zhǎng)石、云母等氧化礦物和硅酸鹽類(lèi)礦物。對(duì)于周邊環(huán)境來(lái)說(shuō)，有色金屬尾礦大都是潛在的重金屬污染源，砷、鉛污染控制難度大。大部分有色金屬尾礦由于含有較多的硫化礦物，也是礦山酸性廢水的潛在發(fā)生源。　　近十年來(lái)，諸多學(xué)者和礦山企業(yè)對(duì)尾礦綜合利用開(kāi)展了大量的研究和實(shí)踐，但我國(guó)尾礦綜合利用率仍處于低于30%的水平，約70%的尾礦未得到有效利用。因此，通過(guò)分析全國(guó)和云南省尾礦庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步梳理尾礦產(chǎn)生量、綜合利用情況及典型經(jīng)驗(yàn)，為尾礦綜合利用提供指導(dǎo)和借鑒?！　?　　重點(diǎn)省份尾礦庫(kù)情況　　2021年，我國(guó)共有尾礦庫(kù)7 000余座，總量仍居世界第一位。尾礦庫(kù)數(shù)量居全國(guó)前10位的省份分別為河北省、遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、云南省、湖南省、河南省、山西省、陜西省、廣西壯族自治區(qū)、四川?。▓D1），合計(jì)占比約65%?！　D1 2021年全國(guó)部分重點(diǎn)省份尾礦庫(kù)數(shù)量　　在我國(guó)7 000余座尾礦庫(kù)中有“頭頂庫(kù)”（系指下游1 km〈含〉距離內(nèi)有居民或重要設(shè)施的尾礦庫(kù)）1 112座，“頭頂庫(kù)”因數(shù)量多、安全基礎(chǔ)薄弱，易引發(fā)生產(chǎn)安全事故，受到各級(jí)應(yīng)急部門(mén)和礦山企業(yè)的高度重視。與此同時(shí)，尾礦對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也是尾礦堆存面臨的主要矛盾之一。我國(guó)長(zhǎng)江流域共有尾礦庫(kù)1 641座，其中1 618座已完成污染治理，完成率98.60%。長(zhǎng)江流域上游干流尾礦庫(kù)主要分布于云貴川地區(qū)，如攀枝花市（金沙江）共有38座，以黑色金屬尾礦、有色金屬尾礦為主；長(zhǎng)江流域中下游尾礦庫(kù)主要分布于湖北省、安徽省等地，如安徽省馬鞍山市共有12座；長(zhǎng)江支流尾礦庫(kù)主要分布于陜南地區(qū)，以商洛市、漢中市、安康市為主，數(shù)量分別為134座、71座、40座。長(zhǎng)江流域尾礦庫(kù)存在的問(wèn)題主要有以下方面。①歷史堆存量大，區(qū)域跨度大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡。長(zhǎng)江流域在用尾礦庫(kù)主要集中于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)資源依賴(lài)性顯著，地區(qū)尾礦綜合利用壓力大。②尾礦長(zhǎng)期堆存，安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)并存。長(zhǎng)江中上游及支流部分尾礦庫(kù)分布于沿江不足3 km范圍內(nèi)，部分停用時(shí)間超三年且未做相關(guān)閉庫(kù)措施，安全風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)污染風(fēng)險(xiǎn)長(zhǎng)期存在。以云南省為例，2020—2022年尾礦庫(kù)數(shù)量分別為588座、523座和489座，總體上呈遞減趨勢(shì)，但總量仍接近500座，堆存尾礦種類(lèi)主要有鉛鋅尾礦、銅尾礦、鐵尾礦、鈦尾礦和錫尾礦五種（圖2）。　　圖2 2020—2022年云南省不同類(lèi)型金屬尾礦庫(kù)數(shù)量　　2　　尾礦產(chǎn)生量情況　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、浮選技術(shù)的提升及有色金屬需求的增加，我國(guó)礦石處理量處于快速增長(zhǎng)階段。2011—2021年，我國(guó)尾礦的產(chǎn)生量始終圍繞15（±3）億t波動(dòng)（圖3）。2018年供給側(cè)改革初顯成效，大量小礦山關(guān)停，尾礦產(chǎn)生量出現(xiàn)最大降幅，而后逐年回升。2021年，受全球貨幣政策寬松、金屬工業(yè)品需求旺盛及新冠肺炎疫情等因素影響，工業(yè)品價(jià)格全年處于高位運(yùn)行，高利潤(rùn)是礦山保持高效生產(chǎn)的核心驅(qū)動(dòng)力，因此，各類(lèi)尾礦產(chǎn)生量均出現(xiàn)普遍性增長(zhǎng)。　　