冶金固體廢棄物資源化處理與綜合利用

李亞東，徐 征，范興祥，劉 聰，黃 卉

（1.昆明冶金高等?？茖W(xué)校 冶金與礦業(yè)學(xué)院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及貴金屬資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650033；3.稀散及貴金屬二次資源綜合回收及深加工應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，云南昆明 650033；4.紅河學(xué)院 化學(xué)與資源工程學(xué)院，云南蒙自 661199）

對于固體廢物的分類來說，其大致可以分為兩種固體廢棄物：其一就是金屬制造企業(yè)在進(jìn)行采選過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。其二就是在冶金工業(yè)中，對金屬進(jìn)行冶煉和鍛壓等復(fù)雜加工過程中產(chǎn)生的固體雜質(zhì)廢棄物。以上兩種工藝產(chǎn)生的固體廢棄物性質(zhì)上有所差異，其在進(jìn)行資源化二次回收處理時(shí)也應(yīng)該區(qū)別對待。

1 我國的冶金固體廢棄物資源化處理與綜合利用現(xiàn)狀

截止到今天，許多鋼鐵生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物，根據(jù)其種類、性質(zhì)的不同，有很大一部分已經(jīng)得到了合理且充分的資源回收和利用。其中，對于水碎作業(yè)過程中產(chǎn)生的高爐灰渣的利用率已經(jīng)接近百分百，但是對于一些重礦產(chǎn)生的固體廢渣等具有一定特殊性質(zhì)的灰渣，則尚未有較為妥善的回收處理辦法。在鋼鐵工業(yè)中，企業(yè)對于產(chǎn)生的固體鋼渣的利用率偏低。在進(jìn)行礦物采取過程中，尾礦的處理量很大，但是對其利用的數(shù)量卻很低，而其中的廢石渣的回收處理狀況更是不盡人意，因此造成了大量的采礦區(qū)固體廢渣堆積。

對比世界上的部分發(fā)達(dá)國家，我國在鋼鐵工業(yè)中的固體廢棄物二次回收處理方面做得并不好，回收工藝與效率與之相比還存在較大的差距。再者，根據(jù)各大鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)所使用的生產(chǎn)原料的差異，生產(chǎn)設(shè)備的差距以及生產(chǎn)工藝的不同，導(dǎo)致了相同種類和性質(zhì)的固體廢棄物，在不同企業(yè)以及不同工藝生產(chǎn)線上的資源回收利用效益差別巨大。目前來看，鋼鐵生產(chǎn)工業(yè)的主要廢棄物二次處理資料較為缺乏，對于廢鐵礦石的處理和回收工作做得不到位，極大增加了廢鐵礦渣的回收處理難度。因此，對于鋼鐵工業(yè)的固體廢渣的資源化回收處理工作的研究就顯得相當(dāng)迫切且有必要。

2 冶金固體廢棄物具有的危害性

2.1 對大氣產(chǎn)生污染

一些固體廢料在堆放期間，會在水分以及溫度等條件的作用下分解出一些有毒氣體或物質(zhì)，會對大氣產(chǎn)生巨大危害，影響農(nóng)業(yè)發(fā)展和市容市貌，而且也會被人吸入體內(nèi)，給人體健康帶來巨大危害。

2.2 對土壤產(chǎn)生污染

冶金工業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)會產(chǎn)生諸多有毒物質(zhì)。這些有毒物質(zhì)在接觸土壤之后，會對土壤產(chǎn)生巨大危害。具體來說，冶金固體廢物會被堆積處理，而其在被雨雪淋溶之后，一些有毒的可溶成分會通過水分由地表滲入地下，使得土壤變得“有毒”，呈現(xiàn)出硬化、酸化、堿化現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)重金屬污染等情況。

