CN117299754B - 一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法 - Google Patents

一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，属于固废资源化领域。本发明采集多源固废成分数据；对氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化镁单元进行成分计算、调配，得到目标成分的无机非金属材料原料；原料经熔融为熔渣，多源固废中碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅充当还原剂；熔渣提供高温均相反应环境，充当反应物的“溶剂”；还原剂还原熔渣中有价金属为合金，实现有价金属回收；熔渣高值化用于无机非金属材料。本发明实现了多源固废火法协同资源化于合金和无机非金属材料，具有流程短、应用面广、可操作性强、易于产业化的优点。

Description

一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法
技术领域
本发明涉及固废资源化领域，特别涉及一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法。
背景技术
随着工业的发展和生活水平提高，固废产生量逐年增长。由于没有合理的处置办法，目前固废依旧以堆放、填埋为主。然而，固废是一种放错了位置的资源，其含有大量的氧化钙、二氧化硅、氧化铝、氧化镁等无机非金属材料原料，以及钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钼、镉、锡、铅等有价金属元素。若能实现固废无机非金属材料化，将有效缓解固废带来的环境压力，并减少传统的无机非金属材料原料的消耗。
无机非金属材料主要是由氧化钙、二氧化硅、氧化铝、氧化镁调配制备，存在形式有硅酸盐、铝酸盐、铝硅酸盐、铝镁酸盐等。硅酸盐包括硅酸三钙(Ca3SiO5)、硅酸二钙(Ca2SiO4)、硅灰石(CaSiO3)、硅钙石(Ca3Si2O7)、石棉(CaMg3Si4O12)、橄榄石(Mg2SiO4)等；铝酸盐包括七铝酸十二钙(Ca12Al14O33)、铝酸三钙(Ca3Al2O6)、铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)等；铝硅酸盐包括钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)、钙长石(CaAl2Si2O8)、莫来石(Al6Si2O13)等；铝镁酸盐包括镁铝尖晶石(MgAl2O4)等。
无机非金属材料主要应用于建筑材料领域，包括水泥、玻璃、陶瓷等传统建筑材料，以及透水砖、微晶玻璃、地质聚合物、岩棉、多孔材料等新型建筑材料。我国建筑材料市场巨大，且呈增长态势，将固废高值化为无机非金属材料，应用于建筑材料领域，可消纳大量固废，有效缓解固废带来的环境压力，并减少传统的无机非金属材料原料的消耗。
目前，固废资源化有湿法和火法两种方案，但均针对特定的几种固废，没有从固废中基本氧化物单元出发，缺乏固废成分科学调配机理及方案。湿法产品主要为水泥混凝土和透水砖等胶凝材料，分别利用含有活性组分和惰性组分的固废充当胶凝材料和骨料。工艺如下：选取充当胶凝材料和骨料的固废；粉碎、研磨固废为细粉，混合均匀得到混合料；混合料加水搅拌得到浆料，注模成型；室温或高温养护后得到水泥混凝土和透水砖。火法产品主要为陶瓷和微晶玻璃。工艺如下：选取合适的固废进行配料、混合得到混合料；混合料成型后，经高温烧结得到陶瓷；混合料经熔融、浇铸、热处理得到微晶玻璃。
中国发明专利(CN114671633A)公开了一种全固废无熟料胶凝材料、导电砂浆及其制备方法，原料包括碱渣、钢渣、赤泥、废石膏、生物质灰和矿渣。其中碱渣、钢渣和赤泥作为碱性激发剂，废石膏为硫酸盐激发剂，矿渣和生物质灰为活性材料；矿渣和生物质灰在碱-硫酸盐双重激发作用下生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，使浆体具有粘结性，替代水泥使用。但此技术未考虑固废中基本氧化物单元的科学调配，技术局限性较大，且由于固废中盐类杂质和碱性杂质含量较高，产品性能不稳定。
中国发明专利(CN115477502A)公开了一种利用固废生产透水砖工艺，原料包括铁尾矿渣、粉煤灰、风积砂、硅藻土、水泥、秸秆粉末。其中铁尾矿渣、粉煤灰和风积砂为骨料；硅藻土和水泥为胶凝材料；秸秆粉末为增强材料。但此技术未考虑固废中基本氧化物单元的科学调配，技术局限性较大，且固废铁尾矿渣和粉煤灰添加量较低，固废处理量太低。
中国发明专利(CN106630640A)公开了一种固废综合利用制微晶玻璃的方法，将铜尾渣、赤泥尾渣和电石渣等工业废渣按一定比例配合制备硅灰石微晶玻璃，用于建材装饰材料。但所处理的固废仅为铜尾渣、赤泥尾渣和电石渣三种，且微晶玻璃产品的矿物相仅为硅灰石，局限性较大，且固废中有价金属未得到回收利用。
中国发明专利(CN112958584A)公开了一种二次铝灰渣还原危险固废重金属及熔渣利用的方法，将二次铝灰渣与危险固废、废玻璃和生石灰混合，以二次铝灰渣中的氮化铝为还原剂，采用熔融法将危险固废重金属还原金属相，熔渣高值化利用于建材。但所处理的固废仅为二次铝灰渣、危险固废和废玻璃，产品的目标矿物相成分区域较窄，且未有系统的成分计算、配料程序，应用范围较小。
中国发明专利(CN111995436A)公开了固废陶瓷砖及其制备方法，原料包括陶瓷废料、赤泥、煤矸石、玄武岩、膨润土、锆英砂，原料经球磨、干燥、压制成型、干燥、施底釉、施面釉、干燥、烧成最终得到固废陶瓷砖。但赤泥中含有大量有价值的铁元素，直接烧制陶瓷浪费了铁资源，且氧化铁化学性能以及耐高温性能较差，影响陶瓷服役性能。
综上所述，现有固废资源化技术均针对特定的几种固废，没有从固废中基本氧化物单元出发，缺乏固废成分科学调配机理及方案。因此，亟需多源固废协同资源化技术，实现所有无机固废均可资源化利用于无机非金属材料，并回收固废中有价金属。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，所述方法将固废中有价金属还原为合金，熔渣高值化用于无机非金属材料，彻底解决多源固废的处置问题。
本发明采用如下技术方案：
一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，包括以下步骤：采集多源固废成分数据；对氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化镁单元进行成分计算、调配，得到目标成分的无机非金属材料原料；原料经熔融为熔渣，多源固废中碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅充当还原剂；熔渣提供高温均相反应环境，充当反应物的“溶剂”；还原剂还原熔渣中有价金属为合金，实现有价金属回收；熔渣高值化用于无机非金属材料。
进一步的，所述氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化镁单元成分矩阵计算方法如下：
