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第十章 固体废物资源化. 计划课时： 2 学时。 本章主要内容为：各种固体废物的资源化利用，包括粉煤灰和煤矸石、高炉渣、钢渣、硫铁矿烧渣、铬渣、赤泥、废石膏、石油化工催化剂及等的处理利用，实例介绍。 了解、并理解各种固体废物资源化的途径。 掌握废塑料、废橡胶的回收利用。. 10.1 概述. 固体废物的资源化是指对固体废物进行综合利用，使之成为可利用的二次资源。
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第十章 固体废物资源化 • 计划课时：2学时。 • 本章主要内容为：各种固体废物的资源化利用，包括粉煤灰和煤矸石、高炉渣、钢渣、硫铁矿烧渣、铬渣、赤泥、废石膏、石油化工催化剂及等的处理利用，实例介绍。 • 了解、并理解各种固体废物资源化的途径。 • 掌握废塑料、废橡胶的回收利用。
10.1 概述 • 固体废物的资源化是指对固体废物进行综合利用，使之成为可利用的二次资源。 • 资源化系统的构成如图10-1所示，根据循环经济的思想，整个系统可以分为两大类。第一类叫做前端系统，被应用于该系统内的有关技术如分选、破碎等物理方法称为前端技术或前处理技术; 第二类叫做后端系统，被应用在后端系统的有关技术如燃烧、热解、堆肥等化学和生物方法称为后端技术或后端处理技术。
前端系统在资源化处理过程中，物质的性质不发生改变，是利用物理的方法，对废物中的有用物质进行分离提取的回收。这一系统又可分两类：前端系统在资源化处理过程中，物质的性质不发生改变，是利用物理的方法，对废物中的有用物质进行分离提取的回收。这一系统又可分两类： 一类是保持废物的原形和成分不变的回收利用。例如，对空瓶、空罐、设备的零部件等只需经分选、清洗及简单的修补即可直接再利用。另一类是破坏废物原型，从中提取有用成分加以利用。例如从固体废物中回收金属、玻璃、废纸、塑料等基本原材料。 • 后端系统是把前端系统回收后的残余物质用化学的或生物学的方法，使废物的物性发生改变而加以回收利用。
10.2 城市生活垃圾的资源化 • 城市生活垃圾通过其所具有的可溶性、挥发性、迁 移性进人环境，它们侵占土地，污染大气、水体和 土壤，传播疾病，影响环境卫生。
中国的垃圾治理政策是：“减量化”、“无害化”和“资源化”。 《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》 中明确指出：“应按照减量化、资源化、无害化的原则，加强对垃圾产生的全过程管理，从源头减少垃圾的产生量；对已经产生的垃圾，要积极进行无害化处理和回收利用，防止污染环境。”这充分体现了循环经济的理念。对已经产生的垃圾，则“无害化”是垃圾处理的基础，在实现“无害化”的同时，实现垃圾的“减量化”和“资源化”是追求的目标。
垃圾资源化方法有许多，从利用方式可公分为两类，即循环再利用和通过工程手段利用，而通过工程手段回收利用又可分为加工再利用和转换利用，图12-2列出了一些常用的资源化方法。垃圾资源化方法有许多，从利用方式可公分为两类，即循环再利用和通过工程手段利用，而通过工程手段回收利用又可分为加工再利用和转换利用，图12-2列出了一些常用的资源化方法。
