多重視角下工業(yè)固體廢物資源化利用路徑優(yōu)化

關(guān)鍵詞：工業(yè)固體廢物；資源化路徑；銅冶煉渣

中圖分類號(hào)：X758 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）04-0124-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.034

Optimization of Resource Utilization Pathways for Industrial Solid Waste from Multiple Perspectives

CHEN Yikai，SUQing （Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500， China）

Abstract：This paperproposesaresource utilization path optimization method basedonmulti-objective optimization model， linearprogrammingmodel，andmulti-objectivedecisionanalysismethodfrommultipleperspectives.Takingcoppersmelting slagas theresearchobject，thecurrntstatusandpotentialofitsresouceutilizationwereanalyzed，andanoptimization pathwaymodelwasconstructed.Byevaluatingtheenvironmental，economic，andsocialbenefitsofdiferentpathways，the optimalesourceutilizationpathway was identified.Theresults indicate that theoptimizedpath cansignificantly improve resource utilization efficiency，reduce carbon emissions and pollutant emissions.

Keywords： industrial solid waste; resource utilization pathways; copper smelting slag

工業(yè)固體廢物是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可避免的副產(chǎn)物，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，全球范圍內(nèi)工業(yè)固體廢物的數(shù)量急劇增加，已成為全球環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的重要源頭[1]。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UnitedNationsEnvironmentProgramme，UNEP）的報(bào)告，全球每年產(chǎn)生的固體廢物總量已超過20億t，其中工業(yè)固廢占據(jù)了相當(dāng)大的比例。尤其在采礦、冶煉、化工、建材等行業(yè)，固體廢物的排放量尤為龐大。傳統(tǒng)的固廢處理方式，如堆填、填埋等，不僅浪費(fèi)土地資源，還會(huì)污染水體、空氣及土壤環(huán)境，進(jìn)而威脅生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和人類的健康[2]。因此，尋找一種有效的工業(yè)固體廢物資源化利用路徑，成為推動(dòng)綠色發(fā)展、實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的迫切需求。

1研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1研究方法

采用多種定量與定性相結(jié)合的研究方法，以便全面系統(tǒng)地分析工業(yè)固體廢物資源化路徑優(yōu)化的問題。首先，通過文獻(xiàn)綜述和專家訪談法了解固廢資源化的研究現(xiàn)狀和技術(shù)挑戰(zhàn)，明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。其次，基于系統(tǒng)工程的思維，構(gòu)建固廢資源化路徑優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用多目標(biāo)決策分析法和線性規(guī)劃等優(yōu)化算法量化評(píng)估不同資源化路徑的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境影響及技術(shù)可行性[3]。再次，為了提高路徑選擇的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，引入模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)路徑的非定量因素進(jìn)行綜合評(píng)估。最后，采用案例分析法對(duì)銅冶煉渣的資源化路徑進(jìn)行實(shí)證研究，分析優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)中的差異，并通過敏感性分析探討各個(gè)因素對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響。

1.2數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源主要包括兩部分：一是銅冶煉渣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，二是行業(yè)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。銅冶煉渣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要通過對(duì)某銅冶煉廠進(jìn)行現(xiàn)場采樣和分析獲得。在該冶煉廠的選取上，考慮到其規(guī)模、技術(shù)水平以及生產(chǎn)工藝的代表性，選擇位于四川省的某大型銅冶煉企業(yè)作為研究對(duì)象。該企業(yè)年產(chǎn)銅金屬量超過10萬t，是國內(nèi)領(lǐng)先的銅冶煉企業(yè)之一，且冶煉過程中產(chǎn)生的銅冶煉渣符合本研究的選樣標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取過程包括多個(gè)環(huán)節(jié)。在冶煉渣堆放區(qū)隨機(jī)抽取樣本，并按不同深度（表層、中層和底層）進(jìn)行分層采樣，以確保樣本的代表性。每個(gè)樣本的質(zhì)量大約為 5 k g ，確保樣本量足夠進(jìn)行后續(xù)的詳細(xì)分析。隨后，對(duì)樣本中的金屬含量（如銅、鐵、鋁、硅等）進(jìn)行X射線熒光光譜分析，并通過化學(xué)分析方法測定其重金屬污染物的含量。此外，測試水分、粒度分布等物理性質(zhì)，確保數(shù)據(jù)的全面性。行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來源于中國有色金屬協(xié)會(huì)、銅冶煉行業(yè)年度報(bào)告以及相關(guān)文獻(xiàn)。這些數(shù)據(jù)提供銅冶煉渣的全國性分布情況、金屬回收技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及冶煉渣資源化利用的經(jīng)濟(jì)效益等信息。