圖3 2011—2021年我國(guó)尾礦綜合利用情況　　2021年，我國(guó)尾礦總產(chǎn)生量14.19億t，同比增長(zhǎng)9.58%。其中，鐵尾礦產(chǎn)生量約6.11億t，占比43.06%；銅尾礦產(chǎn)生量約3.92億t，占比27.63%；黃金尾礦產(chǎn)生量約1.61億t，占比11.35%；其他金屬尾礦產(chǎn)生量約1.35億t，占比9.50%；非金屬尾礦產(chǎn)生量約1.20億t，占比8.46%?！　?　　尾礦綜合利用情況　　3.1綜合利用研究進(jìn)展　　尾礦綜合利用研究關(guān)注點(diǎn)為尾礦作為二次資源再選和尾礦的整體利用。比如從鎢鉬尾礦中綜合回收鎢、鉬、鉍、銅、鋅，從多金屬硫化尾礦中綜合回收絹云母、鐵、硫、鉛、鋅、銀、銻；整體利用包含尾礦制建筑材料、尾礦代替水泥鐵質(zhì)校正材料等。尾礦綜合利用研究主要涉及鐵尾礦、石棉尾礦、含鈮尾礦、鉬尾礦、銅尾礦、鎢尾礦、磷尾礦、黃金尾礦、稀土尾礦、錫尾礦、釩鈦磁鐵礦尾礦、菱鎂礦尾礦等，其中，值得重點(diǎn)關(guān)注的研究成果有石棉尾礦制備高純超細(xì)氫氧化鎂和高純超細(xì)高比表面積白炭黑是一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)效益明顯的路線(xiàn)；鉬尾礦合成制造金云母、玻璃、混凝土小型空心砌磚等建筑材料；鉬尾礦還可以用作農(nóng)業(yè)肥料。綜合分析，尾礦綜合利用途徑集中于有價(jià)元素回收、建筑材料、充填、復(fù)墾等方面?！　〉鲜鼍C合利用途徑均存在一定問(wèn)題，如從尾礦中提取有價(jià)元素，多為選礦工藝相對(duì)落后的歷史堆積尾礦；尾礦建材化雖有一定進(jìn)展，但受到環(huán)境安全、工藝穩(wěn)定性和產(chǎn)業(yè)化等因素制約，未得到持續(xù)性的發(fā)展；尾礦制作農(nóng)用肥料和主流的肥料生產(chǎn)企業(yè)相比，整體效益不足以支撐該模式下的投入。這些問(wèn)題也是導(dǎo)致在國(guó)家政策層面大力支持尾礦固廢資源化，但利用率僅為30%左右的主要原因?！　≡趨^(qū)域尾礦資源綜合利用方面，鈦尾礦、鐵尾礦利用潛力較大。其中，鈦尾礦因采礦工藝為地表水采，且選礦工藝多為磁選和重選，其尾礦為土壤顆粒的水力沉積，因此，鈦尾礦土壤化具有較大的市場(chǎng)前景。銅尾礦、鉛鋅尾礦、黃金尾礦的規(guī)?；萌匀幻媾R較大的挑戰(zhàn)，究其原因，與礦石的成礦機(jī)理和選礦工藝有直接關(guān)系。礦石選別過(guò)程中工藝選擇、藥劑的添加成分及比例直接影響固體廢物屬性，從而間接影響規(guī)模化固體廢物綜合利用?！　〗陙?lái)，從單純的尾礦作為充填材料、路基材料等砂石材料利用模式，逐步轉(zhuǎn)化成大量利用尾礦中的高含量元素Ca、Mg和主要元素Si、Al制備輕質(zhì)、隔熱、耐火等多功能高附加值材料利用模式。河南省嵩縣柿樹(shù)底金礦在尾礦綜合利用方面取得了實(shí)質(zhì)進(jìn)展，建成充填系統(tǒng)，將浮選尾礦振動(dòng)篩分，中細(xì)粒徑尾砂用于井下采空區(qū)充填，粗粒徑尾砂脫水后，可作為建筑石料對(duì)外銷(xiāo)售，將“廢品”變成資源，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益相統(tǒng)一?！　【C上所述，尾礦綜合利用規(guī)模化、無(wú)害化既是整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的難點(diǎn)，也是科技進(jìn)步和技術(shù)應(yīng)用的痛點(diǎn)?！　?.2利用量及利用方向　　根據(jù)工業(yè)固廢網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)尾礦綜合利用量達(dá)到5.00億t，利用率達(dá)到35.24%，同比增長(zhǎng)了3.47%（圖3）。目前，尾礦綜合利用的方式有有價(jià)組分回收、礦山井下充填、生產(chǎn)建筑用砂、輕質(zhì)砌塊和條板、路基墊層料、礦山植被復(fù)墾、填海造地等途徑。綜合利用占比最大的方式是尾礦洗砂和尾礦充填，占比約為84.5%。　　1）建筑材料。