高炉矿渣特性对其活性和立磨生产的影响

　　高炉矿渣是高炉冶炼过程中产生的副产物，其主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3和MgO，其中含有Ti、S等微量元素，经研究，Ti含量的变化会影响高炉矿渣冲制过程中泡沫渣的含量。高炉不同的冲渣方式，导致高炉渣在高温冷却的速度不同，产生的高炉矿渣的结构也不同。同时高炉矿渣本身化学成分的波动，对高炉矿渣的排水、矿渣立磨的煤耗和台时产量以及矿渣粉的活性有密切的影响。　　1试验　　1.1原料　　我公司高炉产生的高炉矿渣，以及利用该高炉矿渣生产的矿渣粉，化学成分见表1。　　1.2高炉冲渣和立磨工艺布局　　我公司采用印巴法和明特法冲制高炉矿渣，经皮带运输至高炉矿渣料场，经自然堆放和晾晒72h后，作为矿渣立磨原料。矿渣立磨型号为德国莱歇生产的LM56.3+3，配套140GJ供热能力的热风炉。　　1.3试验方法　　（1）采用德国Bruke D8 Advance型X射线衍射仪分析不同冲渣制度下的高炉矿渣矿物结构。　　（2）使用实验室小磨，将烘干好的3kg高炉矿渣，粉磨40min后，测定比表面积，表征高炉矿渣易磨性。　　（3）按照GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的胶砂强度比法测定矿渣粉活性指数。　　2结果与讨论　　2.1不同冲渣方式对高炉矿渣矿物结构、易磨性和活性的影响　　测试了明特法与印巴法冲制的高炉矿渣的矿物组成，见图1，可知明特法冲制的高炉矿渣含有大量的钙铝黄长石（Ca2Al2SiO7）晶体，以及小部分的镁蔷薇辉石（Ca3MgSi2O8）晶体，通过定性分析，玻璃体的含量远小于钙铝黄长石晶体的含量，而钙铝黄长石晶体抑制矿渣粉的水化活性，其活性主要是玻璃体在碱性环境下的解聚产生的，通过对比可知，印巴法的热水冲渣制度下的矿渣，钙铝黄长石的晶体含量极少，且晶体形式主要以微晶状态存在，玻璃体含量高。　　测试了明特法与印巴法冲制的高炉矿渣的易磨性和活性指数，见表2，结合上述图1的XRD图谱可知：印巴法冷却液态渣速度较快，矿物结构以玻璃体为主，包含较高的能量，其机械粉磨做功较小，导致其易磨性（比表面积）较明特法冲制的高炉矿渣高30m2/kg，7d和28d活性指数分别高13%和12%。下文所讨论高炉矿渣和矿渣粉都采用印巴法冲制。　　图1明特法与印巴法两种冲渣制度下的矿渣粉的XRD图　　2.2高炉矿渣化学成分对活性的影响　　矿渣粉主要的结构为玻璃体结构，其水化活性的来源为高温的液态渣经急冷保存下来的能量，主要是其中的Al2O3经水化环境中的Ca(OH)2激活，反应生成具有胶凝特性的絮状结构的C-A-H（铝胶结构），C-A-H又与水化体系中的SO3反应，生成具有针棒状的AFt（钙矾石），在水泥硬化浆体中起骨架结构，增强水泥体系强度，宏观表征为矿渣粉具有活性。因此综合上述分析，影响矿渣粉活性的主要因素包含矿渣粉的Al2O3、SiO2和玻璃体含量。　　通过图2可知，Al2O3和SiO2含量的波动对矿渣粉的7d活性指数有较显著的影响，这是因为当矿渣中Al2O3含量高时，液态高炉渣的黏度较高，不易形成钙铝黄长石微晶，同时矿渣中玻璃体中的主要水化活性物质Al2O3较高。而矿渣中SiO2含量高时，矿渣的活性会出现明显的下降。因此需对两者综合考虑。　　图2矿渣中Al2O3和SiO2的含量变化与其7d活性指数的关系　　2.3高炉矿渣化学成分对易磨性的影响　　矿渣的易磨性不仅受到其冲渣方式的影响，也受到其化学成分的影响，分析了高炉矿渣中的化学成分对矿渣的易磨性和对立磨台时产量的影响，见图3，可见：在相同冲渣方式下，随着高炉矿渣中SiO2含量由32%上升至34%，高炉矿渣比表面积由420m2/kg降至400m2/kg。　　2.4高炉矿渣堆积密度对水分、立磨台时产量和煤耗的影响　　统计了2018年5月至6月时间段的高炉矿渣堆积密度和水分的数据，见图4，可知：从2018年5月下旬至6月，高炉矿渣堆积密度呈不断下降趋势，同时，高炉矿渣水分呈不断上升的趋势，表明了高炉矿渣堆积密度与水分有直接关系。　　按照入磨高炉矿渣的水分≤8.5%的要求，从图5中可以得出，对应的高炉矿渣堆积密度临界点为1060kg/m3，因此要求高炉矿渣的堆积密度不小于1060kg/m3，否则将严重影响矿渣粉的台时产量、煤耗等。图6为2018年5月份和6月份高炉矿渣水分对矿渣磨机台时产量曲线图，可以看出，随着矿渣水分增加，磨机的台时产量下降，主要原因为，高炉矿渣水分提高，磨机运行工况不稳定。　　同时，因高炉矿渣水分的提高，矿渣磨机的煤耗也呈上升趋势，通过测算可知，高炉矿渣水分每上升1%，矿渣立磨煤耗上升约0.5kg/t。　　图3高炉矿渣化学成分与易磨性变化对应关系　　图4 2018年5月份和6月份高炉矿渣堆积密度和水分的变化趋势　　图5高炉矿渣堆积密度和水分的关系　　图6高炉矿渣水分对立磨台时产量的影响　　3结论　　（1）印巴法冲制的高炉矿渣结构主要为活性高的玻璃体结构，明特法冲制的高炉矿渣主要为活性低的钙铝黄长石（Ca2Al2SiO7）晶体结构，且印巴法冲制的高炉矿渣易磨性要高于明特法冲制的。　　（2）高炉矿渣堆积密度≥1060kg/m3时，经堆放72h自然排水后，高炉矿渣水分可以控制在8.5%，有利于立磨煤耗的降低和台时产量的提高。　　（3）高炉矿渣中SiO2化学成分的升高会降低矿渣磨机台时产量。　　（4）高炉矿渣中对活性指数有益的化学成分为Al2O3，其对活性不利的成分为SiO2。　　作者：日照钢铁控股集团有限公司梁晓杰　　编辑：冶金渣与尾矿　　文章仅用于技术交流分享，如有冒犯请联系我们删除，感谢理解。

钢渣矿渣基全固废胶凝材料的水化反应机理

