4礦業(yè)固體廢物的資源化

1、4礦業(yè)固體廢物的資源化,?目前，我國有95%以上的能源、80%以上的工業(yè)原料、70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料等都來自礦產(chǎn)資源。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界每年排出的礦業(yè)固體廢物在100億ｔ以上。,4.1礦業(yè)固體廢物的組成4.2礦業(yè)固體廢物的性質(zhì)4.3尾礦的資源化4.4廢石的資源化,4.1礦業(yè)固體廢物的組成,一、含氧鹽礦物：含氧鹽礦物占已知礦物總數(shù)的2/3左右，在地殼里的分布極為廣泛。,（1）硅酸鹽礦物：硅酸鹽是組成巖石的最主要成分，已知硅酸鹽礦

2、物約800種之多，約占礦物總數(shù)的1/4，占地殼總重量的80%。,（2）碳酸鹽礦物：碳酸鹽礦物在自然界中分布較廣，已知礦物約80種之多，占地殼總重量的1.7%。其中以Ca、Mg碳酸鹽礦物最多，其次為Fe、Mn等碳酸鹽礦物。,（4）其他含氧鹽礦物：其他含氧鹽礦物較常見的有磷酸鹽、鎢酸鹽和鉬酸鹽，其他不常見的有硼酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽、硝酸鹽礦物等。,（3）硫酸鹽礦物： 硫酸鹽礦物在自然界中產(chǎn)出約有260種之多，但僅占地殼總重量的0.1%。其中

3、常見和具工業(yè)意義的礦物不多，主要礦物有石膏、重晶石。,二、氧化物和氫氧化物礦物 氧化物和氫氧化物是地殼的重要組成礦物，它們的化合物有200種左右，約為地殼總重量的17%，其中SiO2（石英、石髓、蛋白石）分布最廣，約占12.6%，F(xiàn)e的氧化物和氫氧化物占3.9%，其次是Al、Mn、Ti、Cr的氧化物或氫氧化物。,三、硫化物及其類似化合物礦物 主要為金屬硫化物，亦包括金屬與硒、碲、砷、銻等的化合物。總數(shù)約350種左右，按重

4、量約占地殼總重量的0.15%，其中以鐵的硫化物為主，有色金屬銅、鉛、鋅、銻、汞、鎳、鈷等也以硫化物為主要來源，故工業(yè)上具有重大意義。,4.2礦業(yè)固體廢物的性質(zhì),包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),表面性質(zhì) ：白度、亮度、疏水性,物理性質(zhì),光學(xué)性質(zhì)：礦物對光線的吸收、折射和反射所表現(xiàn)的各種性質(zhì),力學(xué)性質(zhì)：廢物在外力作用下所表現(xiàn)的物理機(jī)械性能,磁學(xué)性質(zhì)：,電學(xué)性質(zhì)：礦物導(dǎo)電的能力及在外界能量作用下礦物發(fā)生帶電現(xiàn)象,,一、光學(xué)性質(zhì)：包括顏色、光澤、透明度

5、等,（1）顏色 它是礦物對不同波長的光波吸收和反射的結(jié)果。如果對各種波長的廣播普遍而又平均地吸收，則隨吸收程度的不同而呈黑色（幾乎全部吸收）、灰、白色。如果只吸收某些色光，則礦物呈現(xiàn)出反射光的混合色。 礦物的顏色五彩繽紛，單純色調(diào)的很少。為了簡明、通俗地描述礦物的顏色，對兩種顏色的混合色，常用雙重名命法，如黃綠、褐紅等。 如同種顏色在色調(diào)上有深淺濃淡時，則用比較法，如深紅、淺綠、淡黃等。有的還可以用比擬法，如乳白、鐵黑