其中Pn为第n种固废的添加量(重量百分比)；
Qn-CaO为第n种固废中CaO的含量(重量百分比)；
Qn-SiO2为第n种固废中SiO2的含量(重量百分比)；
Qn-Al2O3为第n种固废中Al2O3的含量(重量百分比)；
Qn-MgO为第n种固废中MgO的含量(重量百分比)；
Gi为第i种固废中CaO、SiO2、Al2O3、MgO的总含量(重量百分比)；
α为目标矿物相成分区域的CaO含量(重量百分比)；
β为目标矿物相成分区域的SiO2含量(重量百分比)；
γ为目标矿物相成分区域的Al2O3含量(重量百分比)；
δ为目标矿物相成分区域的MgO含量(重量百分比)；
α、β、γ、δ和为1。
进一步的，所述多元固废包括工业固废和生活固废，所述工业固废包括但不限于：脱硫石膏、钢渣、镁渣、电炉渣、垃圾焚烧飞灰、磷石膏、高炉渣、酸洗污泥、废玻璃、铁尾矿、粉煤灰、煤矸石、脱硫锰渣、铝灰渣、赤泥中的至少一种；所述生活固废包括但不限于：垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底灰、市政污泥中的至少一种。
进一步的，所述熔渣提供高温均相反应环境，充当反应物的“溶剂”，将还原反应由固/固、固/液异相反应变为均相反应。
进一步的，所述多源固废中还原剂选自：碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅中的至少一种。
进一步的，所述无机非金属材料选自：硅酸盐基无机非金属材料、铝酸盐基无机非金属材料、铝硅酸盐基无机非金属材料、铝镁酸盐基无机非金属材料中的一种。
进一步的，如上所述基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法具体包括：
S1、采集数据：采集多源固废成分数据，即确定多源固废中CaO、SiO2、Al2O3、MgO的含量；
S2、确定目标矿物相成分和固废原料：确定熔渣高值化用于无机非金属材料的主要矿物相，根据CaO-SiO2-Al2O3、CaO-SiO2-MgO、CaO-Al2O3-MgO、SiO2-Al2O3-MgO三元相图确定目标矿物相成分区域，即CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量范围(重量百分比)，选取两种或两种以上的固废或工业原料作为原料；
S3、成分计算、配料：将所选取固废的成分数据和目标矿物相成分数据代入成分计算矩阵，求解矩阵，得到所选取固废的添加量，配料、混匀得到目标成分的无机非金属材料原料；
S4、熔融：所述原料加热至1300-1800℃后保温1.0-3.0h，熔融为熔渣；
S5、还原：所述熔渣提供高温均相反应环境，充当反应物的“溶剂”，还原剂还原熔渣中有价金属为合金；
S6、渣金分离：所述合金因密度大于熔渣，沉降至熔渣底部，与熔渣分离；
S7、熔渣高值化：所述熔渣根据目标矿物相成分，分别高值化用于硅酸盐基无机非金属材料、铝酸盐基无机非金属材料、铝硅酸盐基无机非金属材料、铝镁酸盐基无机非金属材料。
本发明的原理为：
(1)多源固废含有大量CaO、SiO2、Al2O3和MgO，同时CaO、SiO2、Al2O3和MgO为矿物相的主要成分，而矿物相是无机非金属材料的基本单元。本发明充分利用固废的资源属性，通过熔融工艺将CaO、SiO2、Al2O3和MgO合成为目标矿物相，高值化用于制备无机非金属材料，实现所有无机固废的资源化。
(2)本发明通过科学合理的成分调配，实现多源固废协同资源化。根据CaO-SiO2-Al2O3、CaO-SiO2-MgO、CaO-Al2O3-MgO、SiO2-Al2O3-MgO三元相图中目标矿物相的成分区域(来自软件FactSage7.0及更高级版本)和所选取多源固废的CaO、SiO2、Al2O3和MgO含量，采用矩阵计算，得到各固废的添加量，实现多源固废精准制备目标矿物相无机非金属材料。
(3)本发明根据目标无机非金属材料的成分需求，通过调整各固废的添加量以调配CaO、SiO2、Al2O3和MgO含量，可制备出任意矿物相的无机非金属材料。包括硅酸盐矿物相，如硅酸三钙(Ca3SiO5)、硅酸二钙(Ca2SiO4)、硅灰石(CaSiO3)、硅钙石(Ca3Si2O7)、石棉(CaMg3Si4O12)、橄榄石(Mg2SiO4)等；铝酸盐矿物相，如七铝酸十二钙(Ca12Al14O33)、铝酸三钙(Ca3Al2O6)、铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)等；铝硅酸盐矿物相，如钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)、钙长石(CaAl2Si2O8)、莫来石(Al6Si2O13)等；铝镁酸盐矿物相，如镁铝尖晶石(MgAl2O4)等。
(4)碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅与V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、CuO、ZnO、MoO3、CdO、SnO2、PbO2的反应吉布斯自由能见图3，可确定不同还原剂与氧化物在不同温度下反应的吉布斯自由能，反应方程式见式(1)-(6)。如图所示，当温度大于1200℃时，碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅还原V2O5、Fe2O3、CoO、NiO、CuO、ZnO、MoO3、CdO、SnO2、PbO2的吉布斯自由能均小于零，同时金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅还原Cr2O3、MnO的吉布斯自由能均小于零。因此，碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅还原回收有价金属在热力学上可行。
C+2/yMxOy＝2x/yM+CO2(g) (1)
Al+3/2yMxOy＝3x/2yM+1/2Al2O3 (2)
AlN+3/2yMxOy＝3x/2yM+1/2Al2O3+1/2N2(g) (3)
Al4C3+12/yMxOy＝12x/yM+2Al2O3+3CO2(g) (4)
Si3N4+6/yMxOy＝6x/yM+3SiO2+2N2(g) (5)
SiC+4/yMxOy＝4x/yM+SiO2+CO2(g) (6)
(5)混合料经熔融转变为熔渣，熔渣如水溶液一般，提供高温均相反应环境，充当反应物的“溶剂”，可溶解有价金属的氧化物和氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅。有价金属的氧化物进入熔渣解离为金属阳离子，氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅进入熔渣复合为含碳/氮基团阴离子，金属阳离子和含碳/氮基团阴离子发生双离子反应，实现电子转移，反应过程见图3。碳、金属铝虽不能进入铝硅酸盐熔渣，但碳与熔渣浸润性较优，金属铝与熔渣密度相近，因此碳、金属铝可与熔渣中的金属阳离子长时间接触。因此，碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅还原回收有价金属在动力学上可行。
