4矿业固体废物的资源化.ppt
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1、4 4矿业固体废物的资源化矿业固体废物的资源化 目目前前,我我国国有有95%95%以以上上的的能能源源、80%80%以以上上的的工工业业原原料料、70%70%以以上上的的农农业业生生产产资资料料等等都都来来自自矿矿产产资资源源。据据不不完完全全统统计计,全全世世界界每每年年排排出出的的矿矿业业固固体废物在体废物在100100亿以上。亿以上。4.14.1矿业固体废物的组成矿业固体废物的组成4.24.2矿业固体废物的性质矿业固体废物的性质4.34.3尾矿的资源化尾矿的资源化4.44.4废石的资源化废石的资源化4.14.1矿业固体废物的组成矿业固体废物的组成含氧盐矿物含氧盐矿物主要组成矿物主要组成矿
2、物氧化物和氢氧化物矿物氧化物和氢氧化物矿物硫化物及其类似化合物矿物硫化物及其类似化合物矿物其他矿物其他矿物:卤化物和单质矿物卤化物和单质矿物 一、含氧盐矿物:含氧盐矿物占已知矿物一、含氧盐矿物:含氧盐矿物占已知矿物总数的总数的2/32/3左右,在地壳里的分布极为广泛。左右,在地壳里的分布极为广泛。(1 1)硅酸盐矿物:硅酸盐是组成岩石的)硅酸盐矿物:硅酸盐是组成岩石的最主要成分,已知硅酸盐矿物约最主要成分,已知硅酸盐矿物约800800种之多,种之多,约占矿物总数的约占矿物总数的1/41/4,占地壳总重量的,占地壳总重量的80%80%。(2 2)碳酸盐矿物:碳酸盐矿物在自然界)碳酸盐矿物:碳酸盐
3、矿物在自然界中分布较广,已知矿物约中分布较广,已知矿物约8080种之多,占地壳种之多,占地壳总重量的总重量的1.7%1.7%。其中以。其中以CaCa、MgMg碳酸盐矿物最碳酸盐矿物最多,其次为多,其次为FeFe、MnMn等碳酸盐矿物。等碳酸盐矿物。(4 4)其他含氧盐矿物:其他含氧盐矿)其他含氧盐矿物:其他含氧盐矿物较常见的有磷酸盐、钨酸盐和钼酸盐,物较常见的有磷酸盐、钨酸盐和钼酸盐,其他不常见的有硼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、其他不常见的有硼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、硝酸盐矿物等。硝酸盐矿物等。(3 3)硫酸盐矿物:)硫酸盐矿物:硫酸盐矿物在自然硫酸盐矿物在自然界中产出约有界中产出约有260260种之
4、多,但仅占地壳总重种之多,但仅占地壳总重量的量的0.1%0.1%。其中常见和具工业意义的矿物。其中常见和具工业意义的矿物不多,主要矿物有石膏、重晶石。不多,主要矿物有石膏、重晶石。二、氧化物和氢氧化物矿物二、氧化物和氢氧化物矿物 氧化物和氢氧化物是地壳的重要氧化物和氢氧化物是地壳的重要组成矿物,它们的化合物有组成矿物,它们的化合物有200200种左右,种左右,约为地壳总重量的约为地壳总重量的17%17%,其中,其中SiO2SiO2(石石英、石髓、蛋白石)分布最广,约占英、石髓、蛋白石)分布最广,约占12.6%12.6%,FeFe的氧化物和氢氧化物占的氧化物和氢氧化物占3.9%3.9%,其次是,
5、其次是AlAl、MnMn、TiTi、CrCr的氧化物或的氧化物或氢氧化物。氢氧化物。三、硫化物及其类似化合物矿物三、硫化物及其类似化合物矿物 主要为金属硫化物,亦包括金属与硒、主要为金属硫化物,亦包括金属与硒、碲、砷、锑等的化合物。总数约碲、砷、锑等的化合物。总数约350350种左右,种左右,按重量约占地壳总重量的按重量约占地壳总重量的0.15%0.15%,其中以铁,其中以铁的硫化物为主,有色金属铜、铅、锌、锑、的硫化物为主,有色金属铜、铅、锌、锑、汞、镍、钴等也以硫化物为主要来源,故工汞、镍、钴等也以硫化物为主要来源,故工业上具有重大意义。业上具有重大意义。4.24.2矿业固体废物的性质矿业