① 循环再利用：是指对垃圾中的有用物质的利用，如啤酒瓶的回收再利用。 • ② 加工再利用：是指对垃圾中的某些物质经过加压、加温等物理方法处理，其化学性质未发生改变的利用，如废塑料的熔融再生，用废塑料、废纸生产复合板材等。 • ③ 转换利用：是指利用垃圾中某些物质的化学和生物性质，经过一系列的化学或生物反应，其物理、化学和生物性质发生了改变的利用，如垃圾的焚烧、堆肥等。
表10-1垃圾资源化处理技术对垃圾的物性条件要求表10-1垃圾资源化处理技术对垃圾的物性条件要求
10.3 工业固体废物的资源化 • 煤矸石的综合利用 • 煤矸石是煤矿中夹在煤层间的脉石，它是含碳岩石和其他岩石混合物，在煤的开采和洗选过程中都会有相当数量的煤矸石排出。由于煤的品种和产地不同，各地煤矸石排出率亦各异，平均约为原煤产量的20%。 • 目前，中国煤矸石年排放量约2×108t左右，历年来煤矸石堆存量已超过13亿吨，占地约10万亩，煤矸石中硫化物的逸出或浸出还会污染大气、土壤和水质，特别是矸石日久堆放会引起自燃，放出大量有害气体，造成严重的环境污染。
（1）煤矸石资源化途径 • 表10-5 煤矸石的合理利用途径
（2）煤矸石用作燃料 • ① 回收煤炭。 • ② 用作沸腾炉燃料。 • 目前中国投入运行的沸腾炉过2000多台，节省了大量的优质煤炭，经济效益也十分显著。例如辽宁阜新某工厂以前用7台普通锅炉，年耗煤11000t，现改为2 台沸腾炉，年耗洗矸30000t，每年仅燃料费即可节约3 万多元。 • ③ 用于制煤气。
（3）煤矸石用作建筑材料 • ① 煤矸石制水泥。煤矸石和黏土的化学成分相近，一般含SiO240%—60%，Al2O315%—30%，还有CaO、Fe203。 • ② 煤矸石制烧结砖。煤矸石烧结砖是以煤矸石为原料，替代部分或全部黏土烧制而成。全国统配煤矿已建有矸石砖厂160余座、年产矸石砖15亿块。 • ③ 煤矸石生产轻骨料。 • ④ 煤矸石生产空心砌块。 • ⑤ 煤矸石作筑路和充填材料。
粉煤灰的综合利用 • （1）粉煤灰的排放及危害 • 燃煤电厂使用煤粉为燃料，当粉煤在锅炉中燃烧时，大部分成为细灰，自烟道中排出，经除尘设备捕集为粉煤灰。随着电力工业的发展，电厂排出的粉煤灰与日俱增，迄今为止，中国已累计堆放粉煤灰6×108多吨，占地超过20×104亩。据电力部统计，仅1993年一年就排放灰渣8602×104t，利用量仅2993×104t ，其中绝大部分是灰场贮存，还有约2.1%的灰渣排入江河。 • 目前，仍有约6×108t 渣将进人灰场，灰场总占地将达到60×104亩（按累计设计库容计）。
（2）粉煤灰利用现状 • 到 1992 年底，中国开发的灰渣利用技术达200项，进人工程实用阶段的也有30－50 项之多，灰渣利用率也由1990年的20.65%上升到1993年的34.8%。 • （3）粉煤灰在建材工业上的应用 • 粉煤灰中含有大量的SiO2（40%－65%）和Al2O3（15%－40%），具有一定的活性，可以作为建材工业的原料使用。 • ① 生产水泥及其制品。
② 生产烧结砖和蒸养砖。粉煤灰烧结砖是以粉煤灰、黏土为原料，经搅拌成型，干燥、焙烧而制成的砖。粉煤灰掺加量为30%－70%，生产工艺与普通黏土砖大体相同，可用于制烧结砖的粉煤灰要求含SO3量不大于1%，含碳量10%－20%左右，用粉煤灰生产烧结砖既消化了粉煤灰，节省了大量土地，同时还可降低燃料消耗。 • 粉煤灰蒸养砖是以粉煤灰为主要原料，掺入适量生石灰、石膏，经坯料制备、压制成型，常压或高压蒸汽养护而制成的砖。粉煤灰蒸养砖配比一般为：粉煤灰88％、石灰10％、石膏2％、再掺水20%－25%。 • ③ 生产建筑制品。