本发明的有益效果为：
(1)现有固废资源化的方案均只针对一种或几种固废，局限性较大。本发明提供的一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，具有普适性，适用于所有无机固废的资源化。
(2)本发明可针对不同地方固废的分布类型，选择合适的矿物相为无机非金属材料的基本单元，具有适应性强、可操作性强、易于产业化的优点。
(3)现有固废火法资源化的配料方案多来源于经验，未从固废中基本氧化物单元出发，缺乏成分科学调配机理及方案。本发明采集多源固废成分数据；根据目标矿物相的成分区域和所选取固废的CaO、SiO2、Al2O3和MgO含量，采用矩阵计算，得到各固废的添加量(配料方案)，实现多源固废精准制备目标矿物相的无机非金属材料。
(4)现有固废火法资源化的机理尚不明晰，多凭经验设计方案。本发明提出了铝硅酸盐“溶液”(熔渣)高温均相反应环境概念，铝硅酸盐熔渣如水溶液一般，可溶解有价金属的氧化物和氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅。有价金属的氧化物进入铝硅酸盐熔渣解离为金属阳离子，氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅进入铝硅酸盐熔渣复合为含碳/氮基团阴离子，金属阳离子和含碳/氮基团阴离子发生双离子反应，实现电子转移。铝硅酸盐“溶液”高温均相反应环境概念可为固废火法资源方案设计提供理论指导。
(5)现有的还原性固废(如二次铝灰、煤矸石)因具有反应性，堆放处置易污染环境、引发火灾，同时因含有大量氧化铝、二氧化硅等杂质，难以资源化。本发明以还原性固废中的碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅充当还原剂，还原固废中有价金属为合金，实现还原性固废的资源化利用。
(6)现有的固废资源化方案多忽视有价金属的回收，有价金属进入了无机非金属材料，造成了资源浪费。本发明以还原性固废还原回收有价金属，具有绿色低碳、低成本、高收益的效果。
(7)本发明将熔渣高值化，根据目标矿物相成分，分别高值化用于硅酸盐基无机非金属材料、铝酸盐基无机非金属材料、铝硅酸盐基无机非金属材料、铝镁酸盐基无机非金属材料。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为不同物质与V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、CuO、ZnO、MoO3、CdO、SnO2、PbO2的反应吉布斯自由能与反应温度的关系图，其中横坐标为反应温度，纵坐标为反应的吉布斯自由能，其中，图2(a)为碳、图2(b)为金属铝、图2(c)为氮化铝、图2(d)为碳化铝、图2(e)为氮化硅、图2(f)为碳化硅。
图3为氮化铝还原有价金属氧化物的反应过程。
图4为实施例15铝酸盐基无机非金属材料XRD图谱。
图5为实施例17铝酸盐基无机非金属材料XRD图谱。
图6为实施例21铝硅酸盐基无机非金属材料XRD图谱。
图7为对比例1无定型态熔渣XRD图谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，包括以下步骤：采集多源固废成分数据；对氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化镁单元进行成分计算、调配，得到目标成分的无机非金属材料原料；原料经熔融为熔渣，多源固废中还原剂还原熔渣中有价金属为合金，实现有价金属回收；熔渣高值化用于无机非金属材料。
其中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化镁单元成分矩阵计算方法如下：
其中，Pn为第n种固废的添加量；Qn-CaO为第n种固废中CaO的含量；Qn-SiO2为第n种固废中SiO2的含量；Qn-Al2O3为第n种固废中Al2O3的含量；Qn-MgO为第n种固废中MgO的含量；Gi为第i种固废中CaO、SiO2、Al2O3、MgO的总含量；α为目标矿物相成分区域的CaO含量；β为目标矿物相成分区域的SiO2含量；γ为目标矿物相成分区域的Al2O3含量；δ为目标矿物相成分区域的MgO含量；α、β、γ、δ和为1；所述添加量和含量均指的是重量百分比。下面例举几种不同的情况。
实施例1
将垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底灰和煤矸石资源化于制备硅酸三钙(Ca3SiO5)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅酸三钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅酸三钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为65.0-75.0wt.％、15.0-25.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底灰、煤矸石的成分数据和硅酸三钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底灰和煤矸石的添加量P垃圾焚烧飞灰、P垃圾焚烧底灰和P煤矸石分别为90.8wt.％、1.7wt.％和7.5wt.％；原料混合均匀得到混合料；混合料加热至1800℃后保温3h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
表1多源固废成分(wt.％)
实施例2
将垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底灰和煤矸石资源化于制备硅酸三钙(Ca3SiO5)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅酸三钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅酸三钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为65.0-75.0wt.％、15.0-25.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底灰、煤矸石的成分数据和硅酸三钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底灰和煤矸石的添加量P垃圾焚烧飞灰、P垃圾焚烧底灰和P煤矸石分别为83.2wt.％、12.9wt.％和3.9wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1760℃后保温2.5h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例3