6、固体废物的性质包括物理性质和化学性质包括物理性质和化学性质表面性质表面性质 :白度、亮度、疏水性:白度、亮度、疏水性物理性质物理性质光学性质:光学性质:矿物对光线的吸收、矿物对光线的吸收、折射和反射所表现的各种性质折射和反射所表现的各种性质力学性质:废物在外力作用下所力学性质:废物在外力作用下所表现的物理机械性能表现的物理机械性能 磁学性质:磁学性质:电学性质:矿物导电的能力及在外电学性质:矿物导电的能力及在外界能量作用下矿物发生带电现象界能量作用下矿物发生带电现象 一、光学性质:一、光学性质:包括颜色、光泽、透明度等包括颜色、光泽、透明度等 (1 1)颜色)颜色 它是矿物对不同波长的光波吸它
7、是矿物对不同波长的光波吸收和反射的结果。如果对各种波长的广播普遍而收和反射的结果。如果对各种波长的广播普遍而又平均地吸收,则随吸收程度的不同而呈黑色又平均地吸收,则随吸收程度的不同而呈黑色(几乎全部吸收)、灰、白色。如果只吸收某些(几乎全部吸收)、灰、白色。如果只吸收某些色光,则矿物呈现出反射光的混合色。色光,则矿物呈现出反射光的混合色。矿物的颜色五彩缤纷,单纯色调的很少。矿物的颜色五彩缤纷,单纯色调的很少。为了简明、通俗地描述矿物的颜色,对两种颜色为了简明、通俗地描述矿物的颜色,对两种颜色的混合色,常用双重名命法,如黄绿、褐红等。的混合色,常用双重名命法,如黄绿、褐红等。如同种颜色在色调上有
8、深浅浓淡时,则用如同种颜色在色调上有深浅浓淡时,则用比较法,如深红、浅绿、淡黄等。有的还可以用比较法,如深红、浅绿、淡黄等。有的还可以用比拟法,如乳白、铁黑、樱桃红、橄榄绿、天蓝比拟法,如乳白、铁黑、樱桃红、橄榄绿、天蓝色等。色等。为了更好的掌握矿物颜色的描述,经常以一些为了更好的掌握矿物颜色的描述,经常以一些颜色比较典型的矿物作为比较标准。颜色比较典型的矿物作为比较标准。常用的比色矿物有:紫色常用的比色矿物有:紫色-紫水晶、褐色紫水晶、褐色-多孔多孔状褐铁矿、铜红色状褐铁矿、铜红色-自然铜、蓝色自然铜、蓝色-蓝铜矿、黄褐色蓝铜矿、黄褐色-粉末状褐铁矿、铁黑色粉末状褐铁矿、铁黑色-磁铁矿、绿色
9、磁铁矿、绿色-孔雀石、锡白孔雀石、锡白色色-毒砂、黄铜色毒砂、黄铜色-黄铜矿、黄色黄铜矿、黄色-雌黄、铅灰色雌黄、铅灰色-方铅方铅矿、金黄色矿、金黄色-自然金、橙色自然金、橙色-雄黄、雄黄、钢灰色钢灰色-黝铜矿、黝铜矿、红色红色-辰砂、靛青蓝色辰砂、靛青蓝色-铜蓝。铜蓝。某些矿物具有鲜明的颜色,极易引人注目,往某些矿物具有鲜明的颜色,极易引人注目,往往成为很好的装饰材料矿物、颜料矿物等。颜色与色往成为很好的装饰材料矿物、颜料矿物等。颜色与色调的浓淡,还决定着这些矿物的价值。调的浓淡,还决定着这些矿物的价值。(2 2)光泽)光泽 矿物表面对于投射光线的反射能力矿物表面对于投射光线的反射能力称为光
10、泽。反射能力的强弱也就是光泽的强弱,称为光泽。反射能力的强弱也就是光泽的强弱,可用反射率可用反射率R R表示,计算公式为:表示,计算公式为:R R越大,光泽越强。按越大,光泽越强。按R R的大小,将光泽的大小,将光泽由弱至强分成表由弱至强分成表4-14-1所示四个等级。所示四个等级。表表4-1 4-1 光泽强弱的四个等级光泽强弱的四个等级R R值,值,%光泽特点光泽特点举例举例2 21010玻璃光泽,矿物表面象玻璃玻璃光泽,矿物表面象玻璃一样反光清澈。一样反光清澈。石英的晶面、萤石、石英的晶面、萤石、石榴石等。石榴石等。10101919金刚光泽,象金刚石的反光金刚光泽,象金刚石的反光一样光辉灿
