编辑推荐
适读人群 :本书具有较强的系统性、技术性和应用性,可供尾矿和废石再选、处理装置等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也可供高等学校资源循环科学与工程、环境科学与工程及相关专业的师生参阅。 世界各国每年排出的尾矿量约50亿吨,我国矿业固体废渣年排放量达12亿吨以上,累计堆积已达200亿吨,占地5.5万公顷,而且随着矿产资源综合利用程度的提高,矿石可采品位的相应降低,尾矿量还会增长。尾矿、废石的大量排放堆积,污染环境、占用土地,每年由此造成的经济损失高达300亿元。
本书紧扣“综合利用”这一科学命题, 重点介绍了尾矿和废石综合利用的方法及相关技术, 具有以下几个方面的特色:①系统介绍了尾矿和废石的分类及其特点, 提出综合利用的技术思路;②详细介绍了尾矿和废石再选技术、 尾矿和废石充填技术及建筑材料制备技术, 以及近年来在应用方面取得的相关成果;③站在废物综合利用学科发展的前沿, 提出了尾矿和废石高附加值利用的相关技术思路,为尾矿和废石的综合开发利用及其矿业领域内多学科交叉指出了创新思路。
本书系统、全面地介绍了尾矿与废石的分类及其特点,分析了其综合利用价值,提出了尾矿废石综合利用的途径及相关技术;书中着重介绍了尾矿和废石再选技术、尾矿和废石充填技术、尾矿和废石制备建筑材料及其高附加值利用的技术方法等内容,可供从事尾矿和废石再选、处理装置等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也供高等学校环境工程、资源循环科学与工程及相关专业师生参阅。
内容简介
本书系统、全面地介绍了尾矿与废石的分类及其特点,分析了其综合利用价值,提出了尾矿与废石综合利用的途径及相关技术。书中着重介绍了尾矿和废石再选技术、尾矿和废石充填技术、尾矿和废石制备建筑材料及其高附加值利用的技术方法等内容。
本书具有较强的系统性、技术性和应用性,可供尾矿和废石再选、处理装置等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也可供高等学校资源循环科学与工程、环境科学与工程及相关专业的师生参阅。
作者简介
郭利杰:北京矿冶研究总院主任级高工,加拿大采矿、冶金与石油学会会士,国际岩石力学学会中国国家小组成员,有色金属矿产资源开发利用领域青年专家。在矿山充填新技术、固体废物资源化处置技术、矿冶工业生态系统领域有较深学术造诣,主持或参与国家科技攻关项目、教育部重点项目、北京市科技计划项目等10余项,发表高水平研究论文50余篇,撰写高质量重要技术研究报告20余部。先后承担并完成了安庆铜矿废石尾砂胶结充填工艺新技术研究、浙江遂昌金矿尾砂胶结充填利用中和渣探索性试验研究、紫金矿业铜陵紫金混凝土充填试验研究、马头尾矿胶结充填技术可行性研究、新城金矿充填材料及充填管路优化技术研究、龙桥铁矿全尾砂胶结充填材料试验研究,以及缓倾斜中厚矿体无废充填法安全开采技术研究等项目。
作为主要成员参加了国家科技支撑计划项目“复杂空区群条件下的矿床高效采矿与地压灾害监控综合技术”以及企业委托的 “安庆铜矿深部开采尾砂胶结充填参数试验研究”、“安庆铜矿厚大矿体特大型矿柱采场安全高效回采技术研究”、“六苴矿深部倾斜中厚矿体安全高效开采技术研究”、“遂昌金矿1号铅锌矿体的开采方案研究”等项目。
主持完成国家自然科学基金项目“废石尾砂胶结充填的充填体材料结构性能研究”,教育部重点实验室开放基金项目“废石尾砂胶结充填体材料微观结构模型研究”及北京市科技计划创新项目“采矿与城市垃圾协同处理技术研究”等。
