有色冶金廢渣處理處置技術(shù)及發(fā)展趨勢

摘要：我國每年金屬冶煉所產(chǎn)生的廢渣高達千萬噸，但廢渣的回收利用率非常低。對于這些廢渣如何進行廢物再利用成為當前十分重要的課題。主要介紹當前國內(nèi)外一些冶煉技術(shù)和綜合利用技術(shù)、風險防控技術(shù)和安全處理技術(shù)，并對上述技術(shù)的原理、特點、適用范圍和優(yōu)缺點等進行較為詳細的闡述和總結(jié)，最后對于有色冶煉技術(shù)廢渣綜合利用和安全處理的前景進行展望。

關(guān)鍵詞：有色冶煉；綜合利用；安全處理；廢渣

根據(jù)我國相關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2019年，我國在工業(yè)上所產(chǎn)生的廢物高達331 592萬噸，綜合利用量為181 187萬噸，處置量為79 789萬噸，貯存量78 397萬噸，另外，全國的危險廢物的產(chǎn)量為2 551.56萬噸，綜合利用數(shù)量為4 043.42萬噸，這些廢物的處理數(shù)量為2 551.56萬噸，貯存量為870.87萬噸。

據(jù)我國固體廢物管理信息系統(tǒng)統(tǒng)計，2019年十大重點行業(yè)的危險廢物產(chǎn)量一共為4 897萬噸，占當年廢物產(chǎn)量的69%，主要為煉焦、金屬冶煉、貴金屬開采等行業(yè)。在根據(jù)之前統(tǒng)計，常用的有色金屬冶煉廢物量達到了772萬噸，占當年廢物量的15.67%，而且有色金屬冶煉廢渣是冶煉提取鉛、銅、鉛、鋅、銻、錫、汞等金屬后排的固體廢物，按照目前生產(chǎn)工藝，具體可以分為有色金屬礦物在火法冶煉中形成煉融渣，在濕法冶煉中產(chǎn)生浸渣，冶煉過程中會排出大量煙塵和廢水等。其中，自產(chǎn)量和原礦的成分和加入的溶劑數(shù)量具有比較密切的關(guān)系。按照質(zhì)量計為金屬產(chǎn)量的3～5倍，按照體積為金屬體積的8～10倍。

根據(jù)2019年權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國持證單位一共利用處置危廢物2 640萬噸，其中可以利用的有1 911萬噸，占比為72%，可以處置的為729萬噸，占比為28%，再有就是從實際的利用和處置方式來看，采用再循環(huán)/再利用金屬和金屬化合物的方式利用廢物794萬噸，占總利用率的41.5%；采用焚燒處理的有181萬噸，占處置總量的28.8%；填埋處置的有157萬噸，占總數(shù)量的25.8%；物理和化學處置的有124萬噸，占總數(shù)量的19.7%；水泥窯一共處理101萬噸，占處置量的16.2%。

經(jīng)過多年的處理以及發(fā)展，我國最近這些年的在金屬冶煉以及廢渣處理方面取得了一定的進步，但還是存在很多政策、法規(guī)和標準的建設(shè)滯后、廢渣綜合利用以及工藝技術(shù)裝備水平比較低，關(guān)鍵的技術(shù)急需開發(fā)和推廣等問題。其中包括行業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度比較低、資源綜合利用水平低，在關(guān)鍵的技術(shù)和研發(fā)等方面投入不足，無法實現(xiàn)對于廢渣的規(guī)?；图s化的利用等問題。

1有色金屬冶煉廢渣處理處置主要技術(shù)

目前，人們對于冶金廢渣的處理主要核心原則為減量化、資源化、無害化，按照處理技術(shù)和廢渣最終去向，可將其分為綜合利用、風險防控、安全處置等三大類技術(shù)。有色冶金廢渣的利用和處理具體思路如圖1所示。

2廢渣綜合利用技術(shù)

2.1濕法浸出有價金屬回收技術(shù)