　　为了促进钢铁冶金渣的高附加值应用，以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料，研究了不同掺量CaO或Na2SO4对胶凝材料的化学活化作用，并利用XRD、SEM对掺入激发剂胶凝材料的水化产物进行了分析。结果表明，掺入少量CaO或者Na2SO4的胶凝材料净浆试块早期抗压强度会有一定的提高，后期强度变化不大；但当Na2SO4掺量超过2%时，净浆试块的抗压强度会降低。掺入激发剂对胶凝材料的水化产物种类不会造成影响，其水化产物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和氢氧化钙(CH)。　　1引言　　2013年，我国钢铁行业冶炼废渣产生量约4.13亿吨，但是钢渣的综合利用率还相对较低。付卫华等开展了钢渣的胶凝性能研究，结果表明：纯钢渣与水拌合后可缓慢硬化，但钢渣的胶凝性能很弱。Yan等等研究了钢渣胶凝材料的高温激发特性，结果表明，高温能够促进钢渣的水化反应，加速水化产物的生成。Takashima在800～1450℃将钢渣高温激发，可使钢渣中的γ-C2S(低胶凝性能)转变成为α型或α’型C2S(高胶凝性能)，再急冷后，得到的钢渣中含α型或α’型C2S较多，然后将这种被改性后的钢渣被作为高活性的掺合料使用在建筑工程水泥混凝土中，但是高温激发难以控制。采用化学激发法提高胶凝材料反应活性，系统的研究它们的激发规律，并分析它们的水化反应产物激发机理，这对全固废胶凝材料的开发和应用有重要意义。徐彬等的研究结果表明碱激发剂硅酸钠能够提高钢渣水泥的力学性能，掺硅酸钠的钢渣水泥28 d强度达到56.4 MPa。胡曙光等以水玻璃为激发剂激发钢渣水泥活性，当外加剂掺量不超过3%时，钢渣水泥的强度较快增长，当外加剂掺量超过3%时，28 d强度甚至有一定的下降。Tian等研究结果表明，掺入硫酸钠的钢渣-矿粉胶凝材料水化反应主要生成C-S-H凝胶、AFt晶体及少量的Ca(OH)2晶体。Cengiz等利用氢氧化钠、水玻璃和碳酸钠对钢渣进行活性激发，结果表明不同的激发剂均能对钢渣活性起到一定的激发作用。所以本课题选用CaO和Na2SO4作为激发剂，研究这两种激发剂对胶凝材料的化学活化规律，为促进钢铁冶金渣的高附加值应用奠定基础。　　2试验　　2.1试验原料　　图1钢渣的XRD图谱　　Fig.1 XRD pattern of steel slag　　钢渣：由河北省武安市裕华钢铁有限公司提供，其XRD图谱如图1，钢渣中含有较多的玻璃相，其主要矿物相为RO相(MgO、FeO和MnO的固溶体)、C3S、C2S、C2F、和少量CaO。矿渣采用河北金泰成建材股份有限公司提供的高炉水淬矿渣。脱硫石膏采用北京石景山热电厂提供的脱硫石膏。原料的化学成分分析结果见表1。　　根据Mason B提出的评价钢渣的碱度值(M)的计算办法，本课题所用钢渣的碱度为：M=w(CaO)/[w(SiO2)+w(P2O5)]=2.07，属于中碱度渣。　　表1主要原料化学成分分析结果(质量分数，%)　　Tab.1 Chemical composition of raw materials(mass fraction，%)　　2.2试验方法　　将破碎后的钢渣采用球磨机进行粉磨，试验中所用的球磨机为SMφ500×500试验磨。将钢渣、矿渣、石膏分别粉磨至比表面积为560 m2/kg、580 m2/kg和640 m2/kg，按钢渣、矿渣、石膏的质量比为20∶68∶12比例混合制备胶凝材料，分别外掺入胶凝材料不同质量分数的CaO或者Na2SO4，水胶比0.20，PC减水剂采用外掺法，掺量为胶凝材料质量的0.4%，制备30 mm×30 mm×50 mm的净浆试块，采用标准养护(温度(20±1)℃、相对湿度不低于90%)，1 d后拆模，继续在标准养护条件下养护，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》分别测试试块的强度，利用XRD对胶凝材料水化产物进行分析，研究两种激发剂对全固废胶凝材料的化学活化作用。试验方案见表2。　　表2激发剂对全固废胶凝材料活化作用试验方案　　Tab.2 Test plan of activation on cementitious materials by exciting agent/%　　续表　　3结果与讨论　　3.1 CaO掺量对胶凝材料性能的影响　　3.1.1 CaO掺量对胶凝材料净浆试块力学性能的影响　　不同掺量CaO对净浆试块抗压强度的影响结果见图2所示。　　图2 CaO掺量对胶凝材料净浆试块抗压强度的影响　　Fig.2 Effect of different CaO content on compressive strength of cementitious materials paste　　从图2中可以看出，CaO的掺入能够在一定程度上激发全固废胶凝材料的水化反应活性，净浆试块的早期抗压强度会有一定的提高。在3 d龄期时，随着CaO掺量的增加，净浆试块的抗压强度略有提高，但当CaO掺量达到3%以后，抗压强度的增长不大。主要是由于CaO掺入以后，在反应初期能够迅速与水发生反应，生产Ca(OH)2，使得体系的pH值迅速提高，OH-不断和钢渣、矿渣颗粒表面接触，使钢渣和矿渣的表面遭到“破坏”，促进钢渣和矿渣的水化，缩短反应周期，同时还能够提供较多的Ca2+，促进水化产物的形成。但当养护至7 d和28 d龄期时，掺入CaO的试样抗压强度和未掺入CaO的试样抗压强度差别不大，主要是由于在水化反应进行一段时间之后，体系的pH值和离子浓度趋于平衡状态，水化产物的生成主要靠钢渣和矿渣的水化反应来生成，CaO的激发作用有限。　　3.1.2不同CaO掺量胶凝材料XRD分析　　不同掺量CaO胶凝材料在3 d、28 d龄期时的XRD图谱见图3和图4所示。　　图3不同CaO掺量胶凝材料3 d龄期XRD图谱　　Fig.3 XRD patterns of cementitious materials with different CaO content at 3 d curing age　　图4不同CaO掺量胶凝材料28 d时XRD图谱　　Fig.4 XRD patterns of cementitious materials with different CaO content at 28 d curing age　　从图3中可以看出，CaO掺入以后对全固废胶凝材料的水化反应产物种类不会造成影响。掺CaO的胶凝材料的早期水化产物物相中主要包括钙矾石(AFt)、氢氧化钙(CH)，以及未参与水化反应的硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)、RO相和石膏。在3 d龄期时钙矾石的波峰有增强的趋势，表明CaO掺入以后促进了钙矾石的生成。主要是由于CaO掺入之后，在水化反应早期，体系的pH值和Ca2+浓度迅速提升，在脱硫石膏和碱性环境的激发作用下，矿渣中硅(铝)氧四面体发生解离，溶出部分可溶硅(铝)，与体系中的Ca2+形成C-S-H凝胶和AFt等水化产物。随着水化产物的逐渐形成，矿渣表面与溶液之间偏铝酸根溶解平衡被不断打破，促进铝氧四面体从矿渣玻璃表迁移出来，破坏了硅氧四面体与铝连接使矿渣玻璃体表面的硅(铝)氧四面体聚合度快速下降，剩余的硅(铝)氧四面体的活性又再次被激发，而发生解离的矿渣溶出的低聚硅酸根离子和铝酸根离子又可以吸收一定量的Ca(OH)2生成C-S-H凝胶和AFt等水化产物。