11、烂。一样光辉灿烂。锡石、闪锌矿、金刚锡石、闪锌矿、金刚石等。石等。19192525半金属光泽,表面象久经使半金属光泽,表面象久经使用的金属制品那样的反光。用的金属制品那样的反光。磁铁矿、磁铁矿、黑钨矿、黑钨矿、赤铁矿等。赤铁矿等。2525以上以上金属光泽,象新鲜金属制品金属光泽,象新鲜金属制品的反光一样耀眼。的反光一样耀眼。辉锑矿、辉铜矿、黄辉锑矿、辉铜矿、黄铜旷、自然金等。铜旷、自然金等。提取矿业固体废物中的有价矿物,可借助于提取矿业固体废物中的有价矿物,可借助于它与脉石矿物光泽、颜色的差异进行它与脉石矿物光泽、颜色的差异进行光电分选光电分选。(3 3)透明度:矿物透光的能力)透明度:矿物透
12、光的能力 自然界绝对不透明的矿物、绝对透明的矿物自然界绝对不透明的矿物、绝对透明的矿物都是不存在的。透明度是一个相对的概念。都是不存在的。透明度是一个相对的概念。矿物透明与不透明的区分界限,是指矿物磨矿物透明与不透明的区分界限,是指矿物磨至至0.03mm0.03mm标准厚度时的透光程度而言。标准厚度时的透光程度而言。一般将矿物分为:一般将矿物分为:透明矿物,绝大部分光透明矿物,绝大部分光线能通过,能完全或基本上透见另一物体。如无色线能通过,能完全或基本上透见另一物体。如无色水晶、冰洲石、云母等。水晶、冰洲石、云母等。半透明矿物,能透过小半透明矿物,能透过小部分光线,只能模糊透过另一物体,如辰砂
13、、闪锌部分光线,只能模糊透过另一物体,如辰砂、闪锌矿等。矿等。不透明矿物,光几乎完全不能通过,如石不透明矿物,光几乎完全不能通过,如石墨、磁铁矿等。墨、磁铁矿等。透明度是鉴定矿业固体废物能否作为光学材透明度是鉴定矿业固体废物能否作为光学材料使用的特征之一,也是能否作为填料使用的特征料使用的特征之一,也是能否作为填料使用的特征之一。如石英、之一。如石英、CaCO3CaCO3常作为无色透明的填料使用。常作为无色透明的填料使用。二、力学性质:硬度、韧性、比重等性能。二、力学性质:硬度、韧性、比重等性能。(1 1)硬度)硬度 指废物抵抗某种外来机械作用指废物抵抗某种外来机械作用的能力,可借助测定矿物硬
14、度的方法来测定。测的能力,可借助测定矿物硬度的方法来测定。测定矿物硬度的方法很多,但在矿物学中一直沿用定矿物硬度的方法很多,但在矿物学中一直沿用的是摩氏硬度计法,目前可用专门测硬度的仪器的是摩氏硬度计法,目前可用专门测硬度的仪器和显微硬度计精确测定矿物的硬度。图和显微硬度计精确测定矿物的硬度。图4-54-5所示为所示为三种方法测定结果对比。三种方法测定结果对比。图图4-5 4-5 摩氏硬度、新摩氏硬度和显微硬度等级的对比摩氏硬度、新摩氏硬度和显微硬度等级的对比 废物硬度与废物粉碎关系密切。废废物硬度与废物粉碎关系密切。废物硬度不同,粉碎的难易程度、粉碎所物硬度不同,粉碎的难易程度、粉碎所需时间
15、和设备不同。硬度越大,越难粉需时间和设备不同。硬度越大,越难粉碎,粉碎时消耗的能量也越大。碎,粉碎时消耗的能量也越大。另外,硬度不同的废物,其应用价另外,硬度不同的废物,其应用价值不同。硬度大的废物可作为磨料使用,值不同。硬度大的废物可作为磨料使用,硬度小的废物可作为填料使用。硬度小的废物可作为填料使用。(2 2)韧性)韧性 废物受压轧、锤击、弯曲或拉废物受压轧、锤击、弯曲或拉引等力作用时所呈现的抵抗能力。引等力作用时所呈现的抵抗能力。如:如:脆性,废物容易被打碎或压碎的性质。脆性,废物容易被打碎或压碎的性质。大多数废物具有脆性。大多数废物具有脆性。挠性,废物在外力作用下趋于弯曲而不发挠性,废