6、、櫻桃紅、橄欖綠、天藍(lán)色等。,為了更好的掌握礦物顏色的描述，經(jīng)常以一些顏色比較典型的礦物作為比較標(biāo)準(zhǔn)。 常用的比色礦物有：紫色-紫水晶、褐色-多孔狀褐鐵礦、銅紅色-自然銅、藍(lán)色-藍(lán)銅礦、黃褐色-粉末狀褐鐵礦、鐵黑色-磁鐵礦、綠色-孔雀石、錫白色-毒砂、黃銅色-黃銅礦、黃色-雌黃、鉛灰色-方鉛礦、金黃色-自然金、橙色-雄黃、 鋼灰色-黝銅礦、紅色-辰砂、靛青藍(lán)色-銅藍(lán)。 某些礦物具有鮮明的顏色，極易引人注目，往往成為很好

7、的裝飾材料礦物、顏料礦物等。顏色與色調(diào)的濃淡，還決定著這些礦物的價值。,（2）光澤 礦物表面對于投射光線的反射能力稱為光澤。反射能力的強(qiáng)弱也就是光澤的強(qiáng)弱，可用反射率R表示，計(jì)算公式為：,,R越大，光澤越強(qiáng)。按R的大小，將光澤由弱至強(qiáng)分成表4-1所示四個等級。,,表4-1 光澤強(qiáng)弱的四個等級,提取礦業(yè)固體廢物中的有價礦物，可借助于它與脈石礦物光澤、顏色的差異進(jìn)行光電分選。,（3）透明度：礦物透光的能力 自然界絕對不透明的礦物

8、、絕對透明的礦物都是不存在的。透明度是一個相對的概念。 礦物透明與不透明的區(qū)分界限，是指礦物磨至0.03mm標(biāo)準(zhǔn)厚度時的透光程度而言。 一般將礦物分為：①透明礦物，絕大部分光線能通過，能完全或基本上透見另一物體。如無色水晶、冰洲石、云母等。②半透明礦物，能透過小部分光線，只能模糊透過另一物體，如辰砂、閃鋅礦等。③不透明礦物，光幾乎完全不能通過，如石墨、磁鐵礦等。 透明度是鑒定礦業(yè)固體廢物能否作為光學(xué)材料使用的特征

9、之一，也是能否作為填料使用的特征之一。如石英、CaCO3常作為無色透明的填料使用。,二、力學(xué)性質(zhì)：硬度、韌性、比重等性能。 （1）硬度 指廢物抵抗某種外來機(jī)械作用的能力，可借助測定礦物硬度的方法來測定。測定礦物硬度的方法很多，但在礦物學(xué)中一直沿用的是摩氏硬度計(jì)法，目前可用專門測硬度的儀器和顯微硬度計(jì)精確測定礦物的硬度。圖4-5所示為三種方法測定結(jié)果對比。,圖4-5 摩氏硬度、新摩氏硬度和顯微硬度等級的對比,廢物硬度與廢物粉

10、碎關(guān)系密切。廢物硬度不同，粉碎的難易程度、粉碎所需時間和設(shè)備不同。硬度越大，越難粉碎，粉碎時消耗的能量也越大。 另外，硬度不同的廢物，其應(yīng)用價值不同。硬度大的廢物可作為磨料使用，硬度小的廢物可作為填料使用。,（2）韌性 廢物受壓軋、錘擊、彎曲或拉引等力作用時所呈現(xiàn)的抵抗能力。 如：①脆性，廢物容易被打碎或壓碎的性質(zhì)。大多數(shù)廢物具有脆性。 ②撓性，廢物在外力作用下趨于彎曲而不發(fā)生折斷，除去外力后不能恢復(fù)原狀

11、的性質(zhì)。如片狀石膏、綠泥石、蛭石等廢礦物。 ③彈性，外力作用下趨于變形，但外力解除后又恢復(fù)原狀的性質(zhì)。如云母、石棉等廢礦物。 韌性對某些廢物原料進(jìn)行加工具有重要意義。韌性不同的礦業(yè)廢物，所采用的粉碎流程不同，所選用的粉碎設(shè)備也不同。,（3）密度 礦物的比重是礦物在4℃時的重量與同體積的水的重量之比。密度在選擇資源化方法時具有重要指導(dǎo)意義。 一般將礦物按密度分為三級：①輕密度礦物，密度在2.5以下的礦物；②中等密