内页插图
目录
第1章绪论
1.1尾矿和废石分类001
1.1.1尾矿的分类及特点001
1.1.2废石的分类及特点003
1.2我国尾矿和废石资源化利用概况004
1.2.1尾矿资源化利用概况004
1.2.2废石资源化利用概况006
参考文献006
第2章尾矿和废石基本特性
2.1尾矿物理、化学性质008
2.1.1尾矿基本物理性质008
2.1.2尾矿化学成分011
2.1.3尾矿粒级组成014
2.2废石物理、化学性质019
2.2.1废石基本物理性质020
2.2.2废石化学成分021
2.2.3废石的力学特性021
2.2.4废石粒度组成022
2.3尾矿矿物组成及加工特性023
2.3.1尾矿中有价金属的回收024
2.3.2尾矿在建材中的应用026
参考文献029
第3章尾矿和废石综合利用途径
3.1尾矿综合利用途径032
3.1.1尾矿再选033
3.1.2尾矿充填038
3.1.3尾矿建材040
3.1.4高附加值产品043
3.2废石综合利用途径045
3.2.1废石再选045
3.2.2废石充填047
3.2.3建筑材料050
3.2.4高附加值产品052
参考文献054
第4章尾矿再选技术
4.1铁尾矿的再选055
4.1.1铁尾矿的类型056
4.1.2铁尾矿再选技术056
4.1.3尾矿再选实例060
4.2有色金属尾矿的再选065
4.2.1有色金属尾矿再选技术065
4.2.2铜尾矿再选实例075
4.2.3铅锌尾矿再选实例077
4.2.4钨尾矿再选实例079
4.2.5锡尾矿再选实例081
4.3金矿尾矿的再选082
4.3.1金尾矿再选技术082
4.3.2从金尾矿中回收铁083
4.3.3用炭浆法回收金银084
4.3.4从金尾矿中回收硫085
参考文献085
第5章尾矿和废石充填技术
5.1尾矿充填技术086
5.1.1充填物料086
5.1.2尾矿基本性能要求087
5.1.3尾矿充填工艺流程089
5.1.4尾矿浓缩与存储系统090
5.1.5充填料浆搅拌系统094
5.1.6充填料浆管道输送系统095
5.1.7典型尾矿充填实例096
5.2废石充填技术100
5.2.1废石基本性能要求101
5.2.2废石水泥浆自淋胶结充填101
5.2.3废石粗骨料泵送胶结充填102
5.2.4典型废石充填实例102
5.3废石尾砂协同充填技术102
5.3.1废石尾砂充填物料基本性能102
5.3.2废石尾砂胶结充填工艺118
5.3.3典型废石尾砂协同充填实例133
参考文献134
第6章利用尾矿制备建筑材料
6.1国内外利用尾矿制备建筑材料研究概况135
6.1.1国外研究概述135
6.1.2国内研究概述136
6.2金属尾矿应用于水泥制备137
6.2.1金属尾矿用于水泥原料制备的可行性分析137
6.2.2水泥制备工艺137
6.2.3硅酸盐水泥熟料水化性能分析140
6.2.4尾矿作水泥生产原料应用分类144
6.2.5铜、铅、锌尾矿作为水泥原料制备146
6.2.6基于铁尾矿制备的充填新型胶凝材料的应用147
6.3尾矿制备新型混凝土材料156
6.3.1尾矿制备加气混凝土156
6.3.2尾矿制备泡沫混凝土162
6.4泡沫充填材料制备170
6.4.1尾矿浆体自发泡基本原理170
6.4.2尾矿基本物化性质170
6.4.3发泡材料172
6.4.4泡沫尾砂浆体泌水率试验175
6.4.5充填体体积膨胀率测试176