这也是胶凝材料强度持续增长的原因。对比M3、M4和M5可以发现，钙矾石的波峰差别不大，这表明当CaO掺量超过3%时，体系的Ca2+浓度近于饱和状态，再继续增加对于钙矾石的生成贡献值降低。从图4可以看出，在28 d龄期时，各组胶凝材料的水化产物中石膏的波峰逐渐消失，其它各组各水化产物的波峰形状非常接近，表明CaO的掺量对全固废胶凝材料28 d水化产物影响不大。　　3.1.3不同掺量CaO胶凝材料净浆试块SEM分析　　按照表2所示方案，制备M1和M3组胶凝材料，即胶凝材料中CaO掺量分别为0%和3%，分别外掺0.4%的PC高效减水剂，水胶比0.20，制备净浆试块，采用标准养护，在规定龄期取样，利用SEM对胶凝材料的微观形貌进行分析。图5和图6分别为M1和M3组胶凝材料在3 d和28 d龄期时的SEM照片。　　图5不同掺量CaO胶凝材料3 d龄期时的SEM照片　　Fig.5 SEM images of cementitious materials with different CaO content at 3 d curing age　　图6不同掺量CaO胶凝材料28 d龄期时的SEM照片　　Fig.6 SEM images of cementitious materials with different CaO content at 28 d curing age　　从图5中可以看出，在3 d龄期时，掺入3%CaO的胶凝材料水化产物(M3)中AFt的生成量要明显多于未掺入CaO的胶凝材料(M1)。而且还可以发现，M3组胶凝材料水化产物中的AFt明显要比M1组的粗壮一些，表明适量CaO掺入以后，在反应初期能够迅速与水发生反应，生成Ca(OH)2，使得溶液中的Ca2+和OH-显著增多，体系pH值快速升高，OH-和钢渣、矿渣颗粒表面接触，使钢渣和矿渣表面遭到“破坏”，促进钢渣和矿渣的水化，整个体系的Ca/Si快速升高，促进体系中AFt晶体的生成和长大，导致胶凝材料的水化反应诱导期提前，早期抗压强度升高。　　从图6中可以看出，水化反应至28 d龄期时，M1和M3组胶凝材料水化产物的微观形貌没有太大的区别。主要是在水化反应进行一段时间之后，体系的pH值和离子浓度趋于平衡状态，水化产物的生成主要靠钢渣和矿渣的水化反应来生成，反应所生成的C-S-H凝胶和AFt的总量主要由钢渣和矿渣的水化程度来决定，这也验证了CaO的掺入，对于胶凝材料后期强度影响不大的结论，同时这与3.1.1和3.1.2节所得结论相一致。随着反应的持续进行，C-S-H凝胶和AFt已经紧密的结合在一起，相互交织，整个体系形成了较为致密的结构。　　3.2 Na2SO4掺量对胶凝材料性能的影响　　3.2.1 Na2SO4掺量对净浆试块力学性能的影响　　不同掺量Na2SO4对净浆试块抗压强度的影响结果见图7所示。　　图7 Na2SO4掺量对胶凝材料净浆试块抗压强度的影响　　Fig.7 Effect of different Na2SO4 content on compressive strength of cementitious materials paste　　从图7中可以看出，Na2SO4的掺入对全固废胶凝材料的力学性能有较大影响，胶凝材料各个龄期的抗压强度先增大后减小。当掺量为1%时，抗压强度值最大。出现这一现象的原因主要是，少量Na2SO4掺入以后，图片会与体系中的Ca2+相结合，Na2SO4的溶解平衡被打破，体系碱性提高，使得钢渣、矿渣等的水化反应速度加快，水化程度加深，体系强度增加。但是当Na2SO4掺入量超过2%时，胶凝材料的抗压强度显著下降，主要是由于体系中水化产物生成速度过快，并且相互交织在一起，迅速形成具有一定结构的硬化浆体，而这部分硬化浆体由于水化产物分布不均匀，镶嵌不均造成局部大孔较多，新生成的水化产物不能及时填充，呈现出孔隙较大的不良结构，造成抗压强度较低。当Na2SO4掺量达到4%时，还会出现较为明显的泛霜现象。因此，全固废胶凝材料中Na2SO4的较合适掺量为1%。　　3.2.2不同掺量Na2SO4胶凝材料XRD分析　　不同掺量Na2SO4的胶凝材料在3 d、28 d龄期时的XRD图谱见图8和图9所示。　　图8不同Na2SO4掺量胶凝材料3 d时XRD图谱　　Fig.8 XRD patterns of cementitious materials with different Na2SO4 content at 3 d curing age　　图9不同Na2SO4掺量胶凝材料28 d时XRD图谱　　Fig.9 XRD patterns of cementitious materials with different Na2SO4 content at 28 d curing age　　从图8和图9中可以看出，Na2SO4的掺入对全固废胶凝材料的水化反应产物种类不会造成影响。3 d龄期时，掺Na2SO4的胶凝材料的水化产物物相中主要包括钙矾石(AFt)、氢氧化钙(CH)，以及未参与水化反应的硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)、RO相和石膏。对比图6中的谱线可以看出，随着Na2SO4的掺入，钙矾石的波峰有增强的趋势，衍射峰在25°～35°之间的“凸包”现象也愈发明显，表明Na2SO4掺入以后促进了水化产物钙矾石和C-S-H凝胶的生成。主要是由于Na2SO4可以为水化反应体系提供更多的图片，使得水化反应向着有利于生成胶凝物质的方向移动。钢渣中的硅酸盐、铝酸盐矿物成键结构主要是硅氧键和铝氧键，多以[SiO4]和[AlO4]或[AlO6]的形式存在，其中活性较高的颗粒在碱性环境条件下迅速溶解，并释放出大量的OH-、Ca2+、硅(铝)溶解物等，Na+可以在碱性环境中能够将钢渣中的Ca2+置换出来，形成了富含Ca2+、[Al(OH)6]3-、图片、[H3SiO4]-、OH-等离子的液相，这些离子又可以重新结合，使得钢渣中的硅氧键和铝氧键不断断裂，钢渣也随之源源不断地溶解，针棒状的AFt晶体穿插于C-S-H凝胶之中，使得硬化浆体的结构逐渐密实，抗压强度也随之增大。AFt晶体生成的同时也促使矿渣中硅氧四面体的Si-O键持续不断的断裂，进而在碱性溶液中与Ca2+反应生成C-S-H凝胶。随着水化反应的持续进行，钢渣也不断水化并生成Ca(OH)2，而矿渣持续水化吸收体系中的Ca2+，反过来又促进钢渣水化程度的加深。