2路徑優(yōu)化模型構(gòu)建

2.1優(yōu)化模型的建立

在構(gòu)建路徑優(yōu)化模型的過程中，采用了多目標(biāo)優(yōu)化模型，以全面評(píng)估工業(yè)固體廢物資源化的多重效益和可行性[4]。具體而言，模型的目標(biāo)是尋找最優(yōu)的資源化路徑，最大化資源回收率，最小化環(huán)境污染排放，同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的可持續(xù)性。選用線性規(guī)劃模型和多目標(biāo)決策分析法相結(jié)合的方式。線性規(guī)劃模型通過數(shù)學(xué)公式對(duì)不同資源化路徑的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化，求解出在約束條件下的最優(yōu)解。而多目標(biāo)決策分析法則考慮了多個(gè)沖突目標(biāo)之間的權(quán)衡，利用加權(quán)法或灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定。優(yōu)化模型的變量包括資源化過程中的投入（如能源消耗、設(shè)備投資、人工成本等）、產(chǎn)出（如回收金屬量、二次污染物排放量、廢棄物剩余量等）以及環(huán)境影響（如溫室氣體排放、空氣和水體污染等）。這些變量不僅包括經(jīng)濟(jì)性，還涉及環(huán)境保護(hù)、技術(shù)可行性等因素，從而保證模型的綜合性和實(shí)際適用性。在模型求解過程中，通過引入敏感性分析，進(jìn)一步驗(yàn)證模型參數(shù)變化對(duì)最終結(jié)果的影響，為選擇實(shí)際路徑提供理論依據(jù)。

2.2路徑優(yōu)化的目標(biāo)與指標(biāo)

路徑優(yōu)化的目標(biāo)為經(jīng)濟(jì)效益最大化、環(huán)境影響最小化和社會(huì)效益最大化。首先，經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)主要包括資源回收率、資源化產(chǎn)品的市場價(jià)格、生產(chǎn)成本等。這些指標(biāo)用于評(píng)估路徑選擇的經(jīng)濟(jì)可行性。環(huán)境影響指標(biāo)主要包括廢氣排放量、廢水排放量及固廢排放量。社會(huì)效益指標(biāo)主要包括社會(huì)接受度及能提供的就業(yè)崗位數(shù)。通過社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)分析，評(píng)估不同路徑對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)程度。最終，所有目標(biāo)的權(quán)重和優(yōu)先級(jí)通過專家評(píng)分法、層次分析法進(jìn)行確定，避免單一目標(biāo)對(duì)優(yōu)化結(jié)果的主導(dǎo)作用。在路徑優(yōu)化過程中，綜合評(píng)估這些指標(biāo)能夠幫助決策者在確保經(jīng)濟(jì)回報(bào)的同時(shí)，最大限度減少資源化過程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。

3銅冶煉渣的資源化路徑優(yōu)化

3.1銅冶煉渣的來源與特性

銅冶煉渣是銅冶煉過程的副產(chǎn)品，通常由礦石中的金屬硫化物、氧化物以及其他礦物成分經(jīng)過高溫冶煉產(chǎn)生。其主要成分包括二氧化硅、氧化鐵、鋁土礦、硫化物和一定比例的銅、鋅、鉛等有色金屬元素。由于其復(fù)雜的礦物成分和較高的金屬含量，銅冶煉渣被視為一種具有高資源化潛力的工業(yè)固體廢物。銅冶煉渣的物理特性包括較高的比重、低流動(dòng)性及較強(qiáng)的耐火性，化學(xué)特性則呈現(xiàn)較強(qiáng)的堿性。在處理過程中，這些特性不僅影響其資源化處理技術(shù)的選擇，還會(huì)影響廢渣的穩(wěn)定性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。廢渣可能包含一些有害元素，如碑、鎘等，對(duì)環(huán)境的污染防控提出了較高的要求。