6.4.6泡沫尾砂充填体强度试验177
6.4.7泡沫尾砂充填料浆流动性试验180
6.4.8泡沫尾砂充填体微观结构分析182
6.4.9泡沫尾砂充填参数选择183
6.5尾矿制砖工艺技术183
6.5.1尾矿制砖现状183
6.5.2尾矿制备烧结砖工艺与机理184
6.5.3尾矿制备免烧砖工艺与机理185
参考文献186
第7章利用废石制备建筑材料
7.1废石生产建筑砂石187
7.1.1废石生产人工砂石介绍187
7.1.2废石生产人工砂石实例187
7.2废石生产水泥原料191
7.2.1石灰质原料192
7.2.2黏土质原料 194
7.2.3水泥生产用校正原料195
7.2.4燃料196
7.2.5低品位原料和工业废渣的利用 197
7.2.6工艺流程198
7.2.7矿山废石和尾矿可以用作水泥及混凝土原料的意义199
7.3废石制备高性能混凝土199
7.3.1高性能凝土的历史和由来200
7.3.2高性能混凝土的定义200
7.3.3高性能混凝土的组成特点202
7.4废石制造微晶玻璃206
7.4.1废石制造微晶玻璃介绍206
7.4.2废石尾矿微晶玻璃的制备工艺207
7.4.3国内外废石尾矿制备微晶玻璃的现状207
7.4.4废石尾矿制备微晶玻璃实例208
7.5其他建材利用216
7.5.1利用废石尾砂制备非烧结砖216
7.5.2利用废石尾砂制备烧结泡沫材料217
7.5.3利用废石尾砂制备墙体材料和道路材料217
参考文献218
第8章尾矿和废石高附加值利用
8.1尾矿高附加值利用技术219
8.1.1高性能耐火材料制备219
8.1.2纳米二氧化硅制备220
8.1.3硅铝聚合材料制备221
8.2废石高附加值利用技术225
8.2.1高强度人造石材料225
8.2.2新型地聚物材料226
8.2.3建筑工艺石材227
参考文献228
附录
附录一通用硅酸盐水泥(GB 175—2007)229
附录二铁尾矿砂混凝土应用技术规范(GB 51032—2014)235
索引
前言/序言
尾矿,通常指的是在一定的技术条件下,经选矿之后的残留物。残留物中可含有低品位的“有用金属物质”和“围岩”。从广义上讲,尾矿、废石、高炉渣等均可通称为“尾矿”。尾矿和废石因大量占用土地、污染环境、危害生态、危害社会、危害人们的健康而备受人们关注。
据有关数据统计,世界各国每年排出的尾矿量约5.0×109t,我国矿业固体废渣年排放量达1.2×109t以上,累计堆积已达2.0×1010t,占地5.5×104hm2,而且随着矿产资源综合利用程度的提高,矿石可采品位的相应降低,尾矿量还会增长。尾矿、废石的大量排放堆积,污染环境、占用土地,每年由此造成的经济损失高达300亿元。
本书结合笔者及其团队多年科研项目成果,并参阅国外该领域现代发展,对尾矿和废石资源综合利用的相关技术知识进行了较系统、全面的归纳,并列举了较多的应用实例。
本书为《废物资源综合利用技术丛书》中的一分册。本书紧扣“综合利用”这一科学命题, 重点介绍了尾矿和废石综合利用的方法及相关技术, 具有以下几方面的特色:①系统介绍了尾矿和废石的分类及其特点, 提出综合利用的技术思路;②详细介绍了尾矿和废石再选技术、 尾矿和废石充填技术及建筑材料制备技术, 以及近年来取得的相关成果;③站在废物综合利用学科发展的前沿, 提出了尾矿和废石高附加值利用的相关技术思路,为尾矿和废石的综合开发利用及其矿业领域内多学科交叉指出了创新思路。
