冶金化工產生的固體廢物處置與資源化利用研究

周慧娟

（青海省工業職業技術學校，青海 西寧 810000）

由于冶金化工產業的不斷發展，在工業生產過程中產生了大量的固體廢棄物。這些固體廢物中，一部分是無法提取的資源，另一部分則是有害物質。冶金化工所產生的固體廢物包括尾礦、冶煉廢渣等。需要將不斷增加的固體廢物處理良好[1]，才能實現冶金工業的無障礙發展。從已有經驗來看，部分廢渣中的有利資源被回收，但絕大部分依舊沒有良好的解決方案，造成了無數資源的浪費，也對環境造成了污染[2]。本文以冶金化工中產生的固體廢物處理方式為研究重點，并對固體廢物的資源化利用進行分析。在廢物的處理方法中，文中主要通過物理和化學的方法進行有害物質分解。以及通過焚燒填埋的形式[3]，降低固體廢棄物與生活環境的接觸面積，減少環境污染狀況。此外，由于人類對礦產資源需求不斷增加，導致了目前天然礦產資源緊缺，急需對固體廢物中包含的一些物質進行資源化利用。希望通過本文的研究可以降低冶金化工產生的固體廢物造成的污染情況，同時將資源緊缺的問題進行解決[4]。

1 冶金化工產生的固體廢物處置方法研究

1.1 普通固體廢棄物處置技術

面對眾多冶金化工產生的固體廢棄物，可以采用以下幾種方式進行處置。第一種是化學處理技術主要針對無機廢物，通過溶劑浸泡、化學中和的方式進行處理。第二種是物理方法主要利用固化技術，處理生產過程中的殘渣、飛灰等物質，利用無機膠結劑將其熔融固化，降低廢物造成的污染。第三種方式叫做綜合利用技術，是冶金化工產生的固體廢物處置中較為重要的一種方法。在固體廢物產生不良影響之前對其進行分類回收，篩選可再利用的資源，從根本上降低后續的固體廢物處理難度。

1.2 終態固體廢棄物處置技術

部分固體廢物即使經過化學、物理等方法的處理依舊無法改善帶來的污染效果。針對這部分終態固體廢棄物提出填埋處理技術，將固體廢物深埋入大坑，減緩其對生態環境造成的污染。但是在填埋處理技術應用過程中，需要以固體廢物的特點作為依據，設計不同的填埋方案。普通的固體廢物填埋地點建設，可以參考城市生活垃圾處理場所。由于冶金化工固體廢物的特殊性使得其填埋地需要保持固定的含濕量與滲透性。并且部分具有較大毒性的固體廢物填埋之前需要進行預處理。避免廢物填埋后產生放射性毒性，或者由于一些特殊反應釋放出有害氣體。在終態固體廢物填埋場地的設計上，需要明確場地的容量、地下水防護，以及污染氣體分解工程。其中填埋場地的面積取決于該區域冶金化工固體廢物的產生量。為了保證廢物填埋處理的效果，需要將覆土和填埋廢物之間保持著1:3的比例。將固體廢物的壓實密度設置為600～800KG/M3。其次，在填埋場地范圍內需要設計良好的地下水保護系統，針對場地內的浸出液進行研究。通過填埋物質的差別，得出數量不同的浸出液，而浸出液質量也存在差異。隨著填埋時間的增長，有機物的濃度在浸出液中呈現出不斷下降的趨勢。最后，針對氣體的產生及控制，在微生物的作用下固體廢物降解產生一些特殊氣體。氣體主要成分為甲烷和二氧化碳，是一種有害氣體。所以填埋場所的廢氣需要進行排放和處理。通過耐腐蝕排氣設施的設計，放置在填埋的廢渣層處，幫助收集廢氣并排出。

完成固體廢物的填埋后，需要將場所內覆蓋一層黏土大約250～350mm，然后再均勻壓一層自然土大約300～450mm。最后添加一層厚度為300mm的營養土。完成的填埋場所需要依據25年內該地區最大降水量考慮修建截洪溝，避免因大雨造成場外徑流涌入。由于陸地填埋的運行成本較低而受到廣泛使用。但是由于技術上的不完善，引發了一系列的待解決問題，例如地下水侵蝕、有害物質濃度等。因此，需要研究新的固體廢物處理方式，更好地解決固體廢物處置問題。

2 固體廢物資源化利用方向

根據統計可以發現，近年來冶金化工產業產生的固體廢物數量不斷激增，使得固體廢物處置與利用成為了眾多人員關注的重點。關于固體廢物的利用率如表1所示。

表1 固體廢物利用率統計表

根據表1數據可知，絕大多數冶金化工固體廢物利用率較低。因此，急需進行資源化利用的研究。文中針對冶金銅渣、冶金赤泥、鋼鐵工業固體廢物三種物質為基礎，進行資源化利用研究。

