冶金工業(yè)固體廢棄物資源化研究

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1概述

冶煉廢渣包括有色金屬行業(yè)和鋼鐵工業(yè)在生產(chǎn)中排出的廢渣。化工廢料主要指在化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種廢渣，如高爐礦渣、鋼渣、鐵合金渣等其他各種有色金屬渣都屬于化工廢渣。根據(jù)固體廢物的行業(yè)來源不同，冶金工業(yè)固體廢物又可以劃分為有色金屬冶煉廢物、鋁工業(yè)固體廢物和鋼鐵工業(yè)固體廢物三大類。有色金屬冶煉廢物是指有色金屬在采礦、選礦、冶煉和加工等生產(chǎn)過程中及其環(huán)境保護(hù)設(shè)施中所排放的固狀或泥狀的廢棄物。[2]根據(jù)金屬冶煉方式的不相同性可以分為稀有金屬渣和重有色金屬渣兩種，重有色金屬渣主要包括銅渣、鉛渣、鋅渣、鎳渣、鈷渣、汞渣等。鋁工業(yè)固體廢物主要來源于在氧化鋁生產(chǎn)進(jìn)程中產(chǎn)生的堿赤泥、軋鋼進(jìn)程中產(chǎn)生的少量氧化鐵渣以及生產(chǎn)金屬鋁進(jìn)程中產(chǎn)生出廢炭、耐火磚、保溫材料和鋁加工進(jìn)程中排放出廢材料等。鋼鐵工業(yè)固體廢棄物主要來源于鐵礦開采時(shí)所產(chǎn)生的削離廢石、選礦時(shí)產(chǎn)生的大量尾礦、煉鐵過程中產(chǎn)生的高爐爐渣、煉鋼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐爐渣、電爐爐渣、及生產(chǎn)合金時(shí)產(chǎn)生的鐵合金爐渣、含鐵塵泥等。鋼鐵生產(chǎn)的固體廢棄物的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)量很大，并含有很多金屬和非金屬元素，可二次利用價(jià)值很高。由于我們國(guó)家現(xiàn)今對(duì)工業(yè)固體廢棄物處理基礎(chǔ)比較薄弱，想要建成一整套完整的管治體系還需要反復(fù)摸索和實(shí)踐。所以我們應(yīng)參照發(fā)達(dá)國(guó)家在冶金固體廢棄物管制方面的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我們中國(guó)國(guó)情，取其精華去其糟粕，開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的固體廢渣處理新技術(shù)。

2冶金工業(yè)固體廢物的資源化

資源化是采用管理和工藝措施等實(shí)現(xiàn)固體廢棄物無害化、綜合利用的最主要方法中的一種。應(yīng)放把固體廢物處置處理技術(shù)體系的建立過程放在第一位置，在廢物排放還未進(jìn)入環(huán)境之前，回收物質(zhì)和能量，提高物質(zhì)和能量的循環(huán)利用，創(chuàng)造出有用經(jīng)濟(jì)價(jià)值，減輕后續(xù)處置的負(fù)荷，變廢為寶。我們應(yīng)該鼓勵(lì)和發(fā)展循環(huán)型的經(jīng)濟(jì)，號(hào)召人們節(jié)能減排，將固體廢棄物進(jìn)行資源化得到更大的利用，高度重視管理或工藝等措施，從而提高固體廢棄物的回收有利用價(jià)值，創(chuàng)造更多的有效資源。

