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1、,矿业固体废物处理与利用,矿业固体废物,我国有95以上的能源、80以上的工业原料、70以上的农业生产资料等都来自矿产资源。 全世界每年排出的矿业固体废物100亿吨以上。,矿业固体废物的组成,矿物固体废物：主要是指废石和尾矿 废石为矿山开采过程中剥离及掘进时产生的无工业价值的矿床围岩和岩石； 尾矿为矿石选出精矿后剩余的废渣。 矿业固体废物中的矿物组成与原矿大致相同,含氧盐矿物,含氧盐矿物占已知矿物总数的2/3左右，在地壳的分布极为广泛 硅酸盐矿物: 组成岩石的主要成分，已知硅酸盐矿物约800种之多，约占矿物总数的1/4，占地壳总质量的80。是许多非金属矿产和稀有金属矿产的来源，如云母、石棉、长石
2、、滑石、高岭石以及Be、Li、Zr、Rb、Cs等。 根据硅酸盐骨架结构类型（络阴离子类型）的不同，可以将其分为岛状构造、链状构造、层状构造和架状构造硅酸盐矿物四类。 碳酸盐矿物:在自然界中分布较广，已知矿物约80种之多，占地壳总量的1.7%。其中以Ca、Mg碳酸盐矿物最多，其次为Fe、Mn等碳酸盐矿物。 硫酸盐矿物:在自然界中产出约有260种之多，但仅占地壳总质量的0.1%。其中常见和具有工业意义的矿物不多，主要是作为非金属矿物原料（如石膏）。 其他含氧盐矿物:较常见的有磷酸盐、钨酸盐和钼酸盐，其他不常见的有硼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、硝酸盐矿物等。,氧化物和氢氧化物矿物,简单氧化物: 化学成分简
3、单，常由一种金属阳离子和氧结合而成的化合物。它有A2X型（赤铜矿Cu2O）、AX型（黑铜矿CuO）、A2X3型（赤铁矿Fe2O3）和AX2型（金红石TiO2）。 复杂氧化物:由两种或两种以上的阳离子和氧结合而成的化合物。有ABX3型（钛铁矿FeTiO3）、AB2X4型（尖晶石MgAl2O4）和AB2X6型铌铁矿(Fe，Mn)Nb2O6。 氢氧化物:氢氧化物包括H2O、OH、H和金属的化合物。主要阳离子为Fe3+、Al3+、Mn4+、Mn 2+、Fe2+等。其中以Fe 3+、Al 3+的氢氧化物分布最广，其次为Mn4+或Mn2+的氢氧化物。至于Mg2+、Fe2+的氢氧化物则数量有限。,硫化物及其
4、类似化合物矿物,硫化物及其类似化合物矿物主要为金属硫化物，包括金属与硒、碲、砷、锑等的化合物。总数约350种左右，按质量约占地壳总质量的0.15%，其中以铁的硫化物为主,有色金属铜、铅、锌、锑、汞、镍、钴等也以硫化物为主要来源。 简单硫化物:简单硫化物指阴离子为简单的S2、Se2、Te2、As3-与金属阳离子结合而成的化合物，如方铅矿PbS、黄铜矿CuFeS2、雌黄As2S3等。 复硫化物:复硫化物又称对硫化物或二硫化物，属于AX2型化合物。它是对阴离子、等与金属阳离子结核而成的化合物。它与简单硫化物的主要区别在于阴离子不是简单的、等、而是由两个院子以共价键结核组成的阴离子团。即所谓“偶离子团
5、”。,其他矿物,固体废物中除以上三种矿物外，还有的含卤化物单质矿物，但数量较小。 卤化物矿物：卤族元素氟、氯、溴、碘与惰性型离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+等组成等化合物。卤族元素也可以与铜离子、铅离子、银离子等阳离子形成化合物,但少见。 自然元素矿物：自然界中的矿物有三千余种，而自然元素矿物仅有一百多种，约占地壳总质量的0.1，是数量最少的一类矿物。常见的矿物是自燃金、铂族矿物、金刚石和石墨等。形成自然元素的矿物元素有金属、半金属和非金属、他们是Au、Ag、Cu、Pt族元素、As、Sb、Bi、C、S等。这些元素之所以能形成单质矿物，有的是由于化学性质的惰性，如Au、Pt等。有的虽然化学性