2.3 對水系統(tǒng)產(chǎn)生污染

冶金固體廢料所具有的毒素，不但能經(jīng)由土壤來滲入到地下水當(dāng)，而且也會在風(fēng)吹雨淋以及一些人為因素影響下滲入到地面水當(dāng)中。而且，部分企業(yè)環(huán)保意識欠缺，不進(jìn)行任何處理就將廢渣倒入附近河流或者海域之中，引發(fā)大面積的水資源污染。這樣做的后果就是水域當(dāng)中的魚類或水生生物大量死亡，或者出現(xiàn)生長畸形、自帶毒素等現(xiàn)象，給人們飲食健康帶來諸多危害。

3 冶金固體廢棄物資源化處理與綜合利用的途徑

3.1 利用固體廢棄物種植植物

加拿大、澳大利亞、德國、俄羅斯、美國等發(fā)達(dá)國家的礦山土地復(fù)墾率已＞80%。我國礦山的尾礦復(fù)墾工作開始于60年代。南芬選礦廠利用運(yùn)土墊地以恢復(fù)耕作的方法使過去的不毛之地變成了蔬菜生產(chǎn)地。雖然用鐵尾礦可復(fù)墾植被，但其物化性質(zhì)與普通土壤差別很大，鐵尾礦不含有機(jī)物質(zhì)和其他營養(yǎng)成分，肥力較低；質(zhì)地較粗，結(jié)構(gòu)疏松，使尾礦具有較差的保水性，且pH偏高，這些都對植物的生長不利。提高鐵尾礦肥力的方法主要有兩種：

（1）在尾礦中摻入其他礦物來提高肥力，如在鐵尾礦中添加一定量的有機(jī)肥、土壤、保水劑后，尾礦基質(zhì)的pH隨著有機(jī)肥、土壤、保水劑的增加不斷降低，隨著有機(jī)肥、土壤加入量的增加，尾礦基質(zhì)的有效磷、堿解氨含量均不斷增加。影響鐵尾礦基質(zhì)速效養(yǎng)分提高最大的是施用有機(jī)肥，其次是土壤。

（2）依據(jù)土壤和生物相互作用的生態(tài)原理，利用生物來改善土壤結(jié)構(gòu)、提高肥效。如選擇對尾礦適應(yīng)性較強(qiáng)的植物來構(gòu)建人工植被，改善其肥力。研究表明，種植具有固氮作用的適生樹種對尾礦進(jìn)行造林，能使鐵尾礦復(fù)墾地的物種多樣性明顯提高。目前正在研制的”冶金礦山土地復(fù)墾專家系統(tǒng)”，能為不同氣候條件、不同地區(qū)、不同礦石特征以及土壤的礦山提供關(guān)于最佳復(fù)墾方法等方面的專家咨詢。

3.2 利用固體廢棄物處理廢水

目前將鐵尾礦用于處理污水主要有兩種方法，一是直接作為載體處理生活污水，二是制備無機(jī)高分子絮凝劑聚合硫酸鐵。王化軍教授在實(shí)驗(yàn)室條件下成功地將磁鐵礦作為三相流化床的載體用于污水處理，但磁鐵礦作為載體存在著密度大、難以流化的缺點(diǎn)；而鐵尾礦是磁鐵礦和石英的共生體，其密度明顯比磁鐵礦小，在廢水處理中應(yīng)用比磁鐵礦更易流化。研究表明，將磁選后的鐵尾礦作為普通曝氣池模型的載體，當(dāng)停留時(shí)間相同時(shí)，可顯著提高COD去除率。用鐵尾礦作為載體處理生活污水，使污水的停留時(shí)間縮短，單位時(shí)間內(nèi)污水的處理量增加，處理后的載體回收后可再次利用。鐵尾礦作為載體被用于污水處理，具有比表面積大、粒度小、回收方便、不容易流失及廉價(jià)易得的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用前景廣闊。