12、度礦物，密度在2.5～4之間的礦物；③重密度礦物，密度在4以上的礦物。 在礦物學(xué)上測密度的方法很多，常見的有比重瓶法、重液法和體積計(jì)法三種。,三、電學(xué)性質(zhì)：導(dǎo)電性及荷電性。 （1）導(dǎo)電性 礦物對電流的傳導(dǎo)能力。 礦物的導(dǎo)電性可用礦物的導(dǎo)電率γ來表示。 γ=102Ω-1·cm-1以上的礦物：導(dǎo)體，如自然金屬礦物、大部分硫化物礦物。 γ≤10-12Ω-1·cm-1的礦物：非導(dǎo)體或絕緣體，

13、如硅酸鹽、碳酸鹽類礦物。 γ值介于前兩者之間的礦物屬于：半導(dǎo)體礦物，如部分硫化物及金屬氧化物類礦物。,某些礦物的導(dǎo)電性有重要的實(shí)用意義，如金屬和石墨是電的良導(dǎo)體可作電極材料，云母是不良導(dǎo)體可作絕緣材料，而半導(dǎo)體則廣泛地被應(yīng)用在無線電工業(yè)中。 在固體廢物資源化利用中，可根據(jù)廢物中礦物導(dǎo)電率的不同采用靜電分離法來分離提純有用礦物。,（2）礦物的荷電性：在受外力作用，如摩擦、加熱、加壓影響下，發(fā)生帶電現(xiàn)象的性能。實(shí)質(zhì)是礦

14、物中的熱能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的形式。 凡具有荷電性的礦物，其導(dǎo)電性均極為低弱或者根本不具導(dǎo)電性。 荷電性按所施外力不同，有以下幾種： ①摩擦電性，某些礦物當(dāng)與絲絹或毛皮摩擦?xí)r，呈現(xiàn)電荷現(xiàn)象。如自然硫、金剛石、琥珀C10H16O4等具有這種性質(zhì)。 ②焦電性，某些礦物受熱時，在晶體的某些部位產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，即熱能轉(zhuǎn)化為電能，如電氣石即具有這種性質(zhì)。,③壓電性:某些礦物在壓力或張力影響下，因變形而呈現(xiàn)出電荷的性

15、質(zhì)。在壓縮時發(fā)生正電荷的部位，在伸張時就發(fā)生負(fù)電荷，因此在機(jī)械的一壓一張的相互不斷作用下，就產(chǎn)生了一個交變電場，這種效應(yīng)稱為電壓效應(yīng)。反過來，具有壓電性的礦物晶體，又能借電能產(chǎn)生機(jī)械能。即把它放在一個變電場中，會產(chǎn)生一伸一縮的機(jī)械振動，這種效應(yīng)稱為電致伸縮。當(dāng)交變電場的頻率和壓電性礦物本身機(jī)械振動的頻率一定時，發(fā)生振動特別強(qiáng)烈的共振現(xiàn)象。 壓電材料在電子工業(yè)中用作各種換能器，如超聲波發(fā)生器等。石英由于振動頻率穩(wěn)定，質(zhì)地

16、堅(jiān)硬和化學(xué)性穩(wěn)定，是最優(yōu)良的天然壓電材料。,四、磁性 礦物的磁性是指礦物能被永久磁鐵或電磁鐵吸引或礦物本身能夠吸引鐵物體的性質(zhì)。 自然界具有磁性的礦物極為普遍，但磁性顯著的礦物則不多。 礦物磁性的強(qiáng)弱，可用比磁化系數(shù)表示，它表示1cm3的礦物在磁場強(qiáng)度為1Oe的外磁場中所產(chǎn)生的磁力。,對于黃鐵礦或白鐵礦可通過氧化焙燒形成強(qiáng)磁性礦物Fe7S8，再進(jìn)行磁選：,對于黃鐵礦或白鐵礦可通過氧化焙燒形成強(qiáng)磁性礦物Fe7S8，再