尾礦中含有Si、Al等元素，將尾礦用作建材原料可以減少傳統(tǒng)建筑材料開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)尾礦的大宗消納，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，在建筑材料方面，尾礦主要應(yīng)用于分選機(jī)制砂、生產(chǎn)加氣塊、加氣條板、免燒磚、透水磚、干混預(yù)拌砂漿、特種砂漿、混凝土摻合料、微晶玻璃、發(fā)泡陶瓷、陶粒輕骨料及路基等領(lǐng)域。　　2）尾礦充填。尾礦充填可以大量消納尾礦，是極其有效的尾礦減量化利用技術(shù)之一。礦山的充填經(jīng)歷了干式充填、水力充填、膠結(jié)充填以及膏體充填等階段。近年來(lái)，隨著新一輪找礦戰(zhàn)略突破行動(dòng)，以及礦業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的作用日益突出，礦石價(jià)格回升和技術(shù)發(fā)展同時(shí)促進(jìn)了充填采礦技術(shù)的迅速發(fā)展，其中具有代表性的是全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)和高水固結(jié)全尾砂充填技術(shù)，近年來(lái)新建的礦山多采取充填采礦技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，真正實(shí)現(xiàn)了“無(wú)尾礦山”?！　?）二次分選及有價(jià)組分回收。由于特定時(shí)期工藝和設(shè)備等原因，選礦后排出的尾礦仍有多種共伴生有價(jià)組分未被完全提取與回收，目前主要集中于鐵、銅、金、銀、鈦等有價(jià)金屬和云母、石英等非金屬礦物的回收方面，提取方法主要有磁選、浮選、反浮法、重選耦合等多種選礦法?！　?）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。目前，尾礦用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要有三個(gè)方向：一是利用尾礦中含有的Zn、Mn、Cu、Mo、P等植物生長(zhǎng)必備微量元素，經(jīng)處理將其制成化肥，以達(dá)到提高土壤肥力的作用；二是土壤改良劑，尾礦中的有效組分與土壤有害物質(zhì)反應(yīng)，達(dá)到以廢制廢、修復(fù)土壤環(huán)境的目的；三是采用微生物法或者生物法進(jìn)行尾礦庫(kù)復(fù)墾?！　?.3存在問(wèn)題及解決途徑　　1）存在問(wèn)題。我國(guó)尾礦處理目前存在的主要問(wèn)題有：①歷史存量尾礦量大，占用大量的土地；②尾礦堆存存在潰壩和污染生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)；③尾礦入庫(kù)堆存仍然是新增尾礦的主要處置方式?！　?）現(xiàn)有技術(shù)。尾礦處置以尾礦庫(kù)堆存及綜合利用為主。專(zhuān)利的申請(qǐng)和授權(quán)能夠有效展示研究熱度及技術(shù)前沿，尾礦綜合利用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)及授權(quán)情況如圖4所示?！　D4 2021年尾礦綜合利用相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)與授權(quán)情況　　從專(zhuān)利授權(quán)領(lǐng)域看，尾礦專(zhuān)利授權(quán)集中在尾礦充填、尾礦制備建材、有價(jià)組分回收、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，其中，尾礦充填方向占比42%，尾礦制備建材方向占比33%，有價(jià)組分回收占比19%，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域占比3%，其他領(lǐng)域占比3%（圖5）。　　圖5 2021年尾礦綜合利用相關(guān)授權(quán)專(zhuān)利涉及主要領(lǐng)域　　從申請(qǐng)人看，2021年昆明理工大學(xué)獲得尾礦綜合利用相關(guān)專(zhuān)利授權(quán)18件，主要集中在尾礦協(xié)同脫硫、鈍化重金屬、有價(jià)組分提取及尾礦制備建材等方向；其次為鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，獲得相關(guān)專(zhuān)利授權(quán)4項(xiàng)，主要集中在尾礦制備吸附劑和絮凝劑方向?！　〖夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施體現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的成熟度。