到28 d龄期时各水化产物的波峰形状非常接近，表明Na2SO4的掺量对全固废胶凝材料28 d水化产物影响不大。　　3.2.3不同掺量Na2SO4胶凝材料净浆试块SEM分析　　按照表2所示方案，制备N1和N2组胶凝材料，分别外掺0.4%的PC高效减水剂，水胶比0.20，制备净浆试块，采用标准养护，在规定龄期取样，利用SEM对胶凝材料的微观形貌进行分析。图10和图11分别为N1和N2组胶凝材料3 d和28 d龄期时的SEM照片。　　图10不同掺量Na2SO4胶凝材料3 d时SEM照片　　Fig.10 SEM images of cementitious materials with different Na2SO4 content at 3 d curing age　　图11不同掺量Na2SO4胶凝材料28 d时SEM照片　　Fig.11 SEM images of cementitious materials with different Na2SO4 content at 28 d curing age　　从图10中可以看出，在3 d龄期时，掺入1%Na2SO4的胶凝材料水化产物(N2)中AFt的生成量要明显多于未掺入Na2SO4的胶凝材料(N1)。而且还可以发现，N2组胶凝材料水化产物中的AFt明显要比N1组的粗壮一些，表明适量Na2SO4掺入以后，使得体系中图片离子浓度增大，使得水化反应向着水化产物增加的方向移动，同时还能在一定程度上提高体系中液相的pH值，增强碱性环境，为AFt的生成创造环境，促进体系中AFt晶体的生成和长大。另一方面，Na2SO4的加入能够有效促进钢渣和矿渣中的网格状玻璃体结构的破坏，并解离出[SiO4]4-和[AlO4]5-，进而与Ca2+、OH-相结合，生成水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶。水化铝酸钙凝胶进一步和图片结合可以生成水化硫铝酸钙。体系中所生成的凝胶和AFt相互交织在一起，随着反应的持续进行，水化产物不断由低聚合度向高聚合度转变，促进了强度的进一步增长。加入Na2SO4后，Na+也能够有效促进钢渣和矿渣中网格玻璃体解聚和分离，生成阴离子团，进而促进水化反应的进行。体系中，Ca2+、Na+、图片相互依存，共同促进了水化反应的进行，试块的强度也逐渐提高。　　从图11中可以看出，水化反应至28 d龄期时，N1和N2组胶凝材料水化产物的微观形貌没有太大的区别。主要是在水化反应进行一段时间之后，体系的pH值和离子浓度趋于平衡状态，水化产物的生成主要靠钢渣和矿渣的水化反应来生成，适量Na2SO4的掺入，对于胶凝材料后期强度影响不大。反应所生成的C-S-H凝胶和AFt晶体已经紧密的结合在一起，相互交织，整个体系形成了较为致密的结构，这与3.2.1和3.2.2节所得结论相一致。　　通过3.1节和3.2节的研究结果可以看出，在钢渣矿渣基胶凝材料体系中掺入适量的CaO或者Na2SO4，能够促进早期水化反应的进行，进而提高早期强度。同时，激发剂的掺入对于试块后期强度和水化产物影响不大。研究结果表明，在钢渣矿渣基胶凝材料体系中，当钢渣掺量达到40%时，试块儿的早期强度会明显降低，钢渣的大掺量和早期强度相互矛盾，因此如果需要尽可能使用较多的钢渣，同时还要求较高的早期强度，即可考虑在体系中掺入合适比例的CaO或者Na2SO4。　　4结论　　(1)CaO或Na2SO4作为激发剂掺入以后对全固废胶凝材料的活性影响较为明显。CaO较为适宜的掺量为3%，而Na2SO4较为适宜的掺量则为1%。相比较而言，CaO对于胶凝材料试块早期强度的提高作用大于Na2SO4，因此，如果要尽提高钢渣矿渣基全固废胶凝材料试块的水化反应早期强度，掺入3%的CaO可能更为适宜;　　(2)CaO或Na2SO4的掺入对全固废胶凝材料的水化反应产物种类不会造成影响。主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和氢氧化钙(CH)，以及未参与水化反应的硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)、RO相和石膏。合适掺量的激发剂能够在一定程度上促进胶凝材料水化反应的进行。　　作者：崔孝炜  狄燕清  倪文　　编辑：固废利用与低碳建材　　转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请与我们联系，我们将及时更正。

江南（中国）在近期成功通过了三体系认证和绿色建材三星级认证

　　江南（中国）在近期成功通过了三体系认证和绿色建材三星级认证，这一成就标志着公司在质量、环境和职业健康安全管理方面，以及绿色建材生产领域达到了行业内的领先水平。　　江南（中国）成立于2019年4月11日，注册资金3000万元，是一家国家级科技型中小企业。自成立以来，公司一直致力于研发和生产低碳、环保的建筑材料，以满足市场对绿色建材日益增长的需求。　　在三体系认证方面，江南（中国）严格按照ISO9001质量管理体系、ISO14001环境管理体系和ISO45001职业健康安全管理体系的标准要求，建立了完善的管理体系，并通过了权威机构的认证审核。这一认证不仅证明了公司在质量、环境和职业健康安全方面的管理能力达到了国际标准，也彰显了公司对产品品质、环境保护和员工健康的重视。　　在绿色建材三星级认证方面，江南（中国）凭借其先进的生产技术和环保理念，成功通过了严格的认证流程。公司研发的绿色再生胶凝材料等产品，不仅在生产过程中实现了资源的循环利用，还大大降低了能耗和污染物排放，完全符合绿色建材三星级认证的标准要求。　　江南（中国）的成功认证，不仅是对公司自身实力和努力的肯定，也是对公司未来持续发展的有力保障。通过认证，公司将进一步提升品牌形象和市场竞争力，为客户提供更优质、更环保的建筑材料产品和服务。　　此外，江南（中国）还积极参与行业标准的制定和产学研合作，与东北大学、辽宁省固废产业技术创新研究院、中建科技集团有限公司等单位建立了紧密的合作关系，共同推动建筑材料国家行业标准的绿色转型和可持续发展。　　综上所述，江南（中国）的三体系认证和绿色建材三星级认证成功，是公司发展历程中的重要里程碑，也是公司对未来发展的坚定承诺。公司将继续秉承绿色、环保、创新的理念，为推动建筑材料行业的绿色转型和可持续发展做出更大的贡献。

中央经济工作会议，5大看点！