3.3 利用固體廢料制作建筑材料

冶金工業(yè)固體廢物有著耐磨性強(qiáng)、密度大以及強(qiáng)度高等特點(diǎn)，而且其表面大多呈不規(guī)則形狀，能夠與瀝青等物質(zhì)緊密結(jié)合，所以，其在建筑材料方面也有著極為廣泛的二次利用前景。例如，可將鋼渣進(jìn)行粉碎以及水淬處理，再糅合一些粉煤灰、石膏、高爐水渣以及石灰等激發(fā)劑，然后和水進(jìn)行攪拌，在此基礎(chǔ)上在進(jìn)行壓制、輪碾以及蒸養(yǎng)處理之后便能夠制作成建筑用磚。同時(shí)，鋼渣也能夠被用于鋼渣重混凝土當(dāng)中，這其中應(yīng)當(dāng)注重材料的選用。

（1）水泥在鋼渣重混凝土的生產(chǎn)中屬于膠凝材料，不同的品種擁有不同特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑工程的特征、特質(zhì)以及施工條件等情況進(jìn)行合理選擇。

（2）沙子可以分為粗砂、細(xì)沙、中砂以及特細(xì)砂等類型，通常在高強(qiáng)混凝土的制作中運(yùn)用粗砂較多，而普通混凝土以及鋼渣重混凝土的制作則分別用到了中砂以及粗砂。

（3）優(yōu)化鋼渣集料的選擇。通常來說，應(yīng)選擇6～20mm的集料，保證其顆粒在0～0.8mm或者0～3mm。最后，要結(jié)合鋼渣重混凝土的工藝或者性能來科學(xué)選擇外加劑品種。

通過以上舉措來實(shí)現(xiàn)對廢物鋼渣的有效運(yùn)用。同時(shí)，鋼渣在經(jīng)過處理之后由于穩(wěn)定性較強(qiáng)，故此將它運(yùn)用到道路建設(shè)的墊層以及基層之中也是一個(gè)綜合利用方向。而且，鋼渣自身和瀝青之間的親和性較強(qiáng)，所以能夠和其他天然石料進(jìn)行混合使用，這樣鋪設(shè)出來的道路將會有著較強(qiáng)的柔性，在抗凍、解凍性能方面比較出眾。

3.4 利用固體廢料冶煉金屬

3.4.1 作為冶煉熔劑

氧氣轉(zhuǎn)爐渣與電爐渣中含有未飽和狀態(tài)的磷、硫，具有較強(qiáng)的脫磷、硫能力，其中的SiO2、MnO、CaO、MgO等經(jīng)過重熔都形成復(fù)合物，具有較低的熔化溫度，若將其代替石灰等熔劑加入煉鋼爐中，具有熔化快、吸熱少的優(yōu)點(diǎn)，對爐內(nèi)的渣料成渣具有良好的促進(jìn)作用。此外，還可以將特定粒徑的制渣作為高爐熔劑，能回收渣中的Mn、Ca、Fe元素，使煉鐵所消耗的熔劑減少，且對高爐的運(yùn)行狀況具有一定的改善作用，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的作用。

3.4.2 作為燒結(jié)熔劑

鋼渣中的石灰石能部分代替石灰石作為燒結(jié)熔劑。在燒結(jié)礦石時(shí)，加入一定粒徑的鋼渣作為燒結(jié)熔劑，能使燒結(jié)礦的微觀與宏觀結(jié)構(gòu)得到改善。同時(shí)利用了鋼渣中的Mn，Ca、Fe等元素，使燒結(jié)礦成本降低。

4 結(jié)語

近幾年，國家開始提倡在國內(nèi)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提倡節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)。在鋼鐵工業(yè)當(dāng)中，對于冶金行業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物的二次回收處理與資源化綜合利用就是行之有效且大有可為的節(jié)能項(xiàng)目，同時(shí)也是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)和整個(gè)鋼鐵工業(yè)的生命之源。在對冶金固體廢棄物進(jìn)行資源化處理和綜合利用之后，其廢渣和廢熱等資源可以進(jìn)一步滿足企業(yè)和工廠的市場化需求，進(jìn)而創(chuàng)造出大量的綠色效益、環(huán)境效能、社會效益。基于此分析，我國的鋼鐵工業(yè)應(yīng)該持續(xù)強(qiáng)化冶金固體廢棄物的處理和利用體系，為我國冶金工業(yè)持續(xù)發(fā)展增添活力與動(dòng)力。