将脱硫石膏、钢渣和煤矸石资源化于制备硅酸二钙(Ca2SiO4)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅酸二钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅酸二钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为55.0-65.0wt.％、25.0-35.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将脱硫石膏、钢渣、煤矸石的成分数据和硅酸二钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到脱硫石膏、钢渣和煤矸石的添加量P脱硫石膏、P钢渣和P煤矸石分别为33.1wt.％、41.7wt.％和25.2wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1750℃后保温2.0h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例4
将脱硫石膏、钢渣和煤矸石资源化于制备硅酸二钙(Ca2SiO4)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅酸二钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅酸二钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为55.0-65.0wt.％、25.0-35.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将脱硫石膏、钢渣、煤矸石的成分数据和硅酸二钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到脱硫石膏、钢渣和煤矸石的添加量P脱硫石膏、P钢渣和P煤矸石分别为13.3wt.％、69.2wt.％和17.5wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1710℃后保温1.0h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例5
将钢渣、垃圾焚烧底灰和煤矸石资源化于制备硅钙石(Ca3Si2O7)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅钙石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅钙石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为48.0-58.0wt.％、32.0-42.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将钢渣、垃圾焚烧底灰、煤矸石的成分数据和硅钙石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到钢渣、垃圾焚烧底灰和煤矸石的添加量P钢渣、P垃圾焚烧底灰和P煤矸石分别为72.2wt.％、10.8wt.％和17.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1600℃后保温1.5h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例6
将钢渣、垃圾焚烧底灰和煤矸石资源化于制备硅钙石(Ca3Si2O7)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅钙石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅钙石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为48.0-58.0wt.％、32.0-42.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将钢渣、垃圾焚烧底灰、煤矸石的成分数据和硅钙石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到钢渣、垃圾焚烧底灰和煤矸石的添加量P钢渣、P垃圾焚烧底灰和P煤矸石分别为58.8wt.％、32.2wt.％和8.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1520℃后保温1.0h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例7
将垃圾焚烧飞灰、废玻璃和煤矸石资源化于制备硅灰石(CaSiO3)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅灰石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅灰石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为38.0-48.0wt.％、42.0-52.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、废玻璃、煤矸石的成分数据和硅灰石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰、废玻璃和煤矸石的添加量P垃圾焚烧飞灰、P废玻璃和P煤矸石分别为60.5wt.％、32.7wt.％和6.8wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1450℃后保温2h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例8
将垃圾焚烧飞灰、废玻璃和煤矸石资源化于制备硅灰石(CaSiO3)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有硅灰石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取硅灰石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为38.0-48.0wt.％、42.0-52.0wt.％、0-10.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、废玻璃、煤矸石的成分数据和硅灰石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰、废玻璃和煤矸石的添加量P垃圾焚烧飞灰、P废玻璃和P煤矸石分别为58.0wt.％、28.2wt.％和13.8wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1410℃后保温1.0h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例9