17、進(jìn)行磁選：,比磁化系數(shù)越大，表示礦物被磁化的能力越強(qiáng)。在礦業(yè)固體廢物資源化中，常根據(jù)廢物中不同礦物的磁性差異進(jìn)行磁選分離磁性不同的礦物。 按比磁化系數(shù)的不同，礦物分成四類： （1）強(qiáng)磁性礦物 比磁化系數(shù)大于3000×10-6 cm3/g，在弱磁場（900～1200Oe）就能與其他礦物分離，如磁鐵礦、磁黃鐵礦等。 （2）中磁性礦物 比磁化系數(shù)大于（600～3000）×10-6 cm3/g之間

18、，在磁場強(qiáng)度2000～8000Oe才能與其他礦物分離，如鈦鐵礦、鉻鐵礦及含磁鐵礦的赤鐵礦等。,對于黃鐵礦或白鐵礦可通過氧化焙燒形成強(qiáng)磁性礦物Fe7S8，再進(jìn)行磁選：,（3）弱磁性礦物 比磁化系數(shù)大于（15～600）×10-6 cm3/g之間，在磁場強(qiáng)度10000Oe以上才能與其他礦物分離，如赤鐵礦、褐鐵礦、黑鎢礦、輝銅礦、菱鐵礦、黃鐵礦等。 （4）非磁性礦物 比磁化系數(shù)小于15×10-6 cm3/g的礦物

19、，無法采用磁選分離法分離回收，如石英、方解石、長石等。 對于某些磁性弱的礦物，可通過適當(dāng)?shù)娜斯け簾鰪?qiáng)其磁性。如赤鐵礦、褐鐵礦的還原焙燒，反應(yīng)式為：,,五、礦物的潤濕性 礦物的潤濕性是浮選的理論基礎(chǔ)，是浮選上常用來判別礦物可浮性好壞的標(biāo)志。 礦物表面能否被液滴所潤濕的性質(zhì)，稱為潤濕性。 易被水潤濕的礦物稱為親水性礦物，如云母、石英、方解石等。不易被水潤濕的礦物稱為疏水性礦物，如滑石、石墨、輝鉬礦、方鉛礦

20、、黃銅礦等。 礦物的潤濕性主要由礦物內(nèi)部構(gòu)造所決定。分子鍵礦物為疏水性，即難潤濕的礦物。原子鍵礦物為親水性，即潤濕性強(qiáng)的礦物。,各種礦物由于潤濕性的不同，在水介質(zhì)中可能上浮或下沉。 一般，難潤濕的礦物（疏水性）易浮，如方鉛礦顆粒（比重7.4）在水中與氣泡相遇，礦粒表層的水層迅速破裂，礦粒與汽泡緊密結(jié)合而上升。 潤濕性強(qiáng)的礦物（親水性）難浮，如比重為2.65的石英顆粒，在水介質(zhì)中，石英表面與水緊密結(jié)合，空氣不能排除

21、石英表面的水層，則石英顆粒不易附著在氣泡上，仍留于水中。 因此，礦物在水介質(zhì)中是上浮還是下沉，其主導(dǎo)作用的是其潤濕性，而不是比重。,礦物化學(xué)性質(zhì)：當(dāng)?shù)V物與空氣、水等接觸時，將引起不同的物理、化學(xué)變化，如氧化、水解及水化等。與固體廢物資源化有關(guān)的化學(xué)性質(zhì)主要包括礦物的可溶性、氧化性。,一、可溶性 礦物中有價成分在不同溶劑中的溶出性能，是浸出提取有價元素的重要依據(jù) 如在常溫常壓下，硫酸鹽、碳酸鹽以及含有氫氧根和水的礦

22、物易溶于水，大部分硫化物、氧化物及硅酸鹽類礦物難溶于水。,二、氧化性 礦物被氧化后，其成分、結(jié)構(gòu)及礦物表面性質(zhì)均發(fā)生變化，對廢物的資源化利用具有較大影響。 如硫化礦物的適當(dāng)氧化可促進(jìn)其浮選的進(jìn)行或酸處理的效果。,礦物氧化主要與環(huán)境中氧化劑的作用、礦物本身的性質(zhì)、礦物的氧化與礦物的共生組合特征等有關(guān)。,（1）環(huán)境中氧化劑的作用：水、氧 水本身具有偶極性和解離性，能使很多礦物溶解于水。因此，水是礦物氧化中最活躍的因素