（4）粉煤灰用于筑路和回填 • 用粉煤灰与石灰、碎石按一定比例混合搅拌可制作路面基层材料。例如法国普遍采用以80％的粉煤灰和20％的石灰配制水硬性胶凝材料，并掺加碎石和砂作道路的底层和垫层。这种材料成本低、施工方便、强度也很好。 • （5）粉煤灰在农业上的利用 ① 直接施于农田。 ② 粉煤灰肥料。
10.3.3 冶金工业废渣的综合利用 • 从金属冶炼到加工制造所产生的冶金渣、粉尘、污泥和废屑等统称为冶金工业废渣。其中排放量较大，而且综合利用率较高的主要是冶金渣，它包括高炉渣、钢渣、有色金属渣、铁合金属渣等，本节主要介绍冶金渣的综合利用情况。
高炉渣的综合利用 • 高炉渣也称矿渣，是高炉炼铁时所排出的固体废物。目前中国每炼1t生铁约产生0.6－0.7t高炉渣（工业发达国家为0.27－0.28t），中国每年排出高炉渣约3000×104t , 其中70%左右得到利用。
钢渣的综合利用 • 钢渣是炼钢过程中所排出的固体废物，按冶炼方法的不同，可分为平炉钢渣、转炉钢渣和电炉钢渣。钢渣的产生量约为钢产量的20%左右，全世界每年排出钢渣约（1-1.5）×108t ，中国每年排放量约1000×104t ，而利用率只有30%。钢渣的主要成分有：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5等，具有一定的胶凝性，其主要用途有以下几个方面。
（1）生产钢渣水泥 • 将钢渣破碎后与高炉水淬渣、少量水泥熟料、石膏一起混合磨细后即可制得钢渣水泥，这是钢渣最主要的用途。用作水泥原料的钢渣，碱度不得小于1.8，金属含量应小于1%，游离CaO量应小于5%，并经水浸或蒸汽处理，以降低游离氧化钙的量。 • 钢渣水泥具有微膨胀性，因而抗渗性好。它的早期强度低，但后期强度高，耐磨性、抗冻性能好，并具有较好的抗腐蚀性。由于上述特性，钢渣水泥可用于浇灌大坝等大体积混凝土，也适于海港工程。
（2）作骨料和路材 • （3）制免烧砖 • （4）用作农肥 • 含磷生铁炼钢时产生的钢渣含有一定量的磷及钠、镁、硅、锰等元素，可以直接加工成钢渣磷肥。例如中国马鞍山钢铁公司的钢渣含磷可达4%－20%（以P2O5计），生产出的磷肥含P2O5量最高可达16%以上。 • （5）用于钢铁生产 • 钢渣可用于作烧结配料，在烧结矿原料中加入钢渣，不仅利用了钢渣中残存的钢粒，氧化铁、CaO、MgO、MnO等有用成分，而且提高了烧结矿的强度及产量。
有色金属冶炼渣的综合利用 • 有色金属冶炼渣是有色金属在冶炼过程中排出的固体废物。中国目前有色金属冶炼渣每年排放量约425×104t，其中有害有色金属冶炼渣约1l0×104t，这些废渣中含有镉、砷、铬、汞等有害成分，如不经治理就任意排放，会对环境和人畜造成危害。 • 目前中国对有色金属冶炼渣的利用率很低，这里只简要介绍赤泥和铜渣等的利用。铬渣的利用将在化工废渣一节讨论。
