工業(yè)廢棄物與尾礦在無機非材料中的利用以及玻璃陶瓷的廢氣處理

工業(yè)廢棄物在無機非金屬材料中的利用以及玻璃陶瓷工業(yè)的廢氣處理要求摘要：隨著社會的發(fā)展和一些自然災害的頻頻發(fā)生，節(jié)能減排越來越受到人們的重視。本文就工業(yè)廢棄物在水泥、陶瓷、玻璃三種硅酸鹽材料中的利用、研究現(xiàn)狀以及玻璃陶瓷的廢氣處理要求進行了闡述。關鍵詞：工業(yè)廢棄物 無機非金屬材料應用廢氣處理1.引言現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展產(chǎn)生了大量的廢棄物和廢氣，為人類的生存環(huán)境帶來了嚴重的威脅，充分利用工業(yè)廢渣、嚴格控制廢氣排放保護生態(tài)環(huán)境已引起了世界各國政府的高度重視。固體廢物一般指人類在生產(chǎn)、加工、流通、消費及生活等過程中取用目的成分后棄去的固體物質(zhì)和泥漿狀物質(zhì)。按管理需要可分為：工業(yè)固體廢物、有毒有害固體廢物和城市垃圾［1］。工業(yè)固體廢棄物一般是指工業(yè)生產(chǎn)、加工和采礦過程中排出的廢渣、粉塵、廢屑、污泥、廢石和尾礦等?？捎糜跓o機非金屬材料中的固體廢棄物主要包括粉煤灰、煤矸石、各種工業(yè)廢渣、尾礦、建筑廢料、廢玻璃、陶瓷等。而對于玻璃、陶瓷的廢棄處理要求主要就是脫硫脫硝除塵，把這些參數(shù)控制在規(guī)定指標以內(nèi)。工業(yè)廢棄物在無機非金屬材料中的利用以及玻璃陶瓷工業(yè)的廢氣處理對我國循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。2.工業(yè)廢棄物與水泥工業(yè)水泥工業(yè)是公認的利用廢棄物量大、范圍寬及效果好的行業(yè)，不僅能利用廢棄物，還能代替焚燒爐銷毀一些有毒有害的危險廢棄物，固體廢棄物的資源化再利用也將是21世紀水泥工業(yè)發(fā)展的重要方向之一。2．1工業(yè)廢棄物作水泥原料目前國內(nèi)外利用鉛鋅尾礦和銅尾礦煅燒水泥的研究比較多，這兩種尾礦不僅可以代替部分水泥原料，而且還能起到礦化作用，能夠有效提高熟料產(chǎn)量和質(zhì)量以及降低煤耗。實驗表明［2］，使用鉛鋅尾礦、螢石作復合礦化劑燒制水泥熟料，其效果比石膏、螢石作復合礦化劑更為顯著，能使液相溫度和煅燒溫度明顯下降，從而改善生料的易燒性，降低熟料的熱耗，提高機立窯的產(chǎn)量。除此之外，國內(nèi)外絕大多數(shù)的粉煤灰、煤矸石等廢棄物都是由水泥廠作為原料加以利用的，發(fā)展較早，技術也相對比較成熟。廣州石井水泥公司［3］利用粉煤灰作水泥混合材，利用煤矸石替代黏土、利用硫酸渣替代鐵粉，兼顧了經(jīng)濟效益和社會效益。日本秩父小野田公司利用下水道污泥及城市垃圾焚燒灰為原料生產(chǎn)出高強度水泥，這種水泥的原料中廢棄物達60％，燃料用量與排放量都比生產(chǎn)普通水泥少得多，對保護生態(tài)體系、維護環(huán)境協(xié)調(diào)具有重要意義。2．2工業(yè)廢棄物作水泥燃料作燃料用的固體廢棄物有廢輪胎、廢橡膠、塑料、廢油、活性炭污泥、造紙污泥等。利用廢棄物作為水泥窯的二次燃料，不僅節(jié)約不可再生燃料，還可減少由于煤燃燒所產(chǎn)生的CO、SO、NO和甲烷等的排放，減少了廢棄物的處置費2xx用，提高了經(jīng)濟效益舊［4］。3.工業(yè)廢棄物與玻璃工業(yè)工業(yè)廢棄物在玻璃工業(yè)中的主要應用方向為裝飾玻璃、微晶玻璃、玻璃纖維和泡沫玻璃，應用在玻璃工業(yè)中的工業(yè)固體廢棄物主要有粉煤灰、煤矸石和尾礦。3．1尾礦尾砂東北大學的李彬等分別用鐵尾礦［5］、鉬尾礦［6］制得了黑色玻璃材料。同濟大學的張先禹等分別利用高鋇銅礦尾礦［7］、鐵礦尾砂［8］、高鋁鐵硫銅礦尾礦［9］制備了飾面玻璃。江勤等［10］以鋼渣、粉煤灰、銅尾礦及砂巖為主要原料采用熔融法制備出了性能優(yōu)良的復合尾礦微晶玻璃。利用尾礦制備微晶玻璃，尾礦用量大，性能優(yōu)于天然花崗巖和大理石以及瓷磚，有望用作高檔地板裝飾及耐磨、耐腐蝕材料。