将废玻璃、煤矸石和工业氧化镁资源化于制备橄榄石(Mg2SiO4)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有橄榄石相的CaO-SiO2-MgO相图，从相图中读取橄榄石的成分范围，并限制杂质Al2O3含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为0-10.0wt.％、33.0-43.0wt.％、0-10.0wt.％、47.0-57.0wt.％；将废玻璃、煤矸石、工业氧化镁的成分数据和橄榄石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到废玻璃、煤矸石和工业氧化镁的添加量P废玻璃、P煤矸石和P工业氧化镁分别为30.2wt.％、23.9wt.％和45.9wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1700℃后保温1.5h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例10
将废玻璃、煤矸石和工业氧化镁资源化于制备橄榄石(Mg2SiO4)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有橄榄石相的CaO-SiO2-MgO相图，从相图中读取橄榄石的成分范围，并限制杂质Al2O3含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量范围，分别为0-10.0wt.％、33.0-43.0wt.％、0-10.0wt.％、47.0-57.0wt.％；将废玻璃、煤矸石、工业氧化镁的成分数据和橄榄石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到废玻璃、煤矸石和工业氧化镁的添加量P废玻璃、P煤矸石和P工业氧化镁分别为40.1wt.％、12.7wt.％和46.2wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1620℃后保温1.0h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例11
将煤矸石、废玻璃、市政污泥和工业氧化镁资源化于制备石棉(CaMg3Si4O12)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有石棉相的CaO-SiO2-MgO相图，从相图中读取石棉的成分范围，并限制杂质Al2O3含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为6.0-16.0wt.％、51.0-61.0wt.％、0-10.0wt.％、22.0-32.0wt.％；将煤矸石、废玻璃、市政污泥、工业氧化镁的成分数据和石棉的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到煤矸石、废玻璃、市政污泥和工业氧化镁的添加量P煤矸石、P废玻璃、P市政污泥和P工业氧化镁分别为5.9wt.％、48.9wt.％、24.0wt.％和21.2wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1500℃后保温2.0h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例12
将煤矸石、废玻璃、市政污泥和工业氧化镁资源化于制备石棉(CaMg3Si4O12)为主要矿物相的硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有石棉相的CaO-SiO2-MgO相图，从相图中读取石棉的成分范围，并限制杂质Al2O3含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为6.0-16.0wt.％、51.0-61.0wt.％、0-10.0wt.％、22.0-32.0wt.％；将煤矸石、废玻璃、市政污泥、工业氧化镁的成分数据和石棉的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到煤矸石、废玻璃、市政污泥和工业氧化镁的添加量P煤矸石、P废玻璃、P市政污泥和P工业氧化镁分别为3.0wt.％、53.0wt.％、22.8wt.％和21.2wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1470℃后保温1.0h，熔融为熔渣；煤矸石中碳还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于硅酸盐基无机非金属材料。
实施例13
将脱硫石膏和铝灰渣资源化于制备铝酸三钙(Ca3Al2O6)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有铝酸三钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取铝酸三钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为52.0-62.0wt.％、0-10.0wt.％、28.0-38.0wt.％、0-10.0wt.％；将脱硫石膏、铝灰渣的成分数据和铝酸三钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到脱硫石膏和铝灰渣的添加量P脱硫石膏和P铝灰渣分别为64.0wt.％和36.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1700℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料。
实施例14
将脱硫石膏和铝灰渣资源化于制备铝酸三钙(Ca3Al2O6)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有铝酸三钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取铝酸三钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为52.0-62.0wt.％、0-10.0wt.％、28.0-38.0wt.％、0-10.0wt.％；将脱硫石膏、铝灰渣的成分数据和铝酸三钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到脱硫石膏和铝灰渣的添加量P脱硫石膏和P铝灰渣分别为66.0wt.％和34.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1620℃后保温2.5h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料。
实施例15