赤泥的利用 • 赤泥是炼铝过程中生产氧化铝时形成的残渣，其成分以钙、硅、铁的氧化物为主。每生产1t氧化铝约排出1－2t赤泥。中国每年排放约200×104t，但由于其含水量大，碱性强，综合利用率不高。 • 赤泥的矿物组成主要包括硅酸二钙和硅酸三钙，在激发剂的激发下，有水硬胶凝性能。因此可以用它作为原料生产水泥。 • 赤泥在水泥工业上的应用主要有两个方面： • 一是代黏土烧制普通硅酸盐水泥，其生产工艺与普通硅酸盐水泥相同。 • 二是生产赤泥硫酸盐水泥，这种水泥的生产工艺简单，只需将赤泥烘干，然后按一定配比与其他原料混合磨细即可。
赤泥中含有一定量的氧化铁（10%－45%），可将其在700－800℃下还原使赤泥中的 Fe2O3转变为Fe3O4，然后经磁选选出铁精矿（含氧化铁63%－81%），供炼铁使用。 • 赤泥还可用来制赤泥硅钙肥，作填充剂生产塑料制品，以及用作筑路材料、填充土方等。不少国家还在研究从赤泥中回收铝、铁、钒等金属以及用作净水剂、气体吸收（附）剂等。
炼铜渣的综合利用 • 炼铜渣是炼铜过程中由反射炉排出的炉渣，它的利用主要有以下几个方面。 • ① 生产水泥。铜渣与少量激发剂（石膏和水泥熟料）混合磨细即可制成铜渣水泥，其生产工艺简单、成本低、建厂投资少。 • ② 生产小型砌块。用铜渣水泥作胶凝材料，用铜渣、尾砂为骨料可生产小型砌块，产品自重轻，后期强度高，有一定推广价值。 • ③ 生产矿渣棉。将铜渣与电厂水淬成粒状玻璃态的炉渣（即液态渣）混合配料，在池窑内熔化并经离心机微孔甩成细丝，就可制成纤维细长柔软的优质矿渣棉。
化工废渣的综合利用 • 化工废渣是化学工业及其他工业部门在生产各种化学产品时所排放出的固体或半固体形式的废物。据统计，1992年中国各工业部门所排出的各化工废渣为2476×104t，其中以化学工业部门排放量最大为1761×104t。不少化工废渣都含有毒有害物质，有的还是剧毒物质，如果不加处理或利用而任意排放就会对环境产生严重的污染。同时化工废渣的综合利用价值较大，如能充分利用，将具有良好的经济效益。
硫铁矿烧渣的综合利用 • 硫铁矿烧渣是以硫铁矿为原料生产硫酸时所排出的废渣。每生产1t硫酸约排出硫铁矿烧渣0.7—1.0t。中国每年约有600×104t烧渣排放，占用了大量土地，污染了环境。硫铁矿渣的利用已有100多年历史，目前有些国家如德国，利用率几乎达100%。中国从20世纪50年代开始综合利用烧渣，利用途径已有十多种，下面介绍几种较为成熟的利用途径。
（1）硫铁矿烧渣炼铁 • 硫铁矿烧渣中含铁约30%－45%，可以作为炼铁原料使用，但由于铁的品位低，并含有硫、砷、锌等有害杂质，直接用于炼铁效果不理想，必须先进行预处理以提高含铁量及降低杂质含量，预处理过程包括选矿和造块烧结两个步骤。 • 选矿是利用烧渣中各矿物成分的物理性质（磁性、密度等）的不同，采用磁选或重选等方法，将烧渣中含铁矿物与脉石分离，达到提高铁的品位和去除有害杂质的目的。 • 造块烧结一般可有两种方法，一种是将选矿后的烧渣精矿代替铁精粉配入烧结料中生产烧结矿。另一种是在烧渣中配入一定量的熔剂和粘合剂，经混料后造粒成球，再经干燥，焙烧制成炼铁球团矿即可送入高炉炼铁。
回收有色金属 • 硫铁矿烧渣中除含有大量的氧化铁外，还含有一定数量的有色金属如Cu、Pb、Zn、Ni、Au、Ag等。可用氯化焙烧法将它们回收，同时也提高了烧渣含铁的品位。氯化焙烧是利用氯化剂（一般为NaCl或CaCl2）与烧渣在一定温度下加热焙烧，使有色金属转化为氯化物而加以回收。氯化焙烧工艺可分为中温氯化焙烧（500—650℃）和高温（1000—1200℃ ）氯化焙烧两种。