現(xiàn)行尾礦綜合利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)21項(xiàng)，其中，推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)（黑色冶金方向7項(xiàng)，建材方向1項(xiàng)）、地方標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)（河北省4項(xiàng)，江西省2項(xiàng)，青海省、安徽省、福建省、吉林省各1項(xiàng)）?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要集中在用于水泥、混凝土中的摻合料，礦山修復(fù)及治理，制備燒結(jié)磚及加氣混凝土砌塊方面?！　?）解決途徑。區(qū)域尾礦資源處置的建議：①采用原位封存及植被生態(tài)恢復(fù)技術(shù)實(shí)施尾礦庫(kù)生態(tài)閉庫(kù)，使其與周邊自然環(huán)境融為一體；②研發(fā)“安全+生態(tài)”集成技術(shù)，突破應(yīng)急主管部門(mén)或生態(tài)主管部門(mén)單向管控尾礦庫(kù)的現(xiàn)狀；③尾礦實(shí)現(xiàn)資源處置的關(guān)鍵在于選礦環(huán)節(jié)產(chǎn)生尾礦的減量化?！　?.4重點(diǎn)技術(shù)及應(yīng)用案例　　結(jié)合工作實(shí)踐，部分項(xiàng)目成功實(shí)施并取得了較為突出的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文主要介紹兩種重點(diǎn)技術(shù)及應(yīng)用情況?！　?.4.1磷石膏回采技術(shù)　　為解決某歷史遺留磷礦區(qū)生態(tài)修復(fù)充填材料來(lái)源困難的問(wèn)題，由多家企業(yè)、高校合作成立了新型礦山生態(tài)修復(fù)充填材料專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)采用磷石膏作為主要原料生產(chǎn)礦山生態(tài)修復(fù)充填材料進(jìn)行了研究與開(kāi)發(fā)，所得磷石膏基新型生態(tài)修復(fù)材料能夠滿(mǎn)足礦坑充填材料各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)要求。該技術(shù)的合理推廣，可以解決流域遺留礦坑修復(fù)材料短缺的問(wèn)題，推進(jìn)流域生態(tài)修復(fù)工作，改善流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀?！　?）回采方式：露天開(kāi)采?！　?）回采范圍：結(jié)合《磷石膏庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》（AQ 2059—2016）要求及工程實(shí)際，壩前150.0 m范圍作為禁采區(qū)，不考慮回采?；夭煞譃槟蠀^(qū)和北區(qū)，交替實(shí)施?！　?）回采工藝：南區(qū)、北區(qū)回采時(shí)，總體由庫(kù)尾向壩前方向進(jìn)行。放礦時(shí)，將放礦管設(shè)置在壩體上，由壩前向尾部進(jìn)行放礦。南區(qū)和北區(qū)回采工藝相同，僅分區(qū)內(nèi)帶寬南區(qū)為40.0 m，北區(qū)為60.0 m?！　?）產(chǎn)品方案：回采出的磷石膏作為磷石膏基新型生態(tài)修復(fù)材料的原材料，磷石膏基新型生態(tài)修復(fù)材料作為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)示范項(xiàng)目的充填材料使用。　　5）生產(chǎn)能力：磷石膏的生產(chǎn)（回采）能力為240.0萬(wàn)m3/a。　　6）實(shí)施總結(jié)：磷礦生態(tài)修復(fù)區(qū)域由4個(gè)礦坑組成，生態(tài)修復(fù)面積102.66 hm2。4個(gè)礦坑進(jìn)行相應(yīng)的地表清理、防滲處理后采用磷石膏基生態(tài)修復(fù)材料進(jìn)行回填，回填后表面做阻隔防滲處理，覆土并恢復(fù)為農(nóng)用地及林地。