濕法回收工藝主要包含酸法和堿法兩種，一般的濕法浸出回收技術(shù)主要包含了浸出、凈化和金屬沉積三個過程。

酸浸法是固體廢物浸出應用最為廣泛的方法，對于Cu、Zn、Ni等金屬浸出效果比較好，對于Fe和Cr等金屬雜質(zhì)選擇性非常差，浸出劑主要成分為硫酸和鹽酸，硫酸是最有效的浸出劑。

堿法常用的浸出劑為氨水或者氨鹽，氨浸法對于Cu、Zn、Ni等金屬的浸出率非常低，但是對于Cr和Fe等具有比較高的選擇性。

濕浸法出技術(shù)主要適合冶煉渣、冶煉煙塵、電鍍污泥等有價金屬含量高的廢渣，浸出液一般采用等離子的交換、分步沉淀、萃取等方法進行分離以及回收。

2.2選冶法綜合回收技術(shù)

選冶法綜合回收技術(shù)主要就是將冶金渣破碎磨細以后，根據(jù)渣的物質(zhì)性質(zhì)，分別采用重選、浮選、磁選等方法從冶金渣中回收比較有價值的金屬，實現(xiàn)渣的綜合性利用。

2.2.1浮選法回收有價金屬

浮選法回收有價金屬主要是利用了渣中的各種礦物原料顆粒表面對于水的潤濕性的差別進行選擇，用途非常廣泛，廢渣中有價金屬以精礦形式不斷被分離出來。

浮選法的有價金屬回收技術(shù)主要適合重金屬廢渣中有價礦物的含量達到相關(guān)金屬礦物邊界工業(yè)品位，或者在此基礎(chǔ)上重金屬廢渣有價礦物與不可利用組分親疏水性存在顯著差異的情況。

2.2.2重選法回收有價金屬

重選法是利用了礦物與脈石之間較大密度差來實現(xiàn)重金屬廢渣中的有價金屬的回收，特別適合處理粗粒（大于25 mm）、中粒2～25 mm、細粒0.1～2.0 nm，但是實際上對于小于0.1 mm的微細礦回收效率不高。根據(jù)作用原理的不同，重選法具體可以分為水力或者風力分級、重介質(zhì)選礦、溜槽選礦、跳汰選礦、搖床選礦。重選法適合含有金、鉑、鎢、錫、鋯、鈦、鋇等金屬廢渣的回收。

2.2.3磁選法回收有價金屬

該技術(shù)主要利用渣中礦物顆粒磁性的不同，在不同均勻磁場中進行選擇，一般通過等弱磁性礦物適合強磁場，強磁場礦物一般采用的弱磁場選機進行選別，磁選法適用在重金屬廢渣中有價的礦物含量達到了相關(guān)金屬礦物的一般礦山邊界的工業(yè)品，或者是在金屬廢渣中有價的礦物與不能利用組分磁性等存在顯著差異。

2.3火法冶金綜合回收技術(shù)

火法冶金主要利用有色金屬造锍熔煉、鋼鐵冶煉、熔鹽電解以及鐵合金生產(chǎn)等進行準備、冶煉、精煉的技術(shù)。其中主要核心反應為還原氧化反應。單獨采用火法冶金更加容易產(chǎn)生環(huán)境污染問題，因此常常采用火法冶煉技術(shù)與濕法技術(shù)綜合利用技術(shù)回收冶金廢渣中有價金屬。

火法冶金在實際運用過程中需要消耗大量能量，整體的運行成本非常高昂，適合有價金屬含量較高的重金屬廢渣。

火法冶金過程中，主要會產(chǎn)生重金屬煙粉塵、應用綜合考慮經(jīng)濟成本等問題，同時還應注意避免出現(xiàn)二次污染。

2.4微生物浸出有價金屬綜合回收技術(shù)

