矿业固体废物资源化
1.矿业固体废物分类及资源化方法
（1)矿业固体废物分类：尾矿（黑色金属、有色金属、稀贵金属、非金属矿尾
矿）；废石(黑色金属、有色金属、稀贵金属、非金属矿废石） （2）矿业固体废物资源化方法
2.尾矿的资源化
介绍国家863主题项目“典型尾 矿资源清洁高效利用技术及装备研 究与示范”
（1）.尾矿生产建筑材料 （ 尾矿的主要组 分是富含SiO2、Al2O3、CaCO3等资源的非金 属矿物）
A.尾矿超高强结构材料（尾矿高效分级技术 微磨球效应和活性粉末效应控制技术）、 B.尾矿轻质节能墙体材料(加气混凝土生产技 术,尾矿轻质板材技术) C.高附加值尾矿熔浆
型材料(尾矿微晶玻璃,尾矿装饰板材,尾矿防火保温材料) D.尾矿高速铁路专用材料(低胶比桩体材料,低弹模支承材料) E.尾矿水泥(尾矿作烧制熟料的配料技术尾矿作混合材技术) F.尾矿砌块类材料(尾矿高性能砌块,尾矿透水砖) Eg. 1）磁铁石英岩型尾矿制备超高强混凝土结构材料
A.尾矿综合利用的两个瓶颈问题:产品附加值低、新排出的尾矿越来越细（不适合于建筑用砂混凝土细骨料）B.尾矿超高强混凝土结构材料的组成:尾矿70%、水泥熟料10～13%、矿渣13～16%、脱硫石膏4%，固废总量87%
C.技术关键1 形成粒级和活性的双重协同优化 火山活性反应：nSiO2+mCa(OH)2+qH2O = nSiO2●mCaO● (m+q)H2O( C-S-H 凝胶 ) 水泥熟料活性最高粒径最大、矿渣微粒活性中等粒径中等、尾矿颗粒活性最低含有大量亚微米-纳米颗粒）技术关键2：控制亚微米-纳米级尾矿的活性粉末效应（微磨球效应使尾矿超细化、复杂流体多组分协同、温度的协同、时间的协同）D. “微磨球效应”使尾矿超细化过程能耗降低50%-70%。E.实例：铁路轨枕、大跨度桥梁、地铁盾构管片、地基处理用管桩、超大尺寸结构复杂的人工鱼礁等高附加值产品
2）尾矿生产透水砖 A.透水砖按胶结方式分类：烧结透水砖（陶瓷结合透水砖）、树脂结合透水砖、免烧无机胶结透水砖 B.关键技术难点：同时实现高透水率、高强度和高抗冻融性,技术路线的第一个核心是尾矿透水砖专用胶凝材料的研制(更强胶结性能和更好耐久性) a.采用梯级混磨的技术,并诱使硅的四配位同构化效应发生(这种由于硅氧四面体的聚合而促使三价或五价离子形成具有四个氧配位的四面体，并能同时使大量活泼的一价或二价离子稳定化的作用成为“硅的四配位同构化效应”，两个硅氧四面体共用的氧叫桥氧)。使尾矿及胶凝体系中的活泼离子进入硅铝网络体而被稳定化。b.大幅度降低胶凝材料中水泥熟料的含量，控制胶凝材料水化后游离Ca(OH)2接近于零。c.大幅度提高胶凝材料本身的强
度，提高水化后胶凝基质部分的密实度，提高胶凝基质与各级骨料之间的结合强度。
3）尾矿生产蒸压免烧砖 蒸压砖的反应原理：
6SiO2+5Ca(OH)2+5H2O 150-180℃蒸压 5CaO·6SiO2·6H2O（托倍莫来石） 4）尾矿生产加气混凝土（加气混凝土是一种以硅铝质材料和钙质材料的混合浆体经发泡、静置硬化和蒸压反应而得到的一种多孔的轻质墙体材料）
5）尾矿生产氯氧镁水泥轻质墙体材料 （优点：比生产硅酸盐水泥节能，硬化体密度小，与有机纤维复合能力更强，与无机细颗粒（粉体）的胶结能力更强。不需水养护，强度增长快。 缺点：稳定性、耐久性有待改进 主要应用领域： 作为胶凝材料胶结无机固废细颗粒，加泡沫生产泡沫轻质板材）
（2）尾矿回收有价组分（有些金属尾矿中含有金属、贵重元素、高岭土、重晶石、---等，有的非金属尾矿含有金属矿、TiO2、独居石、硅线石、---等.）
（3）尾矿充填 （尾矿充填露天矿坑、填塌陷区、地下采空区）发展方向：胶结充填采矿法（优势：提高资源回采率（30%）、避免地表塌陷、维护地下水平衡、提高采矿作业安全保障；问题：基建投资高、采矿成本高，采矿作业率低、规模受限制，能耗高，有可能引起地下水污染） （4）尾矿用于制作肥料、改良土壤
有些尾矿中含有植物生长所需要的多种微量元素，经过适当处理可制成用于改良土壤的微量元素肥料。
3.废石的资源化
实例：密云尾矿、废石制备全尾矿废石骨料高性能混凝土
（1）磁铁石英岩型铁尾矿生产建设用砂及废石生产混凝土粗骨料
（2）全尾矿废石骨料高强混凝土预制件（梯级混磨胶凝材料的制备，按矿渣：水泥熟料：脱硫石膏=13：13：4的配比，采用两段梯级混磨工艺）