磷石膏的回采意義在于減少固廢堆存量、降低安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可有效解決區(qū)域（流域）歷史遺留礦山邊坡垮塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，景觀(guān)損毀區(qū)域的植被生態(tài)恢復(fù)等，突出緩減了企業(yè)固廢處置場(chǎng)的建設(shè)成本，尤其是在當(dāng)前基本農(nóng)田、公益林等用地審批難度大的背景下。與此同時(shí)，也能積極推進(jìn)當(dāng)?shù)卣鋵?shí)歷史遺留礦山生態(tài)修復(fù)工作。因此，該案例應(yīng)用場(chǎng)景為廢棄礦山治理下的固廢規(guī)模化處理提供了新的途徑。　　3.4.2高濃度細(xì)粒級(jí)全尾砂充填技術(shù)　　1）技術(shù)簡(jiǎn)介。高濃度細(xì)粒級(jí)全尾砂充填技術(shù)已列入金屬尾礦綜合利用先進(jìn)實(shí)用技術(shù)目錄，采用特殊的立式砂倉(cāng)脫水，可將極細(xì)粒級(jí)全尾砂（-20μm全尾砂約占40%）直接制備成高濃度（74%以上）砂漿，并聯(lián)合深井開(kāi)采全尾砂高濃度充填料漿自流管輸降壓技術(shù)及采場(chǎng)泄水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)立式砂倉(cāng)流態(tài)化全尾砂高濃度連續(xù)充填，解決深部高大采場(chǎng)嗣后充填問(wèn)題?！　∥采俺涮詈团欧殴に囍械年P(guān)鍵設(shè)備是新型高效全尾砂濃縮貯存裝置。結(jié)合傳統(tǒng)的立式砂倉(cāng)，通過(guò)合理的活化設(shè)施布置，將選礦廠(chǎng)全尾砂直接泵入尾砂濃縮貯存裝置，經(jīng)高效沉淀、澄清脫水，采用高壓水/氣活化尾砂等流程，直接制備出高濃度全尾砂料漿或膏體，用于充填或者干式堆放。低成本、穩(wěn)定、高濃度的尾砂脫水和給料是保障尾砂充填及排放工藝正常生產(chǎn)的關(guān)鍵?！　≡摷夹g(shù)通過(guò)合理的噴咀設(shè)施造漿技術(shù)，以及噴咀布置，將選礦廠(chǎng)全尾砂直接泵（注）入砂倉(cāng)，經(jīng)高效沉淀、澄清脫水，采用高壓水/氣活化尾砂，直接制備出高濃度全尾砂料漿或膏體，全部用于充填?！　?）應(yīng)用案例及推廣前景。尾礦空區(qū)膏體充填機(jī)安全無(wú)害處理技術(shù)領(lǐng)域的革新和開(kāi)發(fā)，從源頭解決尾礦、煤矸石造成的一系列環(huán)保問(wèn)題和安全問(wèn)題，自主研發(fā)充填工業(yè)泵、膏體濃密機(jī)、礦用混凝土泵、礦用濕噴機(jī)、礦用清倉(cāng)機(jī)等高端環(huán)保裝備，已完成的或在建的項(xiàng)目有云南金沙公司因民銅礦、云南保山核桃坪鉛鋅礦、新疆阿希金礦、貴州開(kāi)陽(yáng)磷礦、安徽銅陵有色冬瓜山銅礦等?！　「邼舛燃?xì)粒級(jí)全尾砂充填技術(shù)能提高礦山的資源利用率，是充分利用尾礦資源發(fā)展節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的直接有效途徑。該項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，擁有廣闊的推廣應(yīng)用前景?！　?）實(shí)施總結(jié)：全尾砂充填的意義在于實(shí)現(xiàn)“無(wú)尾”礦山，推進(jìn)無(wú)廢“礦山”建設(shè)，同時(shí)可以有效解決礦山地下開(kāi)采的采空區(qū)治理，均已得到國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)的認(rèn)可。與此同時(shí)，將井下充填技術(shù)延伸至露天采坑尾礦固結(jié)充填領(lǐng)域是行業(yè)新技術(shù)研發(fā)的方向之一?！　?　　結(jié)論及展望　　1）綜合分析，尾礦的綜合利用途徑主要為回收有價(jià)組分、研發(fā)建筑材料或回填料，多功能高附加值材料利用模式也得到了關(guān)注和實(shí)踐。近年來(lái)，云南省在尾礦、磷石膏回采工程中，結(jié)合歷史遺留廢棄露天采坑的治理和回填，既解決了歷史遺留廢棄礦山的治理問(wèn)題，同時(shí)又消耗了部分大宗工業(yè)固體廢物，但是相比總體工業(yè)固體廢物存量，占比仍舊很小?！　?）尾礦井下充填為國(guó)家鼓勵(lì)的新技術(shù)，已得到了廣泛應(yīng)用。工程實(shí)踐中仍存在建設(shè)成本高、推廣程度不足等問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從政策導(dǎo)向和技術(shù)開(kāi)發(fā)的角度，研發(fā)露天采坑閉坑或政策原因退出（停產(chǎn)）的固體廢物充填技術(shù)?！　