6、质比较活波，但它们在一定条件下易于从化合物种还原出来,如铜、银等。,矿业固体废物的性质,矿业固体废物的组成和性质是其资源化的重要依据。 物理性质：包括光学性质、力学性质、磁学性质、电学性质和表面性质等。 光学性质：矿物的光学性质是矿物对光线的吸收、折射和反射所表现的各种性质，包括颜色、光泽、透明度等。这些性质是相互关联的。,力学性质,废物在外力作用下所表现的物理机械性能，称为废物的力学性质，包括废物的硬度、韧性、相对密度等性能。 废物的硬度是指废物抵抗某种外来某些作用的能力，可借助测定矿物硬度的方法来测定。废物的硬度与废物粉碎关系密切。废物硬度不同，粉碎的难度、粉碎所需要的时间、设备也不同。硬
7、度越大、越难粉碎，粉碎时消耗的能量也越大。 硬度不同的废物，其应用价值不同。硬度大的废物可以作为磨料使用，硬度小的废物可以作为填料使用。,电学性质,导电性：矿物对电流的传导能力，称为矿物的导电性，有的矿物几乎完全不导电，是绝缘体，如白云母等。有的矿物则像金属一样极易导电，如自然金、自然银以及辉铜矿、磁黄铁矿等。一般金属矿物是良好的导体。 矿物的荷电性：矿物在受外力作用，如摩擦、加热、加压等影响下，发生带电现象的性能，称为荷电性。实质是矿物中的热能或机械能转化为电能形式。凡具有荷电的矿物，其导电性均极为低弱或者根本不具导电性。,磁性 （对磁选很重要）,矿物的磁性：指矿物能被永久磁铁或电磁铁吸引或
8、矿物本身能够吸引铁物质的性质。自然界具有磁性的矿物极为普遍，但磁性显著的矿物不多。 按比磁化系数的不同，矿物分为四类 强磁性矿物：比磁化系数大于3000106cm3/g，在弱磁场（9001200Oe）就能与其他矿物分离，如磁铁矿、磁黄铁矿等。 中磁性矿物：比磁化系数在6003000106cm3/g之间，在磁场强度20008000Oe才能与其他矿物分离，如钛铁矿、铬铁矿及含磁铁矿的赤铁矿等。 弱磁性矿物：比磁化系数大于（15600）106 cm3/g之间，在磁场强度10000Oe以上才能与其他矿物分离，如赤铁矿、褐铁矿、黑钨矿、辉铜矿、菱铁矿、黄铁矿等。 非磁性矿物：比磁化系数小于15106 c
9、m3/g的矿物，无法采用磁选分离法分离回收，如石英、方解石、长石等。,矿物的润湿性（对浮选很重要）,湿润性：矿物表面能否被液滴所湿润的性质。易被水湿润的矿物称为亲水性矿物，如云母、石英、方解石等。不易被水湿润的矿物称为疏水性矿物，如滑石、石墨、辉钼矿、方铅矿、黄铜矿等。 矿物的湿润性主要由矿物内部构造所决定。分子键矿物为疏水性，即难湿润的矿物，如方铅矿。原子键矿物为亲水性，即湿润性强的矿物，如石英。 矿物在水介质中是浮还是沉，其主导作用是其润湿性,化学性质,矿物中的原子、离子、分子，借助于不同的化学键的作用，处于暂时的相对平衡状态。当矿物于空气、水等接触时，将引起不同的物理、化学变化，如氧化、
10、水解及水化等。因此。组成矿物中的质点相互排斥和吸引、化合与分解，必然产生一系列的化学性质，与固体废物资源化有关的性质主要包括矿物的可溶性、氧化性。,矿物的可溶性,矿物的可溶性：是矿物中有价成分浸出的重要依据。决定矿物水溶性的内在因素主要有四个。 晶格类型及化学键原子晶格及金属晶格的矿物在纯水中较难溶，如石英、自然铜等。过渡性金属键矿物在纯水中也难溶或极难溶，如方铅矿、辉铜矿等。典型离子晶格的矿物，在水中溶解速度较大，如食盐、钾盐等极易溶解。 电价和离子半径大小高电价、小半径的阳离子所组成的氧化物类矿物，水溶速度都很小，都属极难溶的矿物。 阴、阳离子半径之比在阴离子半径大大超过阳离子半径的情况下
11、（尤其时含氧盐），其阳离子半径大的矿物水溶速度小。 OH及H2O的影响一般，含有OH及H2O的矿物水溶速度都很大，如石膏、胆矾。,矿物的氧化性,矿物被氧化后，其成分、结构及矿物表面性质均发生变化，对废物的资源化利用具有较大影响。矿物氧化主要与环境中氧化剂的作用、矿物本身的性质、矿物的氧化与矿物的共生组合特征等有关。 （1）环境中氧化剂的作用： 水、氧是矿物氧化的重要因素。水中常常溶解有各种氧化剂（如氧气、二氧化碳、酸等）对矿物起破坏作用，水本身具有偶极性和解离性，能使很多矿物溶解于水。水是矿物氧化中最活跃的因素。二氧化碳在大气中的含量为0.03，它很容易溶解于水，在地表水中二氧化碳的含量可比大