3．2煤矸石、粉煤灰煤矸石中含有一定量的可燃成分，可以降低生產(chǎn)能耗，燃燒產(chǎn)生的氣體，有利于發(fā)泡，在缺氧條件下裂解出的石墨，能降低玻璃液的表面張力，有利于泡沫的穩(wěn)定。肖秋國等［11］用煤矸石、翠綠啤酒瓶玻璃粉為主要原料，研制了吸聲泡沫玻璃，研究表明，合理的升溫速度是制備的關鍵。粉煤灰作為原料大都用來生產(chǎn)建材玻璃制品，粉煤灰中氧化鐵含量較高往往造成玻璃產(chǎn)生一定的顏色?？娝商m［12］利用粉煤灰、高嶺土尾砂和瓷石尾砂作主要原料，加入一些通用的輔助原料，制作了黑色的、透明的和其它顏色的工

藝玻璃制品。粉煤灰制泡沫玻璃近年來研究較多，主要原料為粉煤灰和碎玻璃，成分要滿足形成玻璃的要求，較典型的泡沫玻璃成分（質(zhì)量百分含量）為：siO,270—75；AlO,8?15；CaO,0.5?1.8；MgO,0.3?0.8；FeO,1?2；R0,23 23 24—13；B0,2?10［13］。234.工業(yè)廢棄物與陶瓷工業(yè)工業(yè)廢棄物用于陶瓷方面的研究比較多,主要集中在建筑陶瓷,泡沫、多孔陶瓷,高性能陶瓷。用于陶瓷生產(chǎn)的廢棄物主要是粉煤灰、工業(yè)廢渣和煤矸石。4.1工業(yè)廢渣磷礦渣與天然硅灰石相似,可以為瓷磚坯料提供氧化鈣,且不含揮發(fā)成分,是快速燒成面磚的理想原料。王金峰［14］以磷礦渣為原料適當配合其它原料,再配以高強乳濁釉對有色坯體進行有效遮蓋,生產(chǎn)出性能良好的釉面磚制品。近年來,英國、日本、德國、美國等國家已經(jīng)開始直接利用磷礦渣作為生產(chǎn)建筑衛(wèi)生陶瓷的原料。葉昌等［15］通過在鉻渣中加入一定量的添加原料,在適當?shù)臏囟认蚂褵?制得陶瓷高溫色料,然后將色料加入陶瓷坯料,經(jīng)高溫鍛燒致密化,達到鉻渣的解毒和綜合利用的目的。4.2煤矸石、粉煤灰粉煤灰化學成分和高鋁粘土相近,主要由無定形玻璃、未燃盡碳以及晶態(tài)莫來石、石英、磁鐵礦、赤鐵礦、金紅石、長石、剛玉、紅柱石、方解石等礦物相組成。廖紅衛(wèi)等［16］以粉煤灰為主要原料,銅官粘土和低溫砂為輔助原料,成功研制出了燒成溫度僅為1230°C、吸水率為0.26%、深黃綠色的全瓷建筑飾面磚。粉煤灰還可用做原料用碳熱還原法制備高性能的SiC/AlO復相陶瓷、23SiN/AlO復相陶瓷或Sialon陶瓷。34 23煤矸石AlO含量較低，呈特殊的層狀結(jié)構(gòu)，由于自身含有較多的碳，且與23SiO形成良好的分散分布,幾乎不需要添加其他任何物質(zhì)即可在高溫反應而合成2SiC,在1400C保溫2h后，可制成以0—SiC為主晶相的陶瓷，強度達到138MPa。徐斌等［17］以煤矸石為原料,采用膠態(tài)成型工藝成型坯體,通過碳熱還原氮化工藝原位合成得到了柱狀晶0一Sialon陶瓷基復合材料，半工業(yè)化中試實驗表明,其維氏硬度和斷裂韌性分別為粘土轉(zhuǎn)型制品的1.05倍和1.56倍。5.玻璃、5.玻璃、瓷工業(yè)的廢氣處理我國素有“陶瓷王國”之稱，是世界陶瓷最大生產(chǎn)國，約占世界份額半壁江山，也是主要的陶瓷出口國。目前，中國有近3000多家建筑陶瓷廠、8000多家日用陶瓷廠、1000多家衛(wèi)生陶瓷廠和1000多家特種陶瓷企業(yè)，另外，還有相當一部分的陶瓷小手工作坊。2010年，我國平板玻璃總產(chǎn)量達6.0億重量箱以上，已連續(xù)21年居世界第一，占全球產(chǎn)量一半左右，其中浮法玻璃產(chǎn)量超過5.0億重量箱，占我國平板玻璃總量的85.00%以上。這些令人驕傲的數(shù)據(jù)背后卻隱藏著巨大的隱患——污染物的排放問題。近些年來環(huán)境污染問題越來越嚴重也越來越引起了人們的注意，隨著我國《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》（GB9078—1996）和國家環(huán)保局《兩控區(qū)酸雨和二氧化硫污染綜合防治行動方案》的實施，對工業(yè)爐窯廢氣進行綜合治理已經(jīng)成為我國工業(yè)迫在眉睫的新課題。