?）對(duì)于尾礦綜合利用的研究方向，今后應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下方面：①尾礦的化學(xué)改性技術(shù)，使其改性后能夠穩(wěn)定滿(mǎn)足工程和環(huán)保的要求，更多地應(yīng)用于實(shí)際工程；②尾礦中超標(biāo)因子采用植物或者微生物的方式控制，并使其轉(zhuǎn)變?yōu)橥?，尾礦成土后將成為一種高價(jià)值資源?！　?）尾礦綜合利用后的場(chǎng)地生態(tài)環(huán)境不容樂(lè)觀(guān)，因此，現(xiàn)有尾礦庫(kù)完成回采后的場(chǎng)地污染防控也需要引起重視。　　出版信息　　第一作者簡(jiǎn)介　　施燦海：男，白族，云南洱源人，高級(jí)工程師，主要從事固廢（尾礦）處置及礦山生態(tài)修復(fù)方面的研究工作。單位：昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司?！　⊥ㄓ嵶髡吆?jiǎn)介　　藍(lán)蓉：女，漢族，山東青島人，正高級(jí)工程師，主要從事固廢（尾礦）處置及礦山生態(tài)修復(fù)方面的研究工作。單位：昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司。　　引用格式　　施燦海，劉明生，程立家，等.尾礦綜合利用研究進(jìn)展及工程實(shí)踐[J].中國(guó)礦業(yè)，2024，33（2）：107-114.　　SHI Canhai，LIU Mingsheng，CHENG Lijia，et al.　　Research progress and engineering practice on comprehensive utilization of tailings[J].China Mining Magazine，2024，33（2）：107-114.

我國(guó)主要工業(yè)固廢利用技術(shù)路線(xiàn)圖

　　工業(yè)固體廢物是指在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物。固體廢物的一類(lèi)，簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)廢物，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排入環(huán)境的各種廢渣、粉塵及其他廢物?？煞譃橐话愎I(yè)廢物（如高爐渣、鋼渣、赤泥、有色金屬渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、廢石膏、脫硫灰、電石渣、鹽泥等）和工業(yè)有害固體廢物，即危險(xiǎn)固體廢物?！　∫弧⒎诸?lèi)　　工業(yè)固體廢物分為兩類(lèi)，一般工業(yè)固體廢物和危險(xiǎn)固體廢物?！　∥ｋU(xiǎn)廢物的鑒別應(yīng)按照以下程序進(jìn)行：依據(jù)《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》、《固體廢物鑒別導(dǎo)則》判斷待鑒別的物品、物質(zhì)是否屬于固體廢物，不屬于固體廢物的，則不屬于危險(xiǎn)廢物?！　D片取自網(wǎng)絡(luò)　　二、利用情況及危害　　隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)廢物數(shù)量日益增加。尤其是冶金、火力發(fā)電等工業(yè)排放量最大。工業(yè)廢物數(shù)量龐大，種類(lèi)繁多，成分復(fù)雜，處理相當(dāng)困難。如今只是有限的幾種工業(yè)廢物得到利用，如美國(guó)、瑞典等國(guó)利用了鋼鐵渣，日本、丹麥等國(guó)利用了粉煤灰和煤渣。其他工業(yè)廢物仍以消極堆存為主，部分有害的工業(yè)固體廢物采用填埋、焚燒、化學(xué)轉(zhuǎn)化、微生物處理等方法進(jìn)行處置；有的投入海洋?！　」I(yè)廢物消極堆存不僅占用大量土地，造成人力物力的浪費(fèi)，而且許多工業(yè)廢渣含有易溶于水的物質(zhì)，通過(guò)淋溶污染土壤和水體。粉狀的工業(yè)廢物，隨風(fēng)飛揚(yáng)，污染大氣，有的還散發(fā)臭氣和毒氣。有的廢物甚至淤塞河道，污染水系，影響生物生長(zhǎng)，危害人體健康?！　