图10-5硫铁矿烧渣的中温氯化焙煤烧工艺 • 经筛分、磁选后的精矿与8%—10%的NaCl混合，送入10—11层的多膛炉中焙烧，氯化焙烧最高温度为600—650℃，焙烧时间为4—5h，焙烧后的烧渣用5%—7%的稀硫酸浸出，然后将浸出液中的有色金属和铁分别加以回收。
用石灰作胶结剂制砖 • 硫铁矿烧结本身无胶结能力，但和石灰混合后石灰就能和烧渣中的活性氧化硅、氧化铝反应生成硬性胶凝物质，使渣砖具有一定强度。 • 该法的生产工艺是：将沸腾炉中排出的烧渣用水淬冷，然后堆放10～15d，使之粉化，再与消石灰按比例均匀混合，加水混碾使其进一步细化、均匀化、胶体化，经压砖机压制成型，自然养护28d，即为成品砖。石灰加入量对烧渣砖强度影响很大，加入量在14%—18%时，砖的强度最高。 • 烧渣砖具有较高的抗压、抗折强度，在耐水性、耐腐蚀性和耐大气稳定性等几方面都可满足一般墙体材料的要求。
生产化工产品 • 对含铁量低的硫铁矿烧渣，可经化学处理生产化工产品。 • ① 生产氧化铁红、透明氧化铁。中国已研究成功由低品位（含铁23%—31%）的硫铁矿烧渣生产氧化铁红的工艺。其过程是：将烧渣经筛分、磁选出强磁性的Fe3O4，与50%—70％的硫酸在一定温度下反应，反应后溶液内加一定晶种，然后烘干脱除结晶水，将所得物料粉碎后缎烧（300—800℃），再进一步处理即可得含Fe3O4 75％以上的氧化铁红。
武汉大学研制出利用硫铁矿渣生产透明氧化铁红新工艺，用烧渣为原料加还原剂焙烧后用盐酸浸取，浸取液经空气氧化，加碱沉淀Fe3+，加入表面活性剂凝聚胶体粒子，然后用有机溶剂萃取分离杂质，最后将胶体热处理可制得透明氧化铁。该产品色彩鲜艳透明，广泛应用于涂料、油墨、塑料制品、胶片着色以及化妆品等方面。武汉大学研制出利用硫铁矿渣生产透明氧化铁红新工艺，用烧渣为原料加还原剂焙烧后用盐酸浸取，浸取液经空气氧化，加碱沉淀Fe3+，加入表面活性剂凝聚胶体粒子，然后用有机溶剂萃取分离杂质，最后将胶体热处理可制得透明氧化铁。该产品色彩鲜艳透明，广泛应用于涂料、油墨、塑料制品、胶片着色以及化妆品等方面。
② 制取FeSO4·7H2O。将硫铁矿烧渣经还原处理，使Fe3+转化为Fe2+，再用20%—30%废硫酸浸取，浸取液过滤后结晶、干燥即可得合格产品。 • ③ 制取水处理剂。对于含氧化铝较高（>25%）的硫铁矿烧渣可用来制备铁铝复合无机絮凝剂。将烧渣用热盐酸浸溶，使其中的Fe2O3和Al2O3与酸作用生成相应的盐酸盐而溶解，维持一定温度和pH值则可使其水解聚合而生成一种黄棕色半透明树脂状物质——聚合氯化铝铁（PAFC）。它是一种优良的水处理剂，具有很强的吸附能力和良好的凝聚沉淀性能。
铬渣的处理和综合利用 • 铬渣是冶金和化工部门在生产金属铬盐时所排出的废渣，主要由CaO、MgO、Al2O3、 Fe2O3、SiO2及少量六价铬的化合物组成。每生产1t 金属铬约排出铬渣1.5t，每生产1t重铬酸钠要排出铬渣3t。虽然目前中国铬渣的年排放量并不高（十几万吨），但由于铬渣中所含的六价铬毒性较大，如长期堆放不加处理就会污染水源和土壤，对人类和其他生物造成严重的损害。因此对铬渣的处理和利用必须将毒性大的六价铬还原为毒性小的三价铬，并使其生成不溶性化合物，在此基础上再加以综合利用。目前中国对铬渣的处理和利用主要有以下几个方面。
