機械金屬表面酸洗污泥的資源化梯級利用新工藝

季愛兵

（江蘇柏瀚環境科技有限公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

近年來我國金屬資源產量逐年增加，2019年我國金屬材料產量2940萬噸，2020年達3013.9萬噸，同比增加73.9萬噸，增長2.51%[1]。金屬表面酸洗污泥的堆積量將會越來越多。隨著資源的日益枯竭和環保要求的不斷提高，金屬行業的資源化利用面臨嚴峻的挑戰。機械金屬表面酸洗產生的污泥量約為金屬產量的3%～5%，污泥中含有Ni、Cr、Fe等有價金屬元素，同時含有CaF2、CaO、SiO2、CaSO4等物質；污泥中的Cr6+如不妥善處理會對環境產生潛在的危害[2]。

2 機械金屬表面酸洗污泥傳統處置工藝及不足

針對金屬表面污泥的處置方法，目前傳統的處置工藝主要分為3種：減量化、無害化和資源化處置利用。

2.1 金屬表面酸洗污泥無害化處置工藝[3-5]

酸洗污泥的無害化處理的主要方法是還原法。還原法又可分為火法還原和濕法還原兩種。

（1）火法還原是將污泥與還原劑按照一定的比例混合后進行高溫還原，使Cr6+還原成不溶性的Cr2O3（Cr3+）。火法還原工藝的可操作性較強，但是不能將Cr6+的含量完全還原成Cr3+，且生產過程中能耗過大，污泥量處置量較小。

（2）濕法還原就是將污泥溶解在酸液或者堿液之中。再向混合液中加入FeSO4、Na2S等還原劑使得Cr6+還原成為Cr(OH)3或者Cr3+。濕法還原工藝生產費用高，污泥量處置量較小。

2.2 金屬表面酸洗污泥減量化處置工藝

金屬表面酸洗污泥減量化處置工藝主要是將污泥固化處置后進行填埋；目前最主要的固化劑有水泥、石灰等，污泥固化后進行堆積填埋，此法簡單快捷，成本低廉，但會造成金屬材料資源被占用，同時，在對金屬材料進行加工時，對環境產生潛在的危害，后期危害性較大，不推薦使用。

2.3 金屬表面酸洗污泥的資源化處置工藝

金屬表面污泥的資源化利用主要分為無機物利用和金屬回收利用。

2.3.1 建材產品

機械金屬表面污泥制作建材產品，主要是將表面污泥中的有害物質固化在建材（磚、攪拌料）內，但由于污泥中存在Cr3+極有可能被氧化為Cr6+存在于工程材料中，在后期使用過程中存在污染地下水的可能性，而且添加比例不宜過大，否則會影響建材質量；因此污泥制作工程產品受到使用范圍和使用量的限制。

2.3.2 污泥中金屬回收利用

機械金屬表面污泥中主要存在Ni、Cr、Zn等有價金屬；污泥的金屬回收主要是回收相關金屬，回收工藝主要分為火法還原和濕法浸出兩種。

（1）濕法浸出工藝

濕法浸出工藝分為酸浸法和氨浸法。濕法浸出污泥中金屬元素的缺點是工藝流程復雜，設備較多，浸出液消耗量很大，操作很復雜。因此濕法回收污泥中的金屬作為大規模工業化處理污泥的方法存在很大的局限性。

（2）火法還原工藝

火法還原工藝主要采用高溫還原設備進行處置，高溫是火法還原的重要因素，由于污泥中存在大量硅酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物等成分，導致火法回收金屬元素成本高，能耗大，經濟效益較差；極大的限制了火法還原工藝的發展。

3 機械金屬表面酸洗污泥資源化梯級利用新工藝

3.1 機械金屬表面酸洗污泥特性

采用X射線熒光光譜儀（美國Thermo Fisher Scientific公司）對金屬表面酸洗污泥的化學成分進行分析，采用D8 Advance多晶X-射線衍射儀（德國Bruker AXS公司）對酸洗污泥的礦物組成進行分析，結果表1和圖1。

表1 污泥原始物料化學成分

圖1 金屬表面酸洗塵泥原始物料XRD圖譜

從表1和圖1可以看出，機械金屬表面酸洗污泥中含有大量的水合硫酸鈣，鉻（Cr）、鎳（Ni）等金屬元素賦存于復雜的酸式鹽中。

根據所研究的污泥成分和物相分析，污泥中的氧化鈣主要以硫酸鈣（石膏CaOSO4·2H2O、CaOSO4·0.5H2O）形式存在，總量約67.02%；將污泥中的鎳等金屬類的物質分離將會大幅提升污泥處置能力并有效的降低后期處置難度。

3.2 機械金屬表面酸洗污泥資源化梯級利用工藝

根據金屬表面污泥的成分和物相特點，污泥資源化梯級利用工藝的分為污泥預處置工段、還原焙燒工段和熔分冶煉工段。

圖2 機械金屬表面酸洗污泥梯級利用工藝流程圖

（1）污泥預處置工段

此工段主要流程為：定量給料→細磨→調漿→浮選→壓濾脫水→出料儲存。

（2）還原焙燒工段

此工段主要流程為：烘干→配料→混合造粒→還原焙燒→出料熱送。

（3）熔分冶煉工段

3.3 機械金屬表面酸洗污泥資源化梯級利用工藝成本分析

金屬表面酸洗污泥年處理量：20萬噸/年，總投資成本約1.2億元；項目占地面積約70畝（約4.7萬m2）；1噸酸洗污泥處置費用約1000元/年。

4 結語

本技術將礦物分選技術、直接還原技術和熔分冶煉進行耦合，形成了全新的機械金屬表面酸洗污泥的資源化梯級利用新技術；本項目技術不僅可將污泥中的有價元素（Ni、Cr、Pb、Zn等）進行綜合回收利用，而且可對危廢中的硅酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物進行無害化處理，生產水泥添加劑、建筑材料等物料。

本技術采用污泥預處理的方式，將污泥中的硫酸鹽類和金屬料進行分離，得到石膏產品和金屬料半產品；金屬料半產品進入后續的還原焙燒系統提煉有價金屬，有效實現了污泥的分層梯級使用。

本技術中的直接還原+熔分冶煉技術是處理含金屬粉塵、爐渣的特有技術，其主要特點是：在直接還原工段中，爐內1200℃～1300℃還原區內，可對堿金屬進行還原回收，如鉛（Pb）、鋅（Zn）等進入熔分冶煉工段中，爐內1600℃ ～1300℃還原區內可對鉻（Cr）、鉛（Pb）、鎳（Ni）等重金屬進行還原回收原料，通過水淬后成為水渣，作為建材添加料。

本技術危廢處理種類多：可處理污泥、粉塵、廢渣等多種形式的原料；固廢、危廢比例隨意匹配，可100%處理危廢；處理能力大：單條生產線可年處理危廢量30萬噸；環保指標先進：配置先進的脫硫、脫銷裝置，煙塵排放中的粉塵、SO2、NOx、重金屬排放指標均能滿足超低排放標準，無生產廢水外排。