将垃圾焚烧飞灰和铝灰渣资源化于制备七铝酸十二钙(Ca12Al14O33)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有七铝酸十二钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取七铝酸十二钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为38.0-48.0wt.％、0-10.0wt.％、42.0-52.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、铝灰渣的成分数据和七铝酸十二钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰和铝灰渣的添加量P垃圾焚烧飞灰和P铝灰渣分别为62.0wt.％和38.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1500℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料；所得合金为铁锌合金，铁、锌含量分别为86.0wt.％、14.0wt.％；图4为所得铝酸盐基无机非金属材料的XRD图，其主晶相为七铝酸十二钙(Ca12Al14O33)，主晶相含量达92.0wt.％。
实施例16
将垃圾焚烧飞灰和铝灰渣资源化于制备七铝酸十二钙(Ca12Al14O33)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有七铝酸十二钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取七铝酸十二钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为38.0-48.0wt.％、0-10.0wt.％、42.0-52.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、铝灰渣的成分数据和七铝酸十二钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰和铝灰渣的添加量P垃圾焚烧飞灰和P铝灰渣分别为61.0wt.％和39.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1460℃后保温2.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料。
实施例17
将磷石膏和铝灰渣资源化于制备二铝酸钙(CaAl4O7)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有二铝酸钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取二铝酸钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为12.0-22.0wt.％、0-10.0wt.％、68.0-78.0wt.％、0-10.0wt.％；将磷石膏、铝灰渣的成分数据和二铝酸钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到磷石膏和铝灰渣的添加量P磷石膏和P铝灰渣分别为31.0wt.％和69.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1700℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料；所得合金为铁锌铜合金，铁、锌、铜含量分别为84.0wt.％、10.0wt.％、6.0wt.％；图5为所得铝酸盐基无机非金属材料的XRD图，其主晶相为二铝酸钙(CaAl4O7)，主晶相含量达85.0wt.％。
实施例18
将磷石膏和铝灰渣资源化于制备二铝酸钙(CaAl4O7)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有二铝酸钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取二铝酸钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为12.0-22.0wt.％、0-10.0wt.％、68.0-78.0wt.％、0-10.0wt.％；将磷石膏、铝灰渣的成分数据和二铝酸钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到磷石膏和铝灰渣的添加量P磷石膏和P铝灰渣分别为33.0wt.％和67.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1620℃后保温2.5h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料。
实施例19
将垃圾焚烧飞灰和铝灰渣资源化于制备铝酸钙(CaAl2O7)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有铝酸钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取铝酸钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为25.0-35.0wt.％、0-10.0wt.％、55.0-65.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、铝灰渣的成分数据和铝酸钙的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰和铝灰渣的添加量P垃圾焚烧飞灰和P铝灰渣分别为45.0wt.％和55.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1600℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料。
实施例20
将垃圾焚烧飞灰和铝灰渣资源化于制备铝酸钙(CaAl2O7)为主要矿物相的铝酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有铝酸钙相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取铝酸钙的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为25.0-35.0wt.％、0-10.0wt.％、55.0-65.0wt.％、0-10.0wt.％；将垃圾焚烧飞灰、铝灰渣的成分数据和铝酸钙的成分数据代入成分计算矩阵：
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求解矩阵，得到垃圾焚烧飞灰和铝灰渣的添加量P垃圾焚烧飞灰和P铝灰渣分别为46.0wt.％和54.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1520℃后保温2.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝酸盐基无机非金属材料。