5.1玻璃工業(yè)的廢氣處理煙氣中的主要污染物為SO和NO，因此首先要對廢棄進行脫硫，國內(nèi)外的煙2x氣脫硫方法按脫硫吸收工藝的不同，可以分為濕法、干法和半干法等。目前國內(nèi)有90%以上的企業(yè)采用濕法脫硫，濕法脫硫根據(jù)脫硫的原料不同又可分為石灰石/石灰法、氨法、鈉堿法、雙堿法等。其中鈉堿、雙堿法使用較為普遍，這兩種方法的脫硫效率均可以達到95%以上。其次是減少煙氣中的粉塵和較少CO的2排放，這就要求我們分析比較不同燃料、配合料氣體率、碎玻璃對CO減排效果2的影響。最后是降低氮氧化物排放量玻璃熔窯廢氣中的NO的治理措施大致分為x一次措施和二次措施A］。一次措施突出污染源控制，即在產(chǎn)生NO的源頭上進行x嚴格控制，限制NO的形成，措施如下：①氧助燃技術②分層燃燒技術③采用低x的空氣過剩系數(shù)④選用低氮噴槍。二次措施是指對玻璃熔窯廢氣中已經(jīng)產(chǎn)生的NO進行處理，從而降低廢氣排放時的NO濃度和NO的排放量，措施如下：①3R技術②選擇性催化還原法（SCR法）③非催化選擇性還原法（SNCR法）5.2陶瓷工業(yè)的廢氣處理陶瓷企業(yè)排放的大氣污染物主要有常規(guī)控制因子：顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、煙氣黑度；特征污染因子：氯化氫、氟化氫、鉛、鎘、鈷、鎳的氧化物。目前國內(nèi)噴霧干燥塔主要采用的治理方法是脫硫塔、氣箱脈沖袋除塵器、旋流板塔、溫式旋流板塔等方法；窯爐廢氣主要采用的治理方法是水膜除塵、水洗塔吸收、堿液吸收塔脫硫，固體制劑除塵器等。施釉工序采用的廢氣污染控制技術有水幕吸收；窯爐煙氣一般未進行治理。具體的排放標準可參考GB9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》、GB16297-1996《大氣污染物排放標準》、GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標準》和GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》。參考文獻王國貞，劉貴明,何亞利?固體廢棄物資源化處理與人類發(fā)展的關系[J]?中國資源綜合利用,2002,(5):35-37.[2]沈威,黃文熙,等.水泥工藝學[M].武漢:武漢工業(yè)大學出版社,1999,73-81.陳光?廢棄物再資源化利用生產(chǎn)綠色生態(tài)水泥[J].中國水泥,2006,(8)：72-73.劉新年，郭宏偉，高檔妮.國內(nèi)外生態(tài)水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展沿革及趨勢[J].陜西科技大學學報,2005,23(1)：87-90,94.李彬，郁世剛，隋智通?鐵尾礦黑色玻璃材料的研制[J].硅酸鹽通報,1998,17(1)：57-59.李彬,隋智通?鉬尾礦玻璃的研究[J]?中國陶瓷工業(yè),2001,8(3)：15-16.張先禹?利用高鋇銅礦尾礦熔制飾面玻璃[J]?四川環(huán)境,2000.19(1),44-46.張先禹.鐵礦尾砂飾面玻璃的工業(yè)性試驗[J].玻璃與搪瓷,2000,28,(1),24-27.張先禹，王道成?銅尾礦飾面玻璃的工業(yè)性試驗[J].新型建筑材料,1999,(10):48-49.江勤，陸雷，董巍，等?復合尾礦微晶玻璃的組成設計與顯微結(jié)構(gòu)分析[J]?礦產(chǎn)綜合利用,2006.(5)：31-34.肖秋國，付勇堅,董振華，等?煤矸石吸聲泡沫玻璃的的工藝研究[J].煤炭加工與綜合利用.1999,(2)：19-21.繆松蘭?工業(yè)廢渣粉煤灰、高嶺土尾砂在玻璃工藝中的應用研究[J]?玻璃與搪瓷,2001,29(5)：21-25.馮小平?粉煤灰在玻璃工藝中的應用[J]?粉煤灰,2004,16(3)：24-26.王金峰.磷礦渣用于陶瓷坯料實驗研究[J].江蘇陶瓷2001,