23、。 氧是礦物氧化中最強(qiáng)的氧化劑之一。氧的作用可使露天堆存的廢礦物中的低價離子變成高價離子，氧化后廢礦物的性質(zhì)也隨之改變，如硫化物的氧化：,,,（2）礦物本身的性質(zhì) 通常在金屬礦物中，那些缺氧的礦物（硫化物等）最易受氧化，而多數(shù)金屬氧化物則很少受到影響。石英則有抵抗氧化的能力。 —般，含有低價離子的礦物比較容易受到氧化，如含低價鐵Fe2+離子的磁鐵礦Fe3O4易氧化成含高價鐵離子Fe3+的赤鐵礦Fe2O3，菱錳礦MnC

24、O3氧化成硬錳礦mMnO·MnO2·nH2O等。硫化物是最容易氧化的礦物，但不同金屬硫化物的氧化速度并不相同：,。,,（3）礦物的氧化與礦物的共生組合特征 凡種類復(fù)雜的礦物共生或伴生，其氧化速度較快，反之則較慢。研究表明，當(dāng)方鉛礦、閃鋅礦、藍(lán)銅礦在有黃鐵礦存在時，其氧化速度要快8～20倍。若是單—的硫化物，則比較難氧化。當(dāng)溶液中（尤其是在堿性溶液中）存在著某些金屬陽離子時，可以大大加快金屬硫化物的氧化速度。

25、 因此，在提取金屬硫化物時，必須注意這些礦物的共生、伴生特點(diǎn)以及某些金屬陽離子的存在對礦石氧化的影響。,4.3尾礦的資源化,一、尾礦中有價組分的提取 許多礦山尾礦中具有回收利用價值的有價組分，其品位常常大于相應(yīng)的原生礦品位，充分利用分選技術(shù)回收這些有價金屬對充分利用資源、延緩礦產(chǎn)資源的枯竭具有重要意義,（1）銅尾礦 美國奧蓋奧選礦廠尾礦平均含Cu0.42%，主要有用礦物為黃銅礦、輝銅礦和黃鐵礦。,圖4-6

26、銅尾礦回收銅的工藝流程,圖4-11 鉛鋅尾礦浮選提取絹云母工藝流程,（2）鉛鋅尾礦中有價組分的提取,銀山鉛鋅尾礦中SiO2、Al2O3、K2O占總成分的80%以上。主要礦物為石英和絹云母，其中石英含量為51～54%，絹云母含量為29～34%。且大部分絹云母呈單體形狀，粒度較細(xì)。,圖4-10 鉛鋅尾礦生物-硫脲聯(lián)合浸出回收Au、Ag工藝流程,新墨西哥圣馬茍爾地區(qū)佩克斯選廠鉛鋅硫化礦浮選尾礦尾礦主要元素的組成為：Au1.75g/t、Ag

27、22.5g/t、Cu0.44%、Pb0.54%、Zn0.68%、Fe12.6%、S10.2%。,（3）蛇紋石尾礦制備MgO,蛇紋石尾礦組成復(fù)雜，主要含有MgO、SiO2、CaO等成分，還含有Fe、Al、Ni、Cr、Co等氧化物，其中含MgO33%以上。,圖4-12 蛇紋石尾礦制備MgO工藝流程圖,二、尾礦生產(chǎn)建筑材料,?尾礦中含有的多種非金屬礦物，如硅石或石英、長石及各類粘土或高嶺土、白云石或石灰石、蛇紋石等，都是較有價值的非金屬礦物

28、資源，可代替天然原料作為生產(chǎn)建筑材料的原料。,（1）生產(chǎn)微晶玻璃,生產(chǎn)工藝包括：燒結(jié)工藝和熔融工藝。,?如果微晶玻璃的基本組成限定為：SiO245～60%、CaO12～30%、Al2O35～12。表4-5 鉀長石尾礦的組成，%,燒結(jié)工藝：,?如果微晶玻璃的基本組成限定為：SiO245～60%、CaO12～30%、Al2O35～12。表4-5 鉀長石尾礦的組成，%,熔融工藝：,（2）生產(chǎn)硅酸鹽水泥,圖4-18 尾礦燒制水泥工藝流