2.1冶金銅渣的資源化。

冶金銅渣大部分來源于火法煉銅的工藝，還有少量來源于煉鋅、煉鉛工藝。目前，我國(guó)每年粗銅產(chǎn)量與產(chǎn)出爐渣量的比值約為1:3，加上其它工藝產(chǎn)生的廢銅渣，產(chǎn)出渣量相當(dāng)驚人。另一個(gè)角度也可說明從廢渣中回收有用物資和能源的潛力也相當(dāng)大。目前，我國(guó)開發(fā)了許多資源合理化利用銅渣的方法，主要向提取有價(jià)金屬、生產(chǎn)新型化工產(chǎn)品和建材工業(yè)等方向發(fā)展。如：將銅渣收集到回收室，經(jīng)氧化熔燒，在通過還原方法處理技術(shù)可回收銅粒；銅渣與淬渣摻入石灰拌勻壓實(shí)后可用作公路基層；也可直接將熔融的廢銅渣直接澆注成堅(jiān)硬致密的銅渣筑石；冷銅渣還可用作鐵路道渣，效果良好。銅渣中的有價(jià)金屬主要包括Cu、Pb、Zn、Cd、Au和Ag等，可通過浮選、磁選等物理方法或焙燒、浸出等化學(xué)方法將其回收和資源化利用。通常采用浮選法回收廢銅渣中的銅。先經(jīng)浮選得到品位較高的精銅礦，再經(jīng)過火法煉銅工藝得到更高品味的銅金屬元素。銅水淬渣可作為硅酸鹽水泥的礦化劑。銅精礦經(jīng)密閉鼓風(fēng)爐熔煉后所產(chǎn)生的廢渣即銅水淬渣，是對(duì)1050~1250℃高溫的熔渣經(jīng)沖水驟冷形成的釉黑色顆粒，液態(tài)密度為4.0~4.5t/m3，水淬渣的物質(zhì)組成主要是鐵的氧化物及脈石等形成的硅酸鹽與氧化物。生產(chǎn)水泥的工藝流程為：將石灰石、黏土、礦渣按比例配料，然后投入球磨機(jī)磨粉，磨好的生料加入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)反應(yīng)生成水泥熟料。在反應(yīng)生成的水泥熟料中加入適量的石膏以及鐵礦渣，然后投入到球磨機(jī)內(nèi)磨成粉狀，最后生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的水泥。生產(chǎn)水泥的工藝流程。

2.2冶金赤泥的資源化。

赤泥是生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的含水量高的強(qiáng)堿性粉泥狀固體殘留物。因?yàn)楹写罅垦趸X，所以呈紅色，隨著含鐵量的增加赤泥的顏色也逐漸變深紅。鋁土礦的成分、生成新化合物的成分和添加劑的成分，以及生產(chǎn)氧化鋁的方法都會(huì)在某種程度上影響赤泥的化學(xué)成分。由于赤泥含堿，長(zhǎng)期堆放使堆場(chǎng)附近土地堿化，如果倒入海洋，則會(huì)污染海域。因此，赤泥對(duì)環(huán)境的堿污染不容小覷。如果不能合理的有規(guī)劃的處理這些廢渣，它將會(huì)影響我們的生活環(huán)境。世界各國(guó)提出了幾十種綜合利用的方法，但利用規(guī)模較少，多數(shù)以海洋排放與陸地堆積兩種形式處置赤泥。我國(guó)主要用赤泥壩存法。赤泥中有10%~45%的鐵，但能直接用作煉鐵原料的少之又少。所以將預(yù)焙燒后的赤泥倒入700~800℃沸騰爐內(nèi)還原，使赤泥中的Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4，還原產(chǎn)物經(jīng)冷卻、粉碎后分選，得到高品位的磁性產(chǎn)品，用此方法可回收大量的鐵得到高品位的煉鐵精料。在赤泥中不僅能提取大量的有價(jià)金屬，還能從中提取鋁、鈦、釩、鉻、錳及多種稀土元素和微量放射性元素。我國(guó)利用赤泥生產(chǎn)多種型號(hào)的水泥，生產(chǎn)出的普通硅酸鹽水泥也有強(qiáng)度高、抗硫酸鹽等多種性能，在工程建筑領(lǐng)域使用效果甚好。赤泥不僅僅在建材工業(yè)上得到廣泛運(yùn)用，在農(nóng)業(yè)上，赤泥也廣泛用于生產(chǎn)硅鈣肥料和塑料填充劑，生產(chǎn)流態(tài)自硬砂硬化劑，用作礦山采空區(qū)充填料等。