該技術(shù)主要是利用生物的微生物氧化和還原的特性，氧化或者還原資源中的有用成分，以水溶液中的離子態(tài)或者沉淀的形式與原來物質(zhì)分離。我國學者郭朝暉首次采用了微生物浸出法處理鉛冶煉廢渣，在具體的計算過程中，廢渣的濃度為5%，pH為1.5，溫度為65 ℃浸出4 d，鋅、銅、鎵和銦的浸出率分別達到 93.5%、95.5%、80.2%和85.0%，其中鉛和銀主要以硫酸鉛、黃鉀鐵礬類物質(zhì)或者是硫化銀形式富集在渣中。

2.5生產(chǎn)建材綜合利用技術(shù)

生產(chǎn)建材綜合利用技術(shù)主要利用SiO2、CaCO3等礦物質(zhì)、制取玻璃、硅酸鹽水泥、磚、陶瓷等建筑材料，對于含鐵高的重金屬廢渣可以用作礦化劑輔助生產(chǎn)水泥，代替水泥配方中的鐵粉，一般用量小于5%，再有就是含硅、鋁的重金屬廢渣作為生產(chǎn)免于燒磚和耐火性材料的輔料。

在對于水淬渣等二氧化硅、碳酸鈣、氧化鐵含量較高的廢渣主要用于生產(chǎn)建材，但是需要注意的是關(guān)注重金屬廢渣中有毒的有害物質(zhì)含量，避免出現(xiàn)二次污染。

3風險防控技術(shù)

3.1廢渣堆場污染源頭削弱與生產(chǎn)恢復技術(shù)

對于重金屬廢渣堆場污染主要是以堆場為中心，在通過地表徑流和滲透過濾液向下游以及周邊的擴散。進一步造成了下游水體的污染以及土壤的污染，而且隨著距離的不斷加大，水體和土壤中重金屬含量在不斷下降，其中含量和形態(tài)分布特征也受到廢棄物堆場釋放率的影響，具體如圖2所示，廢渣源頭削減與生態(tài)技術(shù)恢復技術(shù)路線，采用的則是主要工程措施為密封閉覆蓋與生態(tài)的恢復。

某金屬礦廢石場主要采用的是巖土植被基材侵蝕高效吸收特征重金屬耐植物生態(tài)修復坡面生態(tài)防滲漏三位一體耦合集成技術(shù)治理，主要通過建設(shè)截排水設(shè)施進行生態(tài)防滲，對于廢石堆場改良以后構(gòu)建的復合隔離層以及隔絕堆渣與水接觸，結(jié)合生態(tài)治理輔助工程，進一步達到巖土層以及植被防侵蝕和植被修復的目的，從而有效阻止了廢石場的滲漏液體以及重金屬溶液的滲出，減少重金屬污染排放負荷，主要從源頭削減防控廢石場對于環(huán)境的污染。

3.2廢渣穩(wěn)定化技術(shù)

穩(wěn)定化主要是指從污染物的有效性出發(fā)，通過形態(tài)的轉(zhuǎn)化，將實際的廢渣慢慢轉(zhuǎn)為不容易溶解、遷移能力或者毒性更低的形式來實現(xiàn)無害化。主要目的就是降低其自身的生態(tài)的系統(tǒng)的危害風險，比如對于鎂系穩(wěn)定化晶格封住技術(shù)，以鎂系列為主要原材料，添加多種天然無機礦物和穩(wěn)定劑。遇到水會發(fā)生離子交換和吸附反應，將重金屬以及污染物固定化層狀結(jié)晶中，進一步形成金屬錯體結(jié)晶。隨后重金屬廢渣與穩(wěn)定劑、水混合在一起，在此基礎(chǔ)上固定廢渣，排水中溶解出有毒以及有害物質(zhì)，進一步抑制溶出、擴散、自身的含量降低到環(huán)境基準以下，處理后產(chǎn)物可以作為再生資源使用。