2.1 冶金銅渣的資源化

冶金化工中由于火法煉銅技術的應用，外加鋅與鉛的煉制，產生了數量較大的冶金銅渣。由于每年的銅產量和冶金銅渣的比例約為1:3，所以為了保證銅材料的供應，可想而知冶金銅渣產生量驚人程度。針對冶金銅渣進行分析后，發現其中包含了很大一部分有用物質和能源。從有價金屬提取和工業建材的角度，實現銅渣資源合理化利用。通過氧化熔燒技術的應用，再結合還原處理工藝，將冶金過程中產生的銅渣轉化為高品質銅粒，完成銅金屬的回收。在將銅渣摻入石灰后，可以作為公路基層作用于交通建設。此外，也可以直接將銅渣鋪在鐵路表面，作為鐵路道渣使用。

冶金銅渣的資源化利用中主要采用浮選方式，利用浮選的手法篩選出銅精礦。最后利用火法煉銅技術，從冶金銅渣中獲取銅金屬元素，具體的廢渣回收流程如圖1所示。

圖1 從轉爐銅渣中回收銅工藝流程

銅渣通過破碎、篩分、球磨、浮選等流程完成精銅礦的回收，并進行銅水淬渣。銅水淬渣中的廢渣是通過密閉鼓風爐將銅精礦投入煉制產生的，添加硅酸鹽、氧化物后形成了銅水淬渣。淬渣后的銅水可以作為礦化劑，添加到硅酸鹽水泥制作過程中。在水泥的生產中，將石灰石、礦渣等配料磨粉后，經由回轉窯形成熟料，然后添加處理后的冶金銅渣，形成品質良好的水泥，完成冶金銅渣的資源化利用。

2.2 冶金赤泥的資源化

在氧化鋁生產過程中，產生的殘留物叫做冶金赤泥，作為種強堿性粉泥狀固體，冶金赤泥具有含水量較高的特點。通常情況下，冶金赤泥呈現出粉紅色，在含鐵量不斷增加后，冶金赤泥的顏色也開始向著深紅轉變。在鋁土礦和添加劑成分的影響下，冶金赤泥的化學成分也發生了改變。由于其堿性含量較大，所以長時間堆放的區域會出現堿化的現象。而倒入海洋也會產生污染。針對冶金赤泥的有效處理是需要重視的一項問題。鐵礦石中的鐵礦石鐵含量為20%～50%，但很難直接用作煉鐵原料。將預焙燒處理后的冶金赤泥放入800℃的沸騰爐內，促使赤泥中的鐵元素還原，實現高品位的煉鐵精料回收。此外，赤泥中在提取金屬之后，還可以實現多種稀土元素的提取，以赤泥作為原料，生產出來的水泥具有高強度和抗硫酸鹽性的特點。這種水泥在工程建筑行業可以發揮良好的使用效果。除此之外，冶金赤泥還可以作用于農業發展，在硅鈣肥料和塑料填充劑生產中，冶金赤泥都可以發揮重要作用。還可以應用于硬砂硬化劑的生產，填料填充礦山采空區，保持地質結構穩定。

2.3 鋼鐵工業固廢物的資源化

在冶金工業中最受到關注的種類之一就是鋼鐵的產量。截至目前，鋼鐵產量處在不斷增長的趨勢中，但是由于煉鋼技術尚且不夠完善，再加上鋼鐵企業具有的高能耗、高污染的特點，造成了鋼鐵工業固廢物與日俱增。當前各行業對于鋼鐵需求的不斷增長，使得自然資源成倍損耗，冶煉過程中的固廢物也污染了生態環境。

通過調查可以發現鋼鐵工業固廢物利用率處于不斷上升的趨勢，鋼鐵生產過程中產生的高爐渣，可以通過資源合理化利用得到消耗。但是部分釩欽高爐渣以及含有放射性元素的高爐渣無法得到應用。文中針對這一部分固體廢物進行分析，提出可以將高爐渣向建筑領域進行應用，但是需要通過特殊加工處理才可以實現應用。將鋼鐵工業固廢物進行加工，可以形成不同種類的物質材料，例如水渣、礦渣碎石等。其中水渣在水泥、磚、建材玻璃等材料的生產中都可以產生作用。而礦渣碎石方面，可以代替天然石料在道路工程、地基工程、鐵路道渣、鋼筋混凝土和預應力混凝土等工程中廣泛運用。此外膨脹礦渣可以在輕混凝土制品及結構上應用，例如：墻板、建筑物支撐結構、公路地基材料等。因為鋼鐵工業固廢物處理后具有良好的保溫性能，所以可以作為保溫材料起到防火隔熱的效果，最大程度發揮資源化利用效果。

3 結語

本文主要研究對象是冶金化工行業產生的固體廢物，針對不同原因產生的固體廢物類型，分析其造成的危害性。明確固體廢物的影響，針對冶金化工固體廢物的處置進行研究。并且分析固體廢物資源化利用方向，最大程度將固體廢物利用率提升。通過本文研究，促進了冶金工業固體廢物的處理效率，降低了環境污染概率，同時一定程度上緩解了資源緊缺。