2.3鋼鐵工業(yè)固廢物的資源化。

目前，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量居高不下，仍穩(wěn)坐世界第一寶座。但我國(guó)煉鐵煉鋼技術(shù)尚不夠先進(jìn)，加上鋼鐵企業(yè)本來是高能耗、高污染的重工業(yè)。在如今的鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展的時(shí)代里，一方面會(huì)大量消耗資源和能源，另一方面必然會(huì)產(chǎn)生大量不同種類的冶金廢渣，這將會(huì)嚴(yán)重破壞我們賴以生存的家園。鋼鐵工業(yè)中不同的生產(chǎn)工藝流程，會(huì)產(chǎn)生不同的冶金固體廢棄物。目前我國(guó)鋼鐵工業(yè)冶金廢渣綜合利用率正平穩(wěn)上升。普通高爐渣基本上全部都能資源合理化利用，只有17%的釩鈦高爐渣，以及含放射性稀土元素的高爐渣沒能被綜合利用。高爐渣廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，一般利用高爐渣之前，都需要進(jìn)行加工處理。根據(jù)用途不同，加工方法也不同。我國(guó)通常將高爐渣加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣、膨脹礦渣珠和高爐渣粉末等形式。[4]高爐水渣主要用于生產(chǎn)礦渣水泥、礦渣磚、礦渣棉、建材玻璃與微晶玻璃和碾濕礦渣混凝土。礦渣碎石可代替天然石料廣泛運(yùn)用，還廣泛運(yùn)用于道路工程、地基工程、鐵路道渣、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土等工程中，已取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。膨脹礦渣和膨脹礦渣珠可以用作輕混凝土制品及結(jié)構(gòu)上，如樓板、墻板、砌塊、建筑物的外圍結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)和公路地基材料等。由于其保溫性能好，還可用作防火隔熱保溫材料。另外，高爐渣經(jīng)過水冷后形成水硬性的水淬渣，經(jīng)過進(jìn)一步加工形成高爐渣粉末，使之遇水產(chǎn)生水化反應(yīng)，具有普通水泥的性質(zhì)。這種高爐渣粉末可以替代混凝土中的部分水泥，也可以代替水泥摻合料使用。除此之外，高爐渣在材料領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，如：生產(chǎn)礦渣棉、玄武巖棉、建材玻璃與微晶玻璃、多彩磚和輕質(zhì)陶瓷等材料。

3展望

冶金固體廢棄物的資源化利用主要圍繞回收有價(jià)值金屬為主，以開發(fā)高附加值產(chǎn)品為輔，多方向綜合開發(fā)，將冶金固體廢棄物綜合利用工作提升到新高度。同時(shí)，要想大量使用冶金渣，就必須開辟研究節(jié)約能源、循環(huán)利用、安全環(huán)保的新型建材產(chǎn)品這條新興之路。冶金過程固體廢棄物資源化問題具有一定的復(fù)雜性，到目前為止，仍沒有一種工藝能真正解決冶金固廢物的高價(jià)值資源化問題?？偠灾?，要想將冶金固廢物更好的資源合理化利用，應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：a.降低資源化成本，重點(diǎn)研究開發(fā)一些流程短、成本低、社會(huì)需求量大的新工藝。b.開發(fā)推廣高附加值產(chǎn)品，資源化發(fā)展應(yīng)該向技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、二次污染小的方向發(fā)展。c.最大限度提取有價(jià)成分，冶金固廢物中含有多種金屬和非金屬元素，可將其轉(zhuǎn)化為高附加值的相關(guān)產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。

作者：孫志敏 李寶亮 陳培 王俊嫻 單位：長(zhǎng)春師范大學(xué)工程學(xué)院 天津鋼管集團(tuán)股份有限公司