D片取自網(wǎng)絡(luò)　　三、主要工業(yè)固廢利用技術(shù)線(xiàn)路圖　　1、煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石，包括巷道掘進(jìn)過(guò)程中的掘進(jìn)矸石、采掘過(guò)程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過(guò)程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（鎵、釩、鈦、鈷）。　　圖片取自網(wǎng)絡(luò)　　2、粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠(chǎng)排出的主要固體廢物。我國(guó)火電廠(chǎng)粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠(chǎng)的粉煤灰排放量逐年增加，成為我國(guó)當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一。大量的粉煤灰不加處理，就會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣；若排入水系會(huì)造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)人體和生物造成危害。但粉煤灰可資源化利用，如作為混凝土的摻合料等。　　3、氣化渣是氣化爐生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣。煤氣化渣在建工建材方面的應(yīng)用主要包括制備陶粒、水泥、混凝土墻體材料以及磚材等，是煤氣化渣規(guī)?；{的重要途徑。煤氣化渣中含有大量硅鋁氧化物，具有一定的火山灰活性，可用作水泥原料?！　?、工業(yè)副產(chǎn)石膏也稱(chēng)化學(xué)石膏，是在工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中由化學(xué)反應(yīng)生成的以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品，其中占主要地位的是磷肥生產(chǎn)過(guò)程中排放的二水磷石膏，其次為煙氣脫硫石膏和氟石膏，還有少量的鈦石膏、鹽石膏、檸檬酸石膏等。工業(yè)副產(chǎn)石膏在生產(chǎn)過(guò)程中含有多種雜質(zhì)，須經(jīng)過(guò)一定處理后才能得到較好的利用。

洛陽(yáng)綠筑建筑材料有限公司升級(jí)改造項(xiàng)目 竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)報(bào)告表公示

什么是鋁灰，鋁灰怎么處置？

　　鋁灰是鋁液鑄錠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一種浮渣，是制鋁工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒有害固體廢棄物，一方面含有大量的金屬鋁及鋁的化合物，具有較高的工業(yè)回收和再利用價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)的鋁灰處理方式主要分為鋁灰回收、無(wú)害化處理和資源化再生利用?！　”頌槟硰S(chǎng)二次鋁灰典型成份　　PART/1　　鋁灰的分類(lèi)　　按最新《2021年危險(xiǎn)廢物名錄》鋁灰分為：　　①危廢代碼：321-026-48，是有色金屬采選和冶煉廢物鋁灰是再生鋁和鋁材加工過(guò)程中，廢鋁及鋁錠重熔、精煉、合金化、鑄造熔體表面產(chǎn)生的鋁灰渣，及其回收鋁過(guò)程產(chǎn)生的鹽渣和二次鋁灰，R。　?、谖U代碼：321-034-48，鋁灰熱回收鋁過(guò)程煙氣處理集（除）塵裝置收集的粉塵，鋁冶煉和再生過(guò)程煙氣（包括：再生鋁熔煉煙氣、鋁液熔體凈化、除雜、合金化、鑄造煙氣）處理集（除）塵裝置收集的粉塵，T，R?！　、畚U代碼：321-024-48，電解鋁鋁液轉(zhuǎn)移、精煉、合金化、鑄造過(guò)程熔體表面產(chǎn)生的鋁灰渣，以及回收鋁過(guò)程產(chǎn)生的鹽渣和二次鋁灰，R，T?！　、芪U代碼：321-023-48，電解鋁生產(chǎn)過(guò)程電解槽陰極內(nèi)襯維修、更換產(chǎn)生的廢渣（大修渣），T?！　、菸U代碼：321-025-48，電解鋁生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的炭渣，T?！　