29、程,（3）生產(chǎn)免燒磚 免燒磚是一種新型建筑材料，是由膠凝材料與含硅、鋁原料按一定顆粒級配均勻摻合，壓制成型，并進(jìn)行蒸壓或蒸養(yǎng)而成的一種以水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硅鋁酸鈣等多種水化產(chǎn)物為一體的建筑制品。,圖4-19 北京鐵礦蒸壓硅酸鹽尾礦磚生產(chǎn)工藝流程。,（4）生產(chǎn)粘土磚,鎢尾礦,粘土磚,圖4-22 贛南地區(qū)利用尾礦生產(chǎn)粘土磚工藝流程,以尾礦為原料，用塑性成型或半干壓成型生產(chǎn)粘土磚。,（5）生產(chǎn)加氣混凝土,圖4-23 大

30、孤山鐵礦尾礦生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土工藝流程,一種輕質(zhì)多孔建筑材料，具有容重輕、保溫效能高、吸音好和可加工等優(yōu)點(diǎn)。,（6）生產(chǎn)耐火材料,圖4-24 江蘇某瓷土礦利用尾礦生產(chǎn)耐火材料工藝流程,主要用于熱工設(shè)備中抵抗高溫作用，用作高溫容器或部件的無機(jī)非金屬固體材料。,（7）生產(chǎn)陶粒,圖4-25 沈陽有關(guān)單位利用鐵尾礦生產(chǎn)陶粒工藝流程,（8）生產(chǎn)黑色玻璃,圖4-26 利用尾礦生產(chǎn)黑色玻璃工藝流程,?研究表明，尾礦玻璃熔融溫度比普通窗玻璃低，熔

31、融時間也較短，因此，成本較窗玻璃低，且其外觀黑色純正、均一，高貴典雅，莊重大方，優(yōu)于天然大理石、花崗石性能，可作為建筑幕墻、家用臺面等高檔材料代替天然大理石、花崗石使用。,三、尾礦用作井下充填材料,?尾礦代替細(xì)砂、碎石等作為井下充填材料使用。 （1）尾礦水力充填：尾礦漿通過分級脫泥，用管道輸送到井下充填工作面，脫水后形成松散的，但相當(dāng)密實(shí)的充填體的充填工藝。,圖4-27 尾礦的水力充填工藝流程,粒度95%以上大于0.030～0.0

32、37mm,圖4-28 尾礦的膠結(jié)充填工藝流程,（2）尾礦膠結(jié)充填 尾礦水力充填：工藝和設(shè)備簡單、輸送范圍廣、充填成本低，基建投資省，但建成的充填體是松散的，為了使松散的尾礦凝聚成具有一定強(qiáng)度的整體，常在尾礦水力充填料中加入適量的水泥或其他膠凝材料。,四、尾礦生產(chǎn)化工產(chǎn)品,?尾礦組成：主要礦物為高嶺石，其次為迪開石及多水高嶺石，其中含有大量的鐵和鋁 。,圖4-29 黃鐵礦尾礦生產(chǎn)鐵鋁混合凈水劑工藝流程,4.4廢石的資源化,圖

33、4-30 德興銅礦利用酸性廢水浸出廢石中的銅工藝流程圖,一、提取有價成分 江西德興銅礦是我國最大的露采斑巖銅礦，剝采的含銅0.3%以下的廢石和表土堆存在廢石場中。由于廢石中含有硫化銅、黃鐵礦和多種金屬硫化物，在氧、雨水和鐵硫桿菌作用下，產(chǎn)生出Cu、Fe、S、Al等離子的酸性水，造成水體的污染。,二、廢石生產(chǎn)建筑材料,圖4-31 凡口鉛鋅礦利用廢石加工井下膠結(jié)充填骨料工藝流程,圖4-32 紅透山銅礦的井下廢石破碎充填系