　　两场高层重要经济会议即将召开！　　一个是中央政治局会议，一个是中央经济工作会议。　　政治局会议在先，一般是月初召开，经济工作会议紧随其后。　　在12月政治局会议，针对后续经济发展的大调子和方向定了之后，紧接着就会召开中央经济工作会议，进一步分析当前和未来一段时间的中国经济形式，讨论更加细节的经济政策和发展方向。　　那这次中央经济工作会议，究竟有哪些方面值得期待？　　针对这次会议，柏年做5点前瞻。　　1、货币政策　　12月2日央行行长潘功胜公开表示，明年“将继续坚持支持性的货币政策立场和政策取向，加大逆周期调控力度”，这一点和央行3季度发布的货币政策执行报告当中提到的“加大货币政策调控强度”保持一致。　　应该说，2025年，降准、降息都可期。其中，涉及降息的部分，银行的LPR利率下调应该是重点。　　到时，企业信贷、老百姓的住房贷款利率，都会有效降低，对实体企业和居民来说，是直接的、实质性的利好。　　2、财政政策　　明年，在中美贸易争端有可能加剧的背景下，出口增速有一定压力，这时“国内经济大循环”就显得尤为重要。　　要加强国内经济大循环，财政政策加力的必要性就增强。　　预计2025年，我国的一般赤字率将会提升到3.5%-4.0%之间甚至更高。　　同时相比2024年，结合财政部蓝部长10月份的公开发言，明年地方政府专项债的规模将会进一步扩容，预计突破到4.5万亿以上，届时重大工程项目的审核方式，可能也会优化。　　同时，和今年类似，特别国债继续发行的可能性也较大。　　由于924新政时提及新增1万亿特别国债，用于补充商业银行资本金，明年新增特别国债总规模应该会超过2万亿。　　3、消费政策　　从过往10年的GDP增长数据来看，消费每年对GDP增长率的贡献占比，基本都在60%左右甚至以上，是中国经济真正的压舱石。　　因此，在明年外部有压力的背景下，消费的重要性将更为凸显。　　25年，设备更新和消费品“以旧换新”都有望扩容。　　2024年，我们共实施两轮“两新”政策（即设备更新和消费品以旧换新），但仅有第二轮3000亿左右超长期特别国债资金给予“真金白银”补贴。　　近期，包括商务部、发改委已表态研究政策接续。因此，2025年有望延续实施“两新”政策，预计会有3000亿以上，且进一步扩大补贴范围，消费品种可能扩大至家居、家装、家纺、消费电子等。　　4、地产政策　　可以看到，24年中央的稳地产思路已经发生转变，期间也已经有实质性的动作。　　比如，要求商业银行加大对“白名单”房企的贷款投放力度，同时，通过发行地方专项债来支持土地收储、存量房收储，缓解地方政府的土地出让和存量房的压力。　　不过，今年收储规模略显克制，年内仅有新设3000亿的保障性住房再贷款。　　2025年，稳地产供需两端有望继续加力，包括：　　供给端，增加收储规模、中央也可能更大程度参与地方收储；　　需求端，像北京、上海等城市，会进一步松绑限购、限售等。　　5、产业政策　　就在最近，国务院批准了两家央企，中国国新和中国诚通集团后续发行5000亿专项债的方案。　　11月27日，首期发行500亿已经落地。　　可以看到，除了通过中央提升赤字率“加杠杆”之外，央企“加杠杆”的大幕也正在拉开。　　这5000亿专项债后续陆续发行，重点方向之一，就是支持央企发起创业投资基金，鼓励科技行业和国家鼓励的重点行业发展。　　展望25年，柏年预计可能会有更多形式的“中央加杠杆”。　　我们有望看到更多支持新质生产力培育、产业转型升级的举措。　　二十届三中全会从健全体制机制角度，支持新质生产力的发展，叠加2025年面临可能的关税威胁，在进一步练好内功要求下，应会看到更多支持新质生产力培育、产业转型升级的举措。　　当然，即将召开的中央经济工作会议，值得期待的，肯定不止柏年提到的这5个方向。

文章推荐 | 尾矿综合利用研究进展及工程实践

　　尾矿综合利用研究进展及工程实践　　作者：施灿海,刘明生,程立家,蓝蓉　　单位：昆明有色冶金设计研究院股份公司　　0　　引言　　大宗工业固体废物是指我国各工业领域生产活动中年产生量在1 000万t以上、对环境和安全影响较大的固体废物，主要包括尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、工业副产石膏、赤泥和电石渣等。大宗工业固体废物具有的共性环境问题为大量原矿开采导致源头生态破坏、大量不规范堆存造成场地污染。而且一旦发生场地污染，其表现出的隐蔽性、长期性、复杂性都增加了未来修复的难度和成本。尾矿作为一种特殊的大宗工业固体废物，其堆存量逐年增加。根据中国矿业联合会统计数据，2015—2020年，我国尾矿堆存量分别为146亿t、168亿t、195亿t、207亿t、220亿t、231亿t。　　金属尾矿产生量巨大，可占到我国工业固体废物产生总量的一半以上。金属尾矿主要包括黑色金属尾矿、有色金属尾矿和稀贵金属尾矿，其中，有色金属尾矿主要包括铜尾矿、铅锌尾矿、镍尾矿、锡尾矿等。有色金属尾矿含有多种残余有色金属，并包括硫化物，石英、长石、云母等氧化矿物和硅酸盐类矿物。对于周边环境来说，有色金属尾矿大都是潜在的重金属污染源，砷、铅污染控制难度大。大部分有色金属尾矿由于含有较多的硫化矿物，也是矿山酸性废水的潜在发生源。　　近十年来，诸多学者和矿山企业对尾矿综合利用开展了大量的研究和实践，但我国尾矿综合利用率仍处于低于30%的水平，约70%的尾矿未得到有效利用。因此，通过分析全国和云南省尾矿库相关数据，进一步梳理尾矿产生量、综合利用情况及典型经验，为尾矿综合利用提供指导和借鉴。　　1　　重点省份尾矿库情况　　2021年，我国共有尾矿库7 000余座，总量仍居世界第一位。尾矿库数量居全国前10位的省份分别为河北省、辽宁省、内蒙古自治区、云南省、湖南省、河南省、山西省、陕西省、广西壮族自治区、四川省（图1），合计占比约65%。　　图1 2021年全国部分重点省份尾矿库数量　　在我国7 000余座尾矿库中有“头顶库”（系指下游1 km〈含〉距离内有居民或重要设施的尾矿库）1 112座，“头顶库”因数量多、安全基础薄弱，易引发生产安全事故，受到各级应急部门和矿山企业的高度重视。与此同时，尾矿对生态环境的影响也是尾矿堆存面临的主要矛盾之一。我国长江流域共有尾矿库1 641座，其中1 618座已完成污染治理，完成率98.60%。长江流域上游干流尾矿库主要分布于云贵川地区，如攀枝花市（金沙江）共有38座，以黑色金属尾矿、有色金属尾矿为主；长江流域中下游尾矿库主要分布于湖北省、安徽省等地，如安徽省马鞍山市共有12座；长江支流尾矿库主要分布于陕南地区，以商洛市、汉中市、安康市为主，数量分别为134座、71座、40座。长江流域尾矿库存在的问题主要有以下方面。