ART/2　　鋁灰的危害　　對(duì)人類(lèi)健康的影響。鋁灰中的鋁含量很高，長(zhǎng)期接觸可能會(huì)導(dǎo)致多種健康問(wèn)題，如刺激眼睛、皮膚和呼吸道，引起皮膚紅腫、鼻塞、打噴嚏等癥狀。此外，鋁灰中的鋁元素還可能導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如癡呆、肌肉無(wú)力、頭痛、失眠等癥狀?！　?duì)環(huán)境的污染。鋁灰含有大量的鋁元素，如果被隨意丟棄，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。例如，如果鋁灰進(jìn)入土壤或水源，可以破壞生態(tài)平衡，影響生物多樣性。鋁灰還釋放二氧化碳等有害氣體，對(duì)大氣造成負(fù)面影響。鋁灰中的有害物質(zhì)將污染到人類(lèi)的生活環(huán)境，直接危害人的身體健康。長(zhǎng)期暴露在鋁灰中的人會(huì)出現(xiàn)呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等多種病癥。　　對(duì)土壤和水資源的污染。鋁灰對(duì)環(huán)境的主要污染是氟的污染，鋁灰里的含氟量超出正常規(guī)定值的3-4倍。鋁灰里大量的氟元素會(huì)對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染，人畜飲用后會(huì)對(duì)身體造成嚴(yán)重影響，氟和人體骨骼的主要成分鈣反應(yīng)，破壞骨骼的含鈣量，造成缺鈣，骨骼松軟，牙齒脫落等。鋁灰對(duì)環(huán)境還會(huì)造成粉塵、氨氣等污染，鋁灰遇水呈堿性，會(huì)破壞土壤酸堿度。　　PART/3　　常用的鋁灰渣回收基本工藝流程包括以下步驟：　　1.破碎：將回收的鋁灰渣、鑄造廢型砂，通過(guò)料倉(cāng)經(jīng)封閉式輸送機(jī)輸送到球磨機(jī)進(jìn)行破碎?！　?.球磨：對(duì)已進(jìn)行破碎步驟的鋁灰渣，進(jìn)一步球磨?！　?.篩分：一般采用滾筒篩，篩分筒在一定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，物料自上而下通過(guò)篩分筒得到分離，細(xì)料從篩分筒前端下部排出，粗料從篩分筒下端尾部排出，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理能力大、干濕料皆適用，滾筒篩可有效篩分出不同粒級(jí)的金屬鋁顆粒，同時(shí)篩分出的鋁較干凈。經(jīng)篩分后的物料分為鋁屑/粒和粉料(二次鋁灰)，鋁屑/?？梢酝馐劢o鋁加工企業(yè)進(jìn)行回爐，剩下的粉料主要含氧化鋁，可以送水泥廠(chǎng)作為輔助材料使用。　　4、利用：經(jīng)篩分后的物料分為鋁屑/粒和粉料（二次鋁灰），鋁屑/粒外售給鋁型材加工企業(yè)或鋁錠和鋁棒生產(chǎn)企業(yè)回爐，有一部分公司使用自己配套熔煉爐做成鋁錠后外售。剩下粉料（主要含氧化鋁）送水泥廠(chǎng)作為輔助材料使用。　　鋁灰處理工藝流程應(yīng)確保整個(gè)回收過(guò)程安全無(wú)塵，不對(duì)環(huán)境造成二次污染?！　ART/4　　鋁灰該怎么處置：　　鋁灰渣遇水會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，釋放氨氣，受潮也容易自燃，所以企業(yè)在處理鋁灰時(shí)，需要按照危險(xiǎn)廢物管理的有關(guān)要求，對(duì)產(chǎn)生的鋁灰等危險(xiǎn)廢物進(jìn)行申報(bào)登記，妥善處置，以確保環(huán)境安全。　　一、規(guī)范設(shè)置貯存場(chǎng)所，設(shè)置識(shí)別標(biāo)志和落實(shí)防護(hù)措施，做好分類(lèi)收集貯存，確保管理臺(tái)賬到位;　　二、應(yīng)落實(shí)危險(xiǎn)廢物全生命周期監(jiān)控系統(tǒng)管理要求，建立管理臺(tái)賬，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物可追溯、可查詢(xún)。　　三、依法交有資質(zhì)的危險(xiǎn)廢物處置單位利用處置。對(duì)受托方的主體資格和技術(shù)能力進(jìn)行核實(shí)，并在合同中約定相應(yīng)的污染防治要求?！　“鏅?quán)申明：版權(quán)歸原作者所有，如涉及作品版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將第一時(shí)間刪除內(nèi)容！