（1）铬渣作玻璃着色剂 • 在制玻璃的配料中，可用铬渣代替铬铁矿作着色剂制绿色玻璃。在玻璃窑炉高温还原气氛下，铬渣中的Cr6+被还原成Cr3+而进入玻璃熔融体中，急冷固化后即可制得绿色玻璃。同时铬也被封固在玻璃中，达到了除毒的目的。用铬渣代替铬铁矿作着色剂，可消除污染，而且铬渣中含有MgO、CaO，可以代替玻璃配料中的白云石和石灰石，降低生产成本。生产出来的玻璃色泽鲜艳，质量有所提高。用铬渣代替铬矿粉作着色剂时，适宜的加入量为2%—6%，加入量过高，则会产生Cr2O3失透现象。目前，天津、沈阳、青岛、北京、重庆等地玻璃厂都采用铬渣作玻璃着色剂，国内用于这方面的铬渣量已达4×104t·a-1左右。
（2）铬渣作助熔剂制钙镁磷肥 • 在钙镁磷肥的生产过程中，为了降低磷矿石的熔点，需加入蛇纹石、白云石及硅石作助熔剂。铬渣与蛇纹石、白云石相比，在主要成分上十分相近，因此可以作助熔剂使用。在炉内高温状态下（800—1500℃），煅烧产生的大量CO和H2，以及存在的固定碳，可将铬渣中的六价铬还原为三价铬和金属铬，分别进入磷肥及富集在铬镍铁中。 • 用铬渣作助熔剂生产钙镁磷肥可使铬渣彻底解毒并资源化，每生产1t钙镁磷肥可消耗铬渣150—400kg。对于使用钙镁磷肥对人畜和农作物是否安全问题，自1983年以来，国内许多铬盐厂和科研单位对其可行性进行了研究，论证了铬渣用于生产钙镁磷肥是可行的，并规定了铬渣钙镁肥中铬的安全控制指标，为该肥料的安全施用铺平了道路。
（3）铬渣作炼铁烧结熔剂 • 铬渣中含有大量的CaO、MgO、Fe2O3（三者之和大于60%），与炼铁烧结熔剂料（白云石、石灰石）成分类似，且具有自熔性和半自熔性，其物理特性（粒度、猫度）也适于作烧结矿熔剂，因此可代替石灰石等作炼铁辅料。 • 重庆钢铁公司和重庆东风化工厂已成功进行了铬渣作烧结熔剂的工业化试验．试验结果表明，铬渣作为烧结炼铁的熔料使用工艺上完全可行，且使固体燃料消耗下降，烧结矿质量上升，六价铬还原解毒彻底，烧结过程中六价铬还原率达99.98%以上，残留的微量六价铬还可在高炉冶炼中进一步被还原。
一、废电池的管理现状及对策 • 我国废电池产生情况 • 废电池的资源化价值及环境污染问题 • 我国废电池管理现状 • 我国废电池管理中存在的问题 • 我国废电池的管理对策分析 • 我国废电池管理应开展的工作 • 结语
1. 我国废电池产生情况 • 我国电池行业状况 • 废电池的产生情况
中国电池产业状况电池的类别 • 电池种类繁多,主要有碱性电池(锌—二氧化锰)、锌碳电池（非碱性）、密封镍镉充电电池、锂电池、氧化汞电池、氧化银电池和锌—空气纽扣电池等。每种电池又具有不同型号。各种不同种类、型号的电池，其组成成分亦大不相同。
中国电池产业状况1996年国产电池品种、产量及比例中国电池产业状况1996年国产电池品种、产量及比例
废电池的产生情况 • 废电池的产生情况目前还没有统计数据。由电池产生情况估计废电池的产生量主要涉及电池的使用量和使用寿命。 • 电池的使用量和使用寿命估算中存在诸多不确定因素。可以综合考虑电池的生产量、进出口量、电池的生命周期等因素进行估算。
2.资源化价值及环境污染问题 • 各种电池的化学组成 • 废电池的资源化价值 • 废电池中的污染组分 • 废电池中化学物质污染环境、危害人体健康的途径 • 收集、处理、处置方式与对环境污染的关系