实施例21
将脱硫石膏、镁渣、电炉渣和铝灰渣资源化于制备钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)为主要矿物相的铝硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有钙铝黄长石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取钙铝黄长石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为34.0-44.0wt.％、15.0-25.0wt.％、30.0-40.0wt.％、0-10.0wt.％；将脱硫石膏、镁渣、电炉渣、铝灰渣的成分数据和钙铝黄长石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到脱硫石膏、镁渣、电炉渣和铝灰渣的添加量P脱硫石膏、P镁渣、P电炉渣和P铝灰渣分别为14.7wt.％、23.9wt.％、22.6wt.％和38.8wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1400℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝硅酸盐基无机非金属材料；所得合金为铁铬锌合金，铁、铬、锌含量分别为82.0wt.％、11.0wt.％、7.0wt.％；图6为所得铝硅酸盐基无机非金属材料的XRD图，其主晶相为钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)，主晶相含量达89.0wt.％。
实施例22
将脱硫石膏、镁渣、电炉渣和铝灰渣资源化于制备钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)为主要矿物相的铝硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有钙铝黄长石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取钙铝黄长石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为34.0-44.0wt.％、15.0-25.0wt.％、30.0-40.0wt.％、0-10.0wt.％；将脱硫石膏、镁渣、电炉渣、铝灰渣的成分数据和钙铝黄长石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到脱硫石膏、镁渣、电炉渣和铝灰渣的添加量P脱硫石膏、P镁渣、P电炉渣和P铝灰渣分别为21.4wt.％、36.5wt.％、2.6wt.％和39.5wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1300℃后保温2.5h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝硅酸盐基无机非金属材料。
实施例23
将铁尾矿、镁渣、电炉渣和铝灰渣资源化于制备钙长石(CaAl2Si2O8)为主要矿物相的铝硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有钙长石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取钙长石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为13.0-23.0wt.％、36.0-46.0wt.％、30.0-40.0wt.％、0-10.0wt.％；将铁尾矿、镁渣、电炉渣、铝灰渣的成分数据和钙长石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到铁尾矿、镁渣、电炉渣和铝灰渣的添加量P铁尾矿、P镁渣、P电炉渣和P铝灰渣分别为38.5wt.％、20.3wt.％、8.4wt.％和32.8wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1450℃后保温2.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝硅酸盐基无机非金属材料。
实施例24
将铁尾矿、镁渣、电炉渣和铝灰渣资源化于制备钙长石(CaAl2Si2O8)为主要矿物相的铝硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有钙长石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取钙长石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为13.0-23.0wt.％、36.0-46.0wt.％、30.0-40.0wt.％、0-10.0wt.％；将铁尾矿、镁渣、电炉渣、铝灰渣的成分数据和钙长石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到铁尾矿、镁渣、电炉渣和铝灰渣的添加量P铁尾矿、P镁渣、P电炉渣和P铝灰渣分别为42.1wt.％、1.4wt.％、26.9wt.％和29.6wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1410℃后保温1.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝硅酸盐基无机非金属材料。
实施例25
将铁尾矿、粉煤灰和铝灰渣资源化于制备莫来石(Al6Si2O13)为主要矿物相的铝硅酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有莫来石相的CaO-SiO2-Al2O3相图，从相图中读取莫来石的成分范围，并限制杂质MgO含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为0-10.0wt.％、18.0-28.0wt.％、62.0-72.0wt.％、0-10.0wt.％；将铁尾矿、粉煤灰、铝灰渣的成分数据和莫来石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到铁尾矿、粉煤灰和铝灰渣的添加量P铁尾矿、P粉煤灰和P铝灰渣分别为21.8wt.％、8.2wt.％和70.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1800℃后保温1.5h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝硅酸盐基无机非金属材料。
实施例26