①历史堆存量大，区域跨度大，经济发展不均衡。长江流域在用尾矿库主要集中于经济欠发达地区，地区经济结构对资源依赖性显著，地区尾矿综合利用压力大。②尾矿长期堆存，安全风险和环境风险并存。长江中上游及支流部分尾矿库分布于沿江不足3 km范围内，部分停用时间超三年且未做相关闭库措施，安全风险和生态污染风险长期存在。以云南省为例，2020—2022年尾矿库数量分别为588座、523座和489座，总体上呈递减趋势，但总量仍接近500座，堆存尾矿种类主要有铅锌尾矿、铜尾矿、铁尾矿、钛尾矿和锡尾矿五种（图2）。　　图2 2020—2022年云南省不同类型金属尾矿库数量　　2　　尾矿产生量情况　　随着经济的发展、浮选技术的提升及有色金属需求的增加，我国矿石处理量处于快速增长阶段。2011—2021年，我国尾矿的产生量始终围绕15（±3）亿t波动（图3）。2018年供给侧改革初显成效，大量小矿山关停，尾矿产生量出现最大降幅，而后逐年回升。2021年，受全球货币政策宽松、金属工业品需求旺盛及新冠肺炎疫情等因素影响，工业品价格全年处于高位运行，高利润是矿山保持高效生产的核心驱动力，因此，各类尾矿产生量均出现普遍性增长。　　图3 2011—2021年我国尾矿综合利用情况　　2021年，我国尾矿总产生量14.19亿t，同比增长9.58%。其中，铁尾矿产生量约6.11亿t，占比43.06%；铜尾矿产生量约3.92亿t，占比27.63%；黄金尾矿产生量约1.61亿t，占比11.35%；其他金属尾矿产生量约1.35亿t，占比9.50%；非金属尾矿产生量约1.20亿t，占比8.46%。　　3　　尾矿综合利用情况　　3.1综合利用研究进展　　尾矿综合利用研究关注点为尾矿作为二次资源再选和尾矿的整体利用。比如从钨钼尾矿中综合回收钨、钼、铋、铜、锌，从多金属硫化尾矿中综合回收绢云母、铁、硫、铅、锌、银、锑；整体利用包含尾矿制建筑材料、尾矿代替水泥铁质校正材料等。尾矿综合利用研究主要涉及铁尾矿、石棉尾矿、含铌尾矿、钼尾矿、铜尾矿、钨尾矿、磷尾矿、黄金尾矿、稀土尾矿、锡尾矿、钒钛磁铁矿尾矿、菱镁矿尾矿等，其中，值得重点关注的研究成果有石棉尾矿制备高纯超细氢氧化镁和高纯超细高比表面积白炭黑是一种技术上可行、经济效益明显的路线；钼尾矿合成制造金云母、玻璃、混凝土小型空心砌砖等建筑材料；钼尾矿还可以用作农业肥料。综合分析，尾矿综合利用途径集中于有价元素回收、建筑材料、充填、复垦等方面。　　但上述综合利用途径均存在一定问题，如从尾矿中提取有价元素，多为选矿工艺相对落后的历史堆积尾矿；尾矿建材化虽有一定进展，但受到环境安全、工艺稳定性和产业化等因素制约，未得到持续性的发展；尾矿制作农用肥料和主流的肥料生产企业相比，整体效益不足以支撑该模式下的投入。这些问题也是导致在国家政策层面大力支持尾矿固废资源化，但利用率仅为30%左右的主要原因。　　在区域尾矿资源综合利用方面，钛尾矿、铁尾矿利用潜力较大。其中，钛尾矿因采矿工艺为地表水采，且选矿工艺多为磁选和重选，其尾矿为土壤颗粒的水力沉积，因此，钛尾矿土壤化具有较大的市场前景。铜尾矿、铅锌尾矿、黄金尾矿的规模化利用仍然面临较大的挑战，究其原因，与矿石的成矿机理和选矿工艺有直接关系。矿石选别过程中工艺选择、药剂的添加成分及比例直接影响固体废物属性，从而间接影响规模化固体废物综合利用。　　近年来，从单纯的尾矿作为充填材料、路基材料等砂石材料利用模式，逐步转化成大量利用尾矿中的高含量元素Ca、Mg和主要元素Si、Al制备轻质、隔热、耐火等多功能高附加值材料利用模式。河南省嵩县柿树底金矿在尾矿综合利用方面取得了实质进展，建成充填系统，将浮选尾矿振动筛分，中细粒径尾砂用于井下采空区充填，粗粒径尾砂脱水后，可作为建筑石料对外销售，将“废品”变成资源，实现了生态效益和经济效益相统一。　　综上所述，尾矿综合利用规模化、无害化既是整个产业中的难点，也是科技进步和技术应用的痛点。　　3.2利用量及利用方向　　根据工业固废网统计数据，2021年我国尾矿综合利用量达到5.00亿t，利用率达到35.24%，同比增长了3.47%（图3）。目前，尾矿综合利用的方式有有价组分回收、矿山井下充填、生产建筑用砂、轻质砌块和条板、路基垫层料、矿山植被复垦、填海造地等途径。综合利用占比最大的方式是尾矿洗砂和尾矿充填，占比约为84.5%。　　1）建筑材料。尾矿中含有Si、Al等元素，将尾矿用作建材原料可以减少传统建筑材料开发，实现尾矿的大宗消纳，产生一定的经济效益和社会效益。目前，在建筑材料方面，尾矿主要应用于分选机制砂、生产加气块、加气条板、免烧砖、透水砖、干混预拌砂浆、特种砂浆、混凝土掺合料、微晶玻璃、发泡陶瓷、陶粒轻骨料及路基等领域。　　2）尾矿充填。尾矿充填可以大量消纳尾矿，是极其有效的尾矿减量化利用技术之一。矿山的充填经历了干式充填、水力充填、胶结充填以及膏体充填等阶段。近年来，随着新一轮找矿战略突破行动，以及矿业作为国民经济基础产业的作用日益突出，矿石价格回升和技术发展同时促进了充填采矿技术的迅速发展，其中具有代表性的是全尾砂胶结充填技术和高水固结全尾砂充填技术，近年来新建的矿山多采取充填采矿技术进行开采，真正实现了“无尾矿山”。　　3）二次分选及有价组分回收。由于特定时期工艺和设备等原因，选矿后排出的尾矿仍有多种共伴生有价组分未被完全提取与回收，目前主要集中于铁、铜、金、银、钛等有价金属和云母、石英等非金属矿物的回收方面，提取方法主要有磁选、浮选、反浮法、重选耦合等多种选矿法。　　4）农业领域。目前，尾矿用于农业领域主要有三个方向：一是利用尾矿中含有的Zn、Mn、Cu、Mo、P等植物生长必备微量元素，经处理将其制成化肥，以达到提高土壤肥力的作用；二是土壤改良剂，尾矿中的有效组分与土壤有害物质反应，达到以废制废、修复土壤环境的目的；三是采用微生物法或者生物法进行尾矿库复垦。　　3.3存在问题及解决途径　　1）存在问题。我国尾矿处理目前存在的主要问题有：①历史存量尾矿量大，占用大量的土地；②尾矿堆存存在溃坝和污染生态环境的风险；③尾矿入库堆存仍然是新增尾矿的主要处置方式。　　2）现有技术。尾矿处置以尾矿库堆存及综合利用为主。专利的申请和授权能够有效展示研究热度及技术前沿，尾矿综合利用相关专利申请及授权情况如图4所示。　　图4 2021年尾矿综合利用相关专利申请与授权情况　　从专利授权领域看，尾矿专利授权集中在尾矿充填、尾矿制备建材、有价组分回收、农业等领域，其中，尾矿充填方向占比42%，尾矿制备建材方向占比33%，有价组分回收占比19%，农业领域占比3%，其他领域占比3%（图5）。　　