3.2資源化路徑的選擇

在銅冶煉渣的資源化路徑選擇過程中，首先需要根據(jù)冶煉渣的成分、物理化學(xué)性質(zhì)以及市場需求進(jìn)行全面評(píng)估5。具體來說，銅冶煉渣含有大量的銅、鐵、硅、鋁等有價(jià)值的金屬，采用傳統(tǒng)的處置方式，如填埋和直接焚燒，不僅會(huì)浪費(fèi)資源，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染。因此，采取了多種資源化路徑，旨在提高金屬回收率，降低廢棄物排放。一方面，針對(duì)銅冶煉渣中的金屬元素，選擇浮選法和冶金還原法相結(jié)合的路徑。通過浮選法有效分離銅礦石中的金屬銅，進(jìn)一步利用冶金還原法處理剩余的低品位銅渣，回收其中的銅元素和鐵元素。該路徑的回收效率較高，能夠?qū)⒔饘俚幕厥章侍岣咧?7 7 % 以上，顯著減少金屬的流失。另一方面，對(duì)于渣中剩余的無機(jī)物質(zhì)（如硅、鋁氧化物），用于制備建材。采用渣土摻混技術(shù)，將冶煉渣與其他廢棄物（如粉煤灰、建筑廢料）按一定比例混合，經(jīng)過高溫煅燒，制成符合建筑材料要求的建筑骨料和水泥原料。此措施不僅解決了冶煉渣的處置問題，還創(chuàng)造了新的市場需求，進(jìn)一步減少了環(huán)境污染。冶煉渣中的廢水也采用了回用路徑。通過廢水的預(yù)處理與深度凈化，將渣料中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行回收利用，減少了外排廢水量，促進(jìn)了水資源的循環(huán)利用。

4結(jié)果與討論

4.1路徑優(yōu)化的實(shí)際效果

通過優(yōu)化銅冶煉渣資源化路徑，取得顯著的實(shí)際效果，尤其在提高資源回收率、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染等方面表現(xiàn)突出。例如，銅冶煉渣的金屬回收率提升 12 % ，從優(yōu)化前的 6 5 % 提高到 7 7 % 。這一提升主要得益于采用先進(jìn)的物理化學(xué)分離技術(shù)和多階段處理工藝，優(yōu)化冶煉渣中的金屬元素回收過程，有效減少金屬流失。同時(shí)，優(yōu)化后的資源化路徑提高了渣料中非金屬組分的利用率，尤其是硅鋁等金屬氧化物的再利用率提高 1 5 % 。在環(huán)境效益方面，路徑優(yōu)化有效減少冶煉過程中的有害物質(zhì)排放，尤其是二氧化硫、氮氧化物等廢氣排放量顯著下降。監(jiān)測結(jié)果表明，優(yōu)化后的廢氣排放量減少 1 8 % ，實(shí)現(xiàn)廢氣的有效治理和減排。通過將冶煉渣中的廢水經(jīng)過進(jìn)一步處理后回用，廢水的排放量也降低 1 0 % ，進(jìn)一步推動(dòng)綠色制造和水資源循環(huán)利用。在經(jīng)濟(jì)效益方面，優(yōu)化后的資源化路徑減少處置廢料的成本。例如，冶煉渣的處理成本從原來的100元 / t 降低至80元 / t ，整體成本降低 2 0 % 。與此同時(shí)，通過提高金屬回收和渣料再利用的效益，優(yōu)化后的路徑帶來約 1 5 % 的利潤增長。具體表現(xiàn)為，銅冶煉渣的綜合利用收入增加2.5億元，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

4.2 影響因素分析

路徑優(yōu)化效果受多種因素的影響，主要影響因素包括原料成分、市場需求、技術(shù)可行性和政策環(huán)境等。銅冶煉渣的成分和特性對(duì)資源化路徑的選擇和優(yōu)化方案起到?jīng)Q定性作用，尤其是金屬含量和礦物成分的不同，決定金屬回收和建筑材料利用的技術(shù)難度。市場需求對(duì)路