12、气中多几百倍到一千倍以上。二氧化碳溶于水产生游离的碳酸，可溶解某些矿物，加速矿物的氧化进程。氧是矿物氧化中最强的氧化剂之一。氧的作用可使露天堆存的废矿物中的低价离子变成高价离子，氧化后废矿物的性质也随之改变，如硫化物氧化后，其中硫首先被氧化成硫酸根，形成硫酸盐类矿物： 因此，氧、二氧化碳以及溶解氧及二氧化碳的水是有力的氧化剂。它们与某些矿物起作用生成强氧化剂（如硫酸及硫酸铁），这些强氧化剂又能使矿物进一步氧化。因此氧化剂的存在是矿物遭受氧化的重要因素。,（2）矿物本身的性质：有的矿物，如自然金很难被氧化。有的矿物，如方铅矿氧化得很慢。而有的矿物，如铜、锌和银矿物则极易氧化、通常在金属矿物中，那
13、些缺氧的矿物（硫化物等）最易受氧化，而多数金属氧化物则很少受影响。如石英则有抵抗氧化的能力。一般含有低价离子的矿物比较容易受到氧化，硫化物是最容易氧化的矿物。 （3）矿物的氧化与矿物的共生组合特征：凡是种类复杂的矿物共生或伴生，其氧化速度较快，反之较慢。,粉煤灰,概述 粉煤灰组成 性质 处理与利用,概述,粉煤灰是目前排量较大、较集中的工业废渣之一。现阶段我国年排渣量已达3000万吨，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰、灰渣和灰水的排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理时，会产生扬尘，污染大气；排入水系会造成河流淤塞，而其中有毒的化学物质还会对人体和生物造成危害。因此粉煤灰的处理和利用问题引起人
14、们广泛的注意。,粉煤灰的组成,化学组成 SiO2 40%60 % Al2O3 20%30% Fe2O3 4%10%（高者15%20%） CaO 2.5%7%（高者15%20%） MgO 0.5%2.5%（高者5%以上） Na2O和K2O 0.5%2.5% SO3 0.1%1.5%（高者4%6%） 烧失量 3.0%30%,粉煤灰的矿物来源及组分,粉煤灰中的矿物来源于母煤，母煤中含有铝硅酸盐类粘土矿和氧化硅、黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物等矿物，而以铝硅酸盐类粘土和氧化硅为主。 粉煤灰的矿物组分主要可分为无定型相结合结晶相两大类。无定型相主要为玻璃体，约占粉煤灰总量的50-
15、80%，是粉煤灰的主要矿物成分，蕴涵有较高的化学内能，具有良好的化学活性。粉煤灰的结晶相主要有莫来石、石英、云母、长石、磁铁矿、赤铁矿和少量钙长石、方镁石、硫酸盐矿物、石膏、游离石灰、金红石、方解石等。,粉煤灰的性质,物理性质 （1）外观和颜色 （2）密度和容重 （3）堆密度 （4）空隙率 （5）细度 （6）需水量比,粉煤灰的性质,粉煤灰的活性 （1）概念 （2）粉煤灰活性的激发 （3）粉煤灰活性的评定 （4）粉煤灰的品质指标分级,粉煤灰的活性概念,粉煤灰是一种复杂的细分散性固体物质，粉煤灰的活性也叫“火山灰活性”。火山灰活性是指火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等天然火山灰物质所具有的这样一些性能
16、：其成分以SiO2和Al2O3为主（75-85），且含有相当多的玻璃体或其他无定型物质。,粉煤灰活性的激发,激发机理如下： （1）以石灰和石膏做激发剂的蒸气养护方法 （2）以石灰和水泥为激发剂的蒸压养护方法 （3）以水泥熟料和石膏为激发剂的常温激发方法,粉煤灰活性的评定,石灰吸收法：是将定量粉煤灰浸泡在石灰的饱和溶液中，测定每克粉煤灰在一定时间内的石灰吸收值。通常，石灰吸收值越大，粉煤灰活性越好 溶出度试验法 ：主要是用酸或碱处理粉煤灰，将其中可溶SiO2和Al2O3溶出，并测定其溶出度，作为评定粉煤灰活性指标 。 砂浆强度试验法：是在粉煤灰中掺入一定比例的石灰或水泥熟料，磨细到一定比表面积，配成石灰或水泥沙浆，做成一定尺寸试件，测定试件强度或与比试件的强度比，作为衡量粉煤灰活性指标。,粉煤灰质量指标分级（%）,粉煤灰的品质指标分级,粉煤灰的处理与利用,粉煤灰中有用物质的回收 （1）从粉煤灰中回收炭 ：脱炭可以用浮选法，也可以用电选法。 （2）从粉煤灰中回收氧化铁 ：粉煤灰中选铁可