图5 2021年尾矿综合利用相关授权专利涉及主要领域　　从申请人看，2021年昆明理工大学获得尾矿综合利用相关专利授权18件，主要集中在尾矿协同脱硫、钝化重金属、有价组分提取及尾矿制备建材等方向；其次为鞍钢集团矿业有限公司，获得相关专利授权4项，主要集中在尾矿制备吸附剂和絮凝剂方向。　　技术标准的制定与实施体现相关技术的成熟度。现行尾矿综合利用相关标准21项，其中，推荐性国家标准3项、行业标准8项（黑色冶金方向7项，建材方向1项）、地方标准10项（河北省4项，江西省2项，青海省、安徽省、福建省、吉林省各1项）。现行标准主要集中在用于水泥、混凝土中的掺合料，矿山修复及治理，制备烧结砖及加气混凝土砌块方面。　　3）解决途径。区域尾矿资源处置的建议：①采用原位封存及植被生态恢复技术实施尾矿库生态闭库，使其与周边自然环境融为一体；②研发“安全+生态”集成技术，突破应急主管部门或生态主管部门单向管控尾矿库的现状；③尾矿实现资源处置的关键在于选矿环节产生尾矿的减量化。　　3.4重点技术及应用案例　　结合工作实践，部分项目成功实施并取得了较为突出的生态效益、社会效益和经济效益。本文主要介绍两种重点技术及应用情况。　　3.4.1磷石膏回采技术　　为解决某历史遗留磷矿区生态修复充填材料来源困难的问题，由多家企业、高校合作成立了新型矿山生态修复充填材料专项研发团队，针对采用磷石膏作为主要原料生产矿山生态修复充填材料进行了研究与开发，所得磷石膏基新型生态修复材料能够满足矿坑充填材料各项相关指标要求。该技术的合理推广，可以解决流域遗留矿坑修复材料短缺的问题，推进流域生态修复工作，改善流域生态环境质量现状。　　1）回采方式：露天开采。　　2）回采范围：结合《磷石膏库安全技术规程》（AQ 2059—2016）要求及工程实际，坝前150.0 m范围作为禁采区，不考虑回采。回采分为南区和北区，交替实施。　　3）回采工艺：南区、北区回采时，总体由库尾向坝前方向进行。放矿时，将放矿管设置在坝体上，由坝前向尾部进行放矿。南区和北区回采工艺相同，仅分区内带宽南区为40.0 m，北区为60.0 m。　　4）产品方案：回采出的磷石膏作为磷石膏基新型生态修复材料的原材料，磷石膏基新型生态修复材料作为矿区生态修复示范项目的充填材料使用。　　5）生产能力：磷石膏的生产（回采）能力为240.0万m3/a。　　6）实施总结：磷矿生态修复区域由4个矿坑组成，生态修复面积102.66 hm2。4个矿坑进行相应的地表清理、防渗处理后采用磷石膏基生态修复材料进行回填，回填后表面做阻隔防渗处理，覆土并恢复为农用地及林地。磷石膏的回采意义在于减少固废堆存量、降低安全风险，同时可有效解决区域（流域）历史遗留矿山边坡垮塌、滑坡等地质灾害，景观损毁区域的植被生态恢复等，突出缓减了企业固废处置场的建设成本，尤其是在当前基本农田、公益林等用地审批难度大的背景下。与此同时，也能积极推进当地政府落实历史遗留矿山生态修复工作。因此，该案例应用场景为废弃矿山治理下的固废规模化处理提供了新的途径。　　3.4.2高浓度细粒级全尾砂充填技术　　1）技术简介。高浓度细粒级全尾砂充填技术已列入金属尾矿综合利用先进实用技术目录，采用特殊的立式砂仓脱水，可将极细粒级全尾砂（-20μm全尾砂约占40%）直接制备成高浓度（74%以上）砂浆，并联合深井开采全尾砂高浓度充填料浆自流管输降压技术及采场泄水技术，实现立式砂仓流态化全尾砂高浓度连续充填，解决深部高大采场嗣后充填问题。　　尾砂充填和排放工艺中的关键设备是新型高效全尾砂浓缩贮存装置。结合传统的立式砂仓，通过合理的活化设施布置，将选矿厂全尾砂直接泵入尾砂浓缩贮存装置，经高效沉淀、澄清脱水，采用高压水/气活化尾砂等流程，直接制备出高浓度全尾砂料浆或膏体，用于充填或者干式堆放。低成本、稳定、高浓度的尾砂脱水和给料是保障尾砂充填及排放工艺正常生产的关键。　　该技术通过合理的喷咀设施造浆技术，以及喷咀布置，将选矿厂全尾砂直接泵（注）入砂仓，经高效沉淀、澄清脱水，采用高压水/气活化尾砂，直接制备出高浓度全尾砂料浆或膏体，全部用于充填。　　2）应用案例及推广前景。尾矿空区膏体充填机安全无害处理技术领域的革新和开发，从源头解决尾矿、煤矸石造成的一系列环保问题和安全问题，自主研发充填工业泵、膏体浓密机、矿用混凝土泵、矿用湿喷机、矿用清仓机等高端环保装备，已完成的或在建的项目有云南金沙公司因民铜矿、云南保山核桃坪铅锌矿、新疆阿希金矿、贵州开阳磷矿、安徽铜陵有色冬瓜山铜矿等。　　高浓度细粒级全尾砂充填技术能提高矿山的资源利用率，是充分利用尾矿资源发展节地、节能、节材、环保的直接有效途径。该项技术经济效益和社会效益显著，拥有广阔的推广应用前景。　　3）实施总结：全尾砂充填的意义在于实现“无尾”矿山，推进无废“矿山”建设，同时可以有效解决矿山地下开采的采空区治理，均已得到国家、行业、企业的认可。与此同时，将井下充填技术延伸至露天采坑尾矿固结充填领域是行业新技术研发的方向之一。　　4　　结论及展望　　1）综合分析，尾矿的综合利用途径主要为回收有价组分、研发建筑材料或回填料，多功能高附加值材料利用模式也得到了关注和实践。近年来，云南省在尾矿、磷石膏回采工程中，结合历史遗留废弃露天采坑的治理和回填，既解决了历史遗留废弃矿山的治理问题，同时又消耗了部分大宗工业固体废物，但是相比总体工业固体废物存量，占比仍旧很小。　　2）尾矿井下充填为国家鼓励的新技术，已得到了广泛应用。工程实践中仍存在建设成本高、推广程度不足等问题。在此基础上，进一步从政策导向和技术开发的角度，研发露天采坑闭坑或政策原因退出（停产）的固体废物充填技术。　　3）对于尾矿综合利用的研究方向，今后应重点关注以下方面：①尾矿的化学改性技术，使其改性后能够稳定满足工程和环保的要求，更多地应用于实际工程；②尾矿中超标因子采用植物或者微生物的方式控制，并使其转变为土，尾矿成土后将成为一种高价值资源。　　4）尾矿综合利用后的场地生态环境不容乐观，因此，现有尾矿库完成回采后的场地污染防控也需要引起重视。　　出版信息　　第一作者简介　　施灿海：男，白族，云南洱源人，高级工程师，主要从事固废（尾矿）处置及矿山生态修复方面的研究工作。单位：昆明有色冶金设计研究院股份公司。　　通讯作者简介　　蓝蓉：女，汉族，山东青岛人，正高级工程师，主要从事固废（尾矿）处置及矿山生态修复方面的研究工作。单位：昆明有色冶金设计研究院股份公司。　　引用格式　　施灿海，刘明生，程立家，等.尾矿综合利用研究进展及工程实践[J].中国矿业，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.