全书共分8章,第1章绪论,主要阐明了废石和尾矿的分类及其特点,综述了我国尾矿和废石资源化利用的基本概况;第2章重点介绍了尾矿和废石的基本特性及矿物组成与加工特性;第3章重点介绍了尾矿和废石综合利用途径;第4章重点介绍了尾矿和废石再选技术及应用实例;第5章重点介绍了尾矿和废石充填技术;第6章重点介绍了利用尾矿制备建筑材料及应用实例;第7章重点介绍了利用废石制备建筑材料及应用实例;第8章重点介绍了尾矿和废石高附加值利用及应用实例。
本书内容丰富、 逻辑性强、 重点突出, 具有较高的学术价值和实用性,可供从事尾矿和废石资源综合利用的工程技术人员、科研人员及管理人员参考,也可供高等学校相关专业师生参阅。愿该书的付梓问世 能为我国矿山废物的综合开发利用提供借鉴和启迪。本书编著过程中,感谢许文远、杨超、侯国权、李宗楠、史采星、李文臣、刘光生、彭啸鹏、陈鑫政、谢兴山等提供的帮助。
限于编著者水平及编著时间,书中不足和疏漏之处在所难免,敬请读者提出修改建议。
编著者
2017年4月
废物资源综合利用技术丛书——环境友好型材料的创新与实践 丛书定位: 本丛书汇集了当前废物资源化领域的前沿研究成果与成熟应用技术,旨在系统性地梳理和推广环境友好型材料的开发、制备及工程应用。丛书聚焦于如何将工业和城市废弃物转化为具有高附加值、低环境影响的新型材料,促进循环经济发展,提升资源利用效率,并为可持续发展提供坚实的物质基础。 核心内容模块: 本套丛书共分为五卷,涵盖了从基础理论到具体工程实践的多个维度: --- 第一卷:工业废渣高效资源化基础与前处理技术 内容概述: 本卷深入探讨了多种主要工业废渣(如粉煤灰、高炉矿渣、钢渣、电石渣等)的物相结构、化学成分特性及其对后续资源化利用的影响。重点在于建立废渣特性与应用性能之间的定量关系模型。 关键章节细述: 1. 工业废渣的微观结构分析与活性评估: 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)结合能谱分析(EDS)等手段,精确表征不同来源废渣的玻璃体含量、晶相结构、孔隙率等关键参数。引入活性指数评价体系,指导预处理方法的选择。 2. 高效物理分选与污染物脱除技术: 详细阐述了磁选、重选、静电分选在废渣提纯中的应用。针对重金属、有害元素(如铬、硫化物)的化学浸出与固定化技术进行专题介绍,包括酸/碱浸出、微生物浸提、以及新型螯合剂的筛选与应用。 3. 废渣的物理活化与改性技术: 聚焦于提高废渣反应活性的工程手段。包括超细化研磨技术(如行星式球磨、振动磨)、低温煅烧活化、以及表面改性剂的应用,以增强其在水泥、混凝土、地质工程中的胶凝性能和反应速率。 4. 废渣的能源化耦合利用潜力分析: 探讨了废渣中残余碳或有机物的热解与气化过程,实现能源回收与物料回收的协同效应,并评估其对资源化产品质量的潜在干扰。 --- 第二卷:固废衍生功能性建筑材料的开发与应用 内容概述: 本卷专注于利用工业固废,特别关注其在土木工程、建筑结构材料中的创新应用,旨在替代天然骨料和水泥熟料,降低建筑行业的碳足迹。 关键章节细述: 1. 高品质胶凝材料的制备: 重点介绍低温或常温下利用粉煤灰、粒化高炉矿渣、钢渣制备高性能地聚合物(Geopolymer)的配方设计、水化动力学及长期性能耐久性研究。包括地聚合物混凝土、地聚合物砂浆的抗压、抗折、抗冻融性能的实测与分析。 2. 废渣在高性能混凝土中的应用: 深入分析钢渣骨料(粗骨料和细骨料)的体积稳定性、吸水性、碱骨料反应抑制技术。讨论含渣水泥的长期强度发展规律及在海洋、寒冷等特殊环境下的应用对策。 3. 