通過鎂系列穩(wěn)定劑使冶金煉渣比較穩(wěn)定，降低其自身的環(huán)境風險，該技術(shù)能夠比較快速地控制住污染物，同時也可以進一步降低原位進行修復。該技術(shù)具有對多重金屬污染（Cd、Pb、As等）協(xié)同穩(wěn)定、處理費用低、工藝過程簡單、養(yǎng)護周期短等優(yōu)點。

3.3廢渣固定化技術(shù)

固定化技術(shù)就是將污染物囊封入惰性基材中，或者是污染物外加上低滲漏性材料，通過減少污染物暴露在淋慮面積達到限制污染物不斷遷移的目的，固化過程則是將有害的廢物通過化學轉(zhuǎn)化為或者引入為某種穩(wěn)定的晶體中的過程，將有害的廢物用惰性的材料加以包容。固化技術(shù)按照固化劑可以分為瀝青固化、水泥固化、玻璃固化、塑料固化、石灰固化等。

很多物質(zhì)在某種程度上會干擾水泥固化的過程，比如含錳、錫、 銅、氯等離子的可溶性鹽類會延長水泥的凝固時間，在此過程中需要降低固化體的物理強度，對于有機物、淤泥、黏土等雜質(zhì)也會加長凝固時間，這些因素會影響固化金屬離子浸出等問題，進一步提高了對于廢渣的處置場建設(shè)和運行的要求，造成成本不斷增加。

本文主要以某鉛鋅冶煉廢水處理污泥采用固化穩(wěn)定的化技術(shù)處理，其中鉛冶煉廢水污染處理含砷大約為2%，鋅冶煉廢水處理污泥含砷約0.027%，當鉛鋅混合污泥混合比例為1.5∶1.0，KY-ZW穩(wěn)定化劑成為為5%組成Z、0.5%組分，W，穩(wěn)定的化劑和污泥投加比例1.5∶1.0，攪拌時間為30 min，放置時間為10 d，As的浸出質(zhì)量濃度為0.79 mg/L，穩(wěn)定的年化率達到了90%以上。

4安全填埋處理技術(shù)

安全填埋法是廣泛采用的處置方法，填埋場盡量選擇人工開發(fā)過的廢礦坑，因為對于廢礦坑被廢物填充以后，可以恢復地貌，有利于生態(tài)平衡。

填埋場需要防止填埋的廢物的溶出液、濾液以及雨水對于土壤、水體等的污染，再有就是對于含有有機成分、回填地段還需能排放有機廢物厭氧分解產(chǎn)生的氣體，要從實際的區(qū)域總體的角度，規(guī)劃廢渣安全的處理項目，廢渣填埋場的具體選址，注意雨季施工的二次污染問題。

5結(jié)束語

首先需要貫徹國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，進一步加快產(chǎn)業(yè)的調(diào)整，促進產(chǎn)業(yè)自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、合理的布局以及集約發(fā)展。

其次是需要技術(shù)創(chuàng)新，提高技術(shù)和裝備水平，進行跨行業(yè)聯(lián)合發(fā)展，大力構(gòu)建產(chǎn)學研的深度合作的長期以及有效的機制。

另外需要和完善有色冶金的廢渣綜合利用行業(yè)產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)標準，進一步加強和規(guī)范重金屬的廢渣綜合利用、安全處置全過程管理和污染防控。

再次是把握技術(shù)發(fā)展的趨勢，實現(xiàn)綠色高端發(fā)展，把握國內(nèi)外冶金廢渣治理技術(shù)、主要操作過程自動化和綜合的治理以及利用發(fā)展趨勢，實現(xiàn)從低端加工轉(zhuǎn)向高端服務(wù)轉(zhuǎn)變，打造綠色的產(chǎn)業(yè)鏈，從單純的金屬生產(chǎn)向高端的合金和高附加數(shù)值轉(zhuǎn)變。

最后是需要因地制宜，選擇利用和安全處置工藝技術(shù)，將資源利用和污染防治統(tǒng)一考慮，力求工藝環(huán)保實現(xiàn)一體化和實現(xiàn)三效統(tǒng)一，協(xié)調(diào)發(fā)展。

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