我国主要工业固废利用技术路线图

　　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。　　一、分类　　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。　　危险废物的鉴别应按照以下程序进行：依据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》、《固体废物鉴别导则》判断待鉴别的物品、物质是否属于固体废物，不属于固体废物的，则不属于危险废物。　　图片取自网络　　二、利用情况及危害　　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。　　图片取自网络　　三、主要工业固废利用技术线路图　　1、煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。　　图片取自网络　　2、粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。但粉煤灰可资源化利用，如作为混凝土的掺合料等。　　3、气化渣是气化炉生产过程中产生的废渣。煤气化渣在建工建材方面的应用主要包括制备陶粒、水泥、混凝土墙体材料以及砖材等，是煤气化渣规模化消纳的重要途径。煤气化渣中含有大量硅铝氧化物，具有一定的火山灰活性，可用作水泥原料。　　4、工业副产石膏也称化学石膏，是在工业产品生产中由化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品，其中占主要地位的是磷肥生产过程中排放的二水磷石膏，其次为烟气脱硫石膏和氟石膏，还有少量的钛石膏、盐石膏、柠檬酸石膏等。工业副产石膏在生产过程中含有多种杂质，须经过一定处理后才能得到较好的利用。

什么是铝灰，铝灰怎么处置？

　　铝灰是铝液铸锭生产过程中产生的一种浮渣，是制铝工业生产过程中产生的有毒有害固体废弃物，一方面含有大量的金属铝及铝的化合物，具有较高的工业回收和再利用价值。目前国内的铝灰处理方式主要分为铝灰回收、无害化处理和资源化再生利用。　　表为某厂二次铝灰典型成份　　PART/1　　铝灰的分类　　按最新《2021年危险废物名录》铝灰分为：　　①危废代码：321-026-48，是有色金属采选和冶炼废物铝灰是再生铝和铝材加工过程中，废铝及铝锭重熔、精炼、合金化、铸造熔体表面产生的铝灰渣，及其回收铝过程产生的盐渣和二次铝灰，R。　　②危废代码：321-034-48，铝灰热回收铝过程烟气处理集（除）尘装置收集的粉尘，铝冶炼和再生过程烟气（包括：再生铝熔炼烟气、铝液熔体净化、除杂、合金化、铸造烟气）处理集（除）尘装置收集的粉尘，T，R。　　③危废代码：321-024-48，电解铝铝液转移、精炼、合金化、铸造过程熔体表面产生的铝灰渣，以及回收铝过程产生的盐渣和二次铝灰，R，T。　　④危废代码：321-023-48，电解铝生产过程电解槽阴极内衬维修、更换产生的废渣（大修渣），T。　　⑤危废代码：321-025-48，电解铝生产过程产生的炭渣，T。　　PART/2　　铝灰的危害　　对人类健康的影响。铝灰中的铝含量很高，长期接触可能会导致多种健康问题，如刺激眼睛、皮肤和呼吸道，引起皮肤红肿、鼻塞、打喷嚏等症状。此外，铝灰中的铝元素还可能导致神经系统疾病，如痴呆、肌肉无力、头痛、失眠等症状。　　对环境的污染。铝灰含有大量的铝元素，如果被随意丢弃，会对环境造成污染。例如，如果铝灰进入土壤或水源，可以破坏生态平衡，影响生物多样性。铝灰还释放二氧化碳等有害气体，对大气造成负面影响。铝灰中的有害物质将污染到人类的生活环境，直接危害人的身体健康。长期暴露在铝灰中的人会出现呼吸系统、消化系统、免疫系统、神经系统等多种病症。　　对土壤和水资源的污染。铝灰对环境的主要污染是氟的污染，铝灰里的含氟量超出正常规定值的3-4倍。铝灰里大量的氟元素会对地下水造成严重污染，人畜饮用后会对身体造成严重影响，氟和人体骨骼的主要成分钙反应，破坏骨骼的含钙量，造成缺钙，骨骼松软，牙齿脱落等。铝灰对环境还会造成粉尘、氨气等污染，铝灰遇水呈碱性，会破坏土壤酸碱度。　　PART/3　　常用的铝灰渣回收基本工艺流程包括以下步骤：　　1.破碎：将回收的铝灰渣、铸造废型砂，通过料仓经封闭式输送机输送到球磨机进行破碎。　　2.球磨：对已进行破碎步骤的铝灰渣，进一步球磨。　　3.筛分：一般采用滚筒筛，筛分筒在一定转速下旋转，物料自上而下通过筛分筒得到分离，细料从筛分筒前端下部排出，粗料从筛分筒下端尾部排出，其结构简单、处理能力大、干湿料皆适用，滚筒筛可有效筛分出不同粒级的金属铝颗粒，同时筛分出的铝较干净。经筛分后的物料分为铝屑/粒和粉料(二次铝灰)，铝屑/粒可以外售给铝加工企业进行回炉，剩下的粉料主要含氧化铝，可以送水泥厂作为辅助材料使用。　　4、利用：经筛分后的物料分为铝屑/粒和粉料（二次铝灰），铝屑/粒外售给铝型材加工企业或铝锭和铝棒生产企业回炉，有一部分公司使用自己配套熔炼炉做成铝锭后外售。剩下粉料（主要含氧化铝）送水泥厂作为辅助材料使用。　　铝灰处理工艺流程应确保整个回收过程安全无尘，不对环境造成二次污染。　　PART/4　　铝灰该怎么处置：　　铝灰渣遇水会产生反应，释放氨气，受潮也容易自燃，所以企业在处理铝灰时，需要按照危险废物管理的有关要求，对产生的铝灰等危险废物进行申报登记，妥善处置，以确保环境安全。　　一、规范设置贮存场所，设置识别标志和落实防护措施，做好分类收集贮存，确保管理台账到位;　　二、应落实危险废物全生命周期监控系统管理要求，建立管理台账，实现危险废物可追溯、可查询。　　三、依法交有资质的危险废物处置单位利用处置。对受托方的主体资格和技术能力进行核实，并在合同中约定相应的污染防治要求。　　版权申明：版权归原作者所有，如涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将第一时间删除内容！

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