轻质与隔热材料的创新: 介绍如何利用某些特定工业废渣(如冶金渣、燃煤灰渣)发泡制备轻质集料、多孔板材,及其在建筑保温隔热、防火领域的应用性能评估。 4. 固废基路基和填筑材料技术: 详述钢渣、脱硫石膏等在公路基层、路面结构中的应用标准、施工工艺和长期承载性能验证,特别是对水稳性、变形模量的影响分析。 --- 第三卷:城市废弃物资源化与高值化利用 内容概述: 本卷将视角转向城市固体废物(MSW)、建筑垃圾(C&D Waste)以及特定有机废弃物,研究如何通过先进技术实现高附加值产品的转化。 关键章节细述: 1. 建筑垃圾的分级处理与骨料再生成套技术: 详细阐述建筑垃圾的破碎、筛分、除杂流程,重点对比了不同强度等级的再生骨料在现浇混凝土、预制构件中的替代方案与性能局限。探讨再生骨料对新拌混凝土工作性的影响及改善措施。 2. 城市污泥的稳定化与资源转化: 介绍污泥脱水、干化、厌氧消化等稳定化技术,并重点研究污泥灰渣在陶粒、轻质骨料制造中的应用潜力,以及重金属固化后的安全处置路径。 3. 废塑料的化学回收与材料再生: 探讨废弃塑料(如PE、PP、PET)的解聚、热解制备燃料油或单体,以及高性能改性母料的共混技术,以提高再生塑料的力学性能和使用寿命。 4. 废弃有机物(如秸秆、木屑)的热化学转化: 分析生物质气化、快速热解制备生物油和炭黑的技术路线,并评估这些产物在化工原料或功能性填料中的潜力。 --- 第四卷:废物资源化过程的工程化设计与安全控制 内容概述: 本卷聚焦于资源化生产过程的工程放大、系统集成以及环境风险管理,确保技术从实验室走向工业化生产的可靠性和安全性。 关键章节细述: 1. 资源化生产线的集成与优化: 探讨多工艺耦合的集成系统设计思路,如“废渣处理—产品制备—污染物回收”的一体化流程优化。应用过程模拟软件(如Aspen Plus)对关键反应器和分离单元的能耗与物耗进行优化。 2. 资源化产品中的潜在污染物迁移风险评估: 针对使用废渣制备的材料,建立严格的浸出毒性测试体系(如TCLP法)。重点分析在不同pH值、氧化还原电位下,重金属和放射性核素的释放规律,并提出有效的长期稳定化保证措施。 3. 中试放大与工业化验证: 详细记录典型废物资源化项目的工程放大案例,包括反应器选型、热量传递控制、固液分离效率的工程化挑战及解决方案。 4. 资源化生产过程的能效与环境影响评价(LCA): 采用全生命周期评价方法,对比传统资源开采与废物资源化利用在能耗、水耗及温室气体排放上的差异,量化资源化技术的环境效益。 --- 第五卷:废物衍生新材料的高级功能化与前沿探索 内容概述: 本卷面向未来研究方向,探讨如何利用废物基材料开发具有特殊物理、化学或电学功能的新型复合材料,拓展其应用边界。 关键章节细述: 1. 废物基吸附剂与催化剂载体的设计: 利用活性炭、沸石型物质或高孔隙率的固废衍生物,设计用于水净化、空气污染物去除的高效吸附材料。探讨其负载贵金属或过渡金属,作为工业催化剂载体的活性与稳定性。 2. 固废衍生纳米材料的制备与应用: 研究从特定废渣中提取或原位合成二氧化硅、氧化铁等纳米颗粒的技术,并探索其在复合材料增强或储能器件中的初步应用。 3. 废物基电化学储能材料探索: 考察某些富含碳、硫、金属元素的固废(如锂离子电池废料、某些工业烟尘)经过特定热处理后,作为超级电容器电极材料或锂/钠离子电池负极材料的电化学性能。 4. 生物-无机复合材料的构建: 探索利用生物炭(生物质热解产物)与无机废物(如磷石膏)复合,开发新型缓释肥料或土壤改良剂的技术路径。