16、物在外力作用下趋于弯曲而不发生折断,除去外力后不能恢复原状的性质。如片生折断,除去外力后不能恢复原状的性质。如片状石膏、绿泥石、蛭石等废矿物。状石膏、绿泥石、蛭石等废矿物。弹性,外力作用下趋于变形,但外力解除弹性,外力作用下趋于变形,但外力解除后又恢复原状的性质。如云母、石棉等废矿物。后又恢复原状的性质。如云母、石棉等废矿物。韧性对某些废物原料进行加工具有重要意义。韧性对某些废物原料进行加工具有重要意义。韧性不同的矿业废物,所采用的粉碎流程不同,韧性不同的矿业废物,所采用的粉碎流程不同,所选用的粉碎设备也不同。所选用的粉碎设备也不同。(3 3)密度)密度 矿物的比重是矿物在矿物的比重是矿物在4
17、4时的重量与同体积的水的重量之比。密度时的重量与同体积的水的重量之比。密度在选择资源化方法时具有重要指导意义。在选择资源化方法时具有重要指导意义。一般将矿物按密度分为三级:一般将矿物按密度分为三级:轻轻密度矿物,密度在密度矿物,密度在2.52.5以下的矿物;以下的矿物;中等中等密度矿物,密度在密度矿物,密度在2.52.54 4之间的矿物;之间的矿物;重密度矿物,密度在重密度矿物,密度在4 4以上的矿物。以上的矿物。在矿物学上测密度的方法很多,常在矿物学上测密度的方法很多,常见的有比重瓶法、重液法和体积计法三种。见的有比重瓶法、重液法和体积计法三种。三、电学性质:导电性及荷电性。三、电学性质:导
18、电性及荷电性。(1 1)导电性)导电性 矿物对电流的传导能力。矿物对电流的传导能力。矿物的导电性可用矿物的导电率矿物的导电性可用矿物的导电率来表示。来表示。=102 =102-1-1cmcm-1-1以上的矿物:导体,如自以上的矿物:导体,如自然金属矿物、大部分硫化物矿物。然金属矿物、大部分硫化物矿物。10 10-12-12-1-1cmcm-1-1的矿物:非导体或绝缘的矿物:非导体或绝缘体,如硅酸盐、碳酸盐类矿物。体,如硅酸盐、碳酸盐类矿物。值介于前两者之间的矿物属于:半导体值介于前两者之间的矿物属于:半导体矿物,如部分硫化物及金属氧化物类矿物。矿物,如部分硫化物及金属氧化物类矿物。某些矿物的导
19、电性有重要的实用意义,某些矿物的导电性有重要的实用意义,如金属和石墨是电的良导体可作电极材料,如金属和石墨是电的良导体可作电极材料,云母是不良导体可作绝缘材料,而半导体云母是不良导体可作绝缘材料,而半导体则广泛地被应用在无线电工业中。则广泛地被应用在无线电工业中。在固体废物资源化利用中,可根据废在固体废物资源化利用中,可根据废物中矿物导电率的不同采用静电分离法来物中矿物导电率的不同采用静电分离法来分离提纯有用矿物。分离提纯有用矿物。(2 2)矿物的荷电性:在受外力作用,如摩擦、)矿物的荷电性:在受外力作用,如摩擦、加热、加压影响下,发生带电现象的性能。实质是加热、加压影响下,发生带电现象的性能
20、。实质是矿物中的热能或机械能转化为电能的形式。矿物中的热能或机械能转化为电能的形式。凡具有荷电性的矿物,其导电性均极为低弱凡具有荷电性的矿物,其导电性均极为低弱或者根本不具导电性。或者根本不具导电性。荷电性按所施外力不同,有以下几种:荷电性按所施外力不同,有以下几种:摩擦电性,某些矿物当与丝绢或毛皮摩擦摩擦电性,某些矿物当与丝绢或毛皮摩擦时,呈现电荷现象。如自然硫、金刚石、琥珀时,呈现电荷现象。如自然硫、金刚石、琥珀C10H16O4C10H16O4等具有这种性质。等具有这种性质。焦电性,某些矿物受热时,在晶体的某些焦电性,某些矿物受热时,在晶体的某些部位产生电荷的现象,即热能转化为电能,如电气