（3） 100%采用磁铁石英岩型铁矿的尾矿和废石作为骨料配制C30—C40预拌泵送混凝土技术
混凝土中可以利用固体废弃物的环节：采矿废石代替石子、尾矿代替砂子、固废掺和料代替水泥。
煤系固体废物的资源化
1.煤矸石的资源化
（1）煤矸石的产生与分类：煤矸石是煤矿在基本建设和原煤生产、洗选过程中，从原煤中剔除排出的岩石类固体废弃物的总称，包括掘进矸（或剥离矸，根据煤层顶底板岩性的变化，有砂岩型煤矸石，页岩型煤矸石和石灰岩型煤矸石）、洗矸（洗矸一般均含有一定可燃物，某些含较高硫化铁或稀有金属） （2）煤矸石的资源化利用途径
1）煤矸石综合利用发电（低位发热量高于1200kcal/kg的煤矸石）采用循环流化床（CFB）燃烧技术燃烧发电，CFB低温燃烧既减少了NOx的生成，又有效脱炭和活化了残渣，为下一步吃干榨尽创造了条件。
2）煤矸石生产建筑材料
煤矸石制砖 A.对煤矸石原料的要求：页岩型，主要为掘进矸或露天矿的剥离矸；热值800-1200大卡；含有较多石灰岩杂质的煤矸石所烧制的砖或砌块易产生“石灰爆裂”，不适合；B.主要设备：带有练泥功能的塑性挤出机、隧道窑（包括隧道窑体、窑车系统、燃料及燃烧系统和引风系统）C.反应过程：第一阶段：干燥阶段（100℃-200℃）；第二阶段：脱去结晶水及煤矸石自燃阶段（ 200℃-800℃ ）（最重要的反应：高岭石→偏高岭石）；第三阶段：烧结阶段（800℃-1000℃）
煤矸石制烧结瓦、煤矸石制陶瓷墙地砖、煤矸石生产陶粒、煤矸石合成塞隆（SIALON）煤矸石生产硅酸铝耐火纤维和高铝纤维、低铁煤系高岭岩生产造纸填料 、自燃过的煤矸石经超细粉磨后可作为水泥的活性混合材或混凝土的活性掺合料、低铁页岩型煤矸石（或煤系高岭岩）经轻烧除碳和偏高岭石化后可作为生产4A沸石分子筛的原料。。两种特殊的煤矸石（低铁）：高铝（低铁（∑Fe含量≤1%））煤矸石、煤系高岭岩（生产硅酸铝纤维或作为耐火材料的原料煅烧后代替耐火粘土熟料）
2.粉煤灰的资源化 （粉煤灰是指从燃煤（含煤矸石、煤泥）锅炉烟气中收集的粉尘和炉底渣，化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3） 我国粉煤灰综合利用途径主要包括以下几个方面：粉煤灰用于生产建材（水泥、砖瓦、砌块、陶粒、混凝土、砂浆），筑路（路堤、路面基层、路面），回填（结构回填、建筑回填、填低洼地和荒地、充填矿井、煤矿塌陷区、建材厂取土坑、海涂等），农业（改良土壤、生产复合肥料、造地），粉煤灰填料，从粉煤灰中回收有用物质及其制品等。
1）几种主要的粉煤灰类型：A.粉煤炉和旋风炉中经1400～1500℃得到的以玻璃微珠为主的粉煤灰：普通灰、增钙灰; B.循环流化床锅炉中经700～900℃增钙 得到以蜂窝体和烧粘土为主的粉煤灰，残碳和CaO含量高。（对于残碳含量高的粉煤灰可用于：a.选碳b.直接用于废水处理 c.利用残碳的发热潜能生产烧结制品； 对于含碳低的粉煤灰可用于：水泥、混凝土、路基材料；化工原料） 2）典型煤粉炉粉煤灰精细分选：A.多孔碳微粒—载体、吸附剂、水处理；B.漂珠—保温材料；C.尾灰—水泥混合材、混凝土掺合料、加气混凝土、砌块、路基材料；D.超细微珠—填料、保温材料；E.磁珠—磁载体、水处理 3）具体应用实例：A.粉煤灰作为水泥混合材或混凝土掺合料（含碳量低、磨细）。（大掺量粉煤灰碾压混凝土的优势：大量节省水泥用量，是常态混凝土1/2；大幅度减少水化热引起的坝体裂缝；缩短工期、加快施工进度。）B.粉煤灰路基材料 (低等级粉煤灰或等外灰为主) C.粉煤灰生产加气混凝土(可以使用湿灰或干灰、可以使用等外灰、残碳含量≤8%）D.粉煤灰陶粒的生产 (原理就是粉煤灰与粘土的化学成分非常相近；陶粒用于生产隔热隔音的节能建材，以及废水处理中的生物滤池的滤料） 粉煤灰陶粒按生产工艺和产品性能不同可分为烧胀型粉煤灰陶粒和烧结型粉煤灰陶粒 烧胀型粉煤灰陶粒的颗粒密度一般在1000kg/m3以下。适于生产对保温性能要求较高的非承重墙体材料。其缺点是比烧结型陶粒的生产能耗高40－50%。烧结型粉煤灰陶粒的颗粒密度为1000~1500kg/m3，适于生产承重陶粒砌块。E.粉煤灰制备地质聚合物材料(矿物聚合材料,新型无机非金属材料,以铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物为主要原料，高强度的原理：硅的