将铝灰渣和工业氧化镁资源化于制备镁铝尖晶石(MgAl2O4)为主要矿物相的铝镁酸盐基无机非金属材料。采集多源固废成分数据(见表1)；选取含有镁铝尖晶石相的CaO-Al2O3-MgO相图，从相图中读取镁铝尖晶石的成分范围，并限制杂质SiO2含量，确定CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量分别为0-10.0wt.％、0-10.0wt.％、62.0-72.0wt.％、18.0-28.0wt.％；将铝灰渣、工业氧化镁的成分数据和镁铝尖晶石的成分数据代入成分计算矩阵：
求解矩阵，得到铝灰渣和工业氧化镁的添加量P铝灰渣和P工业氧化镁分别为79.0wt.％和21.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；将混合料加热至1800℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为合金；熔渣高值化利用于铝镁酸盐基无机非金属材料。
对比例1
利用铝灰渣还原垃圾焚烧飞灰中有价金属为合金。铝灰渣中有价金属铁、锌含量分别为3.9wt.％、1.0wt.％，垃圾焚烧飞灰中有价金属铁、锌含量分别为1.3wt.％、0.6wt.％。铝灰渣中还原剂包含氮化铝、碳化铝、金属铝，碳化铝和金属铝因含量低而折合为氮化铝，折合后氮化铝总含量为30.0wt.％；根据发明内容记载的还原反应方程式(式3)，确定铝灰渣和垃圾焚烧飞灰添加量分别为5.0wt.％和95.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；混合料加热至1500℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为铁锌合金，铁、锌还原率分别为91％、95％；熔渣由于成分与现有矿物相成分不同，为无定型状态，其XRD图如图7所示，难以资源化。
对比例2
利用铝灰渣还原磷石膏中有价金属为合金。铝灰渣有价金属铁、锌、铜含量分别为3.9wt.％、1.0wt.％、0，磷石膏中有价金属铁、锌、铜含量分别为1.2wt.％、0.6wt.％、0.5wt.％。铝灰渣中还原剂包含氮化铝、碳化铝、金属铝，碳化铝和金属铝因含量低而折合为氮化铝，折合后氮化铝总含量为30.0wt.％；根据发明内容记载的还原反应方程式(式3)，确定铝灰渣和磷石膏添加量分别为7.0wt.％和93.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；混合料加热至1550℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为铁锌铜合金，铁、锌、铜还原率分别为90％、94％、92％；熔渣由于成分与现有矿物相成分不同，为无定型状态，难以资源化。
对比例3
利用铝灰渣还原电炉渣中有价金属为合金。铝灰渣中有价金属铁、铬、锌含量分别为3.9wt.％、1.0wt.％、0，电炉渣中有价金属铁、铬、锌含量分别为0.7wt.％、4.5wt.％、0.3wt.％。铝灰渣中还原剂包含氮化铝、碳化铝、金属铝，碳化铝和金属铝因含量低而折合为氮化铝，折合后氮化铝总含量为30.0wt.％；根据发明内容记载的还原反应方程式(式3)，确定铝灰渣和电炉渣添加量分别为10.0wt.％和90.0wt.％；原料混合均匀得到混合料；混合料加热至1600℃后保温3.0h，熔融为熔渣；铝灰渣中氮化铝、碳化铝、金属铝还原熔渣中有价金属为铁铬锌合金，铁、铬、锌还原率分别为93％、90％、95％；熔渣由于成分与现有矿物相成分不同，为无定型状态，难以资源化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求确定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，其特征在于，包括以下步骤：采集多源固废成分数据；对氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化镁单元进行成分计算、调配，得到目标成分的无机非金属材料原料；原料经熔融为熔渣，多源固废中还原剂还原熔渣中有价金属为合金，实现有价金属回收；熔渣高值化用于无机非金属材料；
所述氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化镁单元成分矩阵计算方法如下：
其中Pn为第n种固废的添加量；
Qn-CaO为第n种固废中CaO的含量；
Qn-SiO2为第n种固废中SiO2的含量；
Qn-Al2O3为第n种固废中Al2O3的含量；
Qn-MgO为第n种固废中MgO的含量；
Gi为第i种固废中CaO、SiO2、Al2O3、MgO的总含量；
α为目标矿物相成分区域的CaO含量；
β为目标矿物相成分区域的SiO2含量；
γ为目标矿物相成分区域的Al2O3含量；
δ为目标矿物相成分区域的MgO含量；
α、β、γ、δ和为1；
其中，所述添加量和含量均指的是重量百分比。
2.如权利要求1所述的一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，其特征在于，所述熔渣提供高温均相反应环境，充当反应物的“溶剂”，将还原反应由固/固、固/液异相反应变为均相反应。
3.如权利要求1所述的一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，其特征在于，所述多源固废中还原剂选自：碳、金属铝、氮化铝、碳化铝、氮化硅、碳化硅中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，其特征在于，所述无机非金属材料选自：硅酸盐基无机非金属材料、铝酸盐基无机非金属材料、铝硅酸盐基无机非金属材料、铝镁酸盐基无机非金属材料中的一种。
5.如权利要求1所述的一种基于钙硅铝镁氧化物调配的多源固废资源化方法，其特征在于，所述方法具体包括：
S1、采集数据：采集多源固废成分数据，即确定多源固废中CaO、SiO2、Al2O3、MgO的含量；
S2、确定目标矿物相成分和固废原料：确定熔渣高值化用于无机非金属材料的主要矿物相，根据CaO-SiO2-Al2O3、CaO-SiO2-MgO、CaO-Al2O3-MgO、SiO2-Al2O3-MgO三元相图确定目标矿物相成分区域，即CaO、SiO2、Al2O3、MgO含量重量百分比范围，选取两种或两种以上的固废或工业原料作为原料；
S3、成分计算、配料：将所选取固废的成分数据和目标矿物相成分数据代入成分计算矩阵，求解矩阵，得到所选取固废的添加量，配料、混匀得到目标成分的无机非金属材料原料；
S4、熔融：所述原料加热至1300-1800℃后保温1.0-3.0h，熔融为熔渣；
S5、还原：所述熔渣提供高温均相反应环境，充当反应物的“溶剂”，还原剂还原熔渣中有价金属为合金；
S6、渣金分离：所述合金因密度大于熔渣，沉降至熔渣底部，与熔渣分离；
S7、熔渣高值化：所述熔渣根据目标矿物相成分，分别高值化用于硅酸盐基无机非金属材料、铝酸盐基无机非金属材料、铝硅酸盐基无机非金属材料、铝镁酸盐基无机非金属材料。
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