21、部位产生电荷的现象,即热能转化为电能,如电气石即具有这种性质。石即具有这种性质。压电性压电性:某些矿物在压力或张力影响下,因某些矿物在压力或张力影响下,因变形而呈现出电荷的性质。在压缩时发生正电荷变形而呈现出电荷的性质。在压缩时发生正电荷的部位,在伸张时就发生负电荷,因此在机械的的部位,在伸张时就发生负电荷,因此在机械的一压一张的相互不断作用下,就产生了一个交变一压一张的相互不断作用下,就产生了一个交变电场,这种效应称为电压效应。反过来,具有压电场,这种效应称为电压效应。反过来,具有压电性的矿物晶体,又能借电能产生机械能。即把电性的矿物晶体,又能借电能产生机械能。即把它放在一个变电场中,会产生
22、一伸一缩的机械振它放在一个变电场中,会产生一伸一缩的机械振动,这种效应称为电致伸缩。当交变电场的频率动,这种效应称为电致伸缩。当交变电场的频率和压电性矿物本身机械振动的频率一定时,发生和压电性矿物本身机械振动的频率一定时,发生振动特别强烈的共振现象。振动特别强烈的共振现象。压电材料在电子工业中用作各种换能器,如压电材料在电子工业中用作各种换能器,如超声波发生器等。石英由于振动频率稳定,质地超声波发生器等。石英由于振动频率稳定,质地坚硬和化学性稳定,是最优良的天然压电材料。坚硬和化学性稳定,是最优良的天然压电材料。四、磁性四、磁性 矿物的磁性是指矿物能被永久磁铁或电矿物的磁性是指矿物能被永久磁铁
23、或电磁铁吸引或矿物本身能够吸引铁物体的性质。磁铁吸引或矿物本身能够吸引铁物体的性质。自然界具有磁性的矿物极为普遍,但磁自然界具有磁性的矿物极为普遍,但磁性显著的矿物则不多。性显著的矿物则不多。矿物磁性的强弱,可用比磁化系数表示,矿物磁性的强弱,可用比磁化系数表示,它表示它表示1cm1cm3 3的矿物在磁场强度为的矿物在磁场强度为1Oe1Oe的外磁场的外磁场中所产生的磁力。中所产生的磁力。对于黄铁矿或白铁矿可通过氧化焙烧形成强磁性矿物Fe7S8,再进行磁选:对于黄铁矿或白铁矿可通过氧化焙烧形成强磁性矿物Fe7S8,再进行磁选:比磁化系数越大,表示矿物被磁化的能力越强。比磁化系数越大,表示矿物被磁
24、化的能力越强。在矿业固体废物资源化中,常根据废物中不同矿物在矿业固体废物资源化中,常根据废物中不同矿物的磁性差异进行磁选分离磁性不同的矿物。的磁性差异进行磁选分离磁性不同的矿物。按比磁化系数的不同,矿物分成四类:按比磁化系数的不同,矿物分成四类:(1 1)强磁性矿物)强磁性矿物 比磁化系数大于比磁化系数大于300010300010-6-6 cm3/gcm3/g,在弱磁场(,在弱磁场(9009001200Oe1200Oe)就能与其他矿物)就能与其他矿物分离,如磁铁矿、磁黄铁矿等。分离,如磁铁矿、磁黄铁矿等。(2 2)中磁性矿物)中磁性矿物 比磁化系数大于(比磁化系数大于(600600300030
25、00)1010-6-6 cm3/gcm3/g之间,在磁场强度之间,在磁场强度200020008000Oe8000Oe才能与其他矿物分离,如钛铁矿、铬铁矿及含磁铁才能与其他矿物分离,如钛铁矿、铬铁矿及含磁铁矿的赤铁矿等。矿的赤铁矿等。对于黄铁矿或白铁矿可通过氧化焙烧形成强磁性矿物Fe7S8,再进行磁选:(3 3)弱磁性矿物)弱磁性矿物 比磁化系数大于(比磁化系数大于(1515600600)1010-6-6 cm3/g cm3/g之间,在磁场强度之间,在磁场强度10000Oe10000Oe以以上才能与其他矿物分离,如赤铁矿、褐铁矿、上才能与其他矿物分离,如赤铁矿、褐铁矿、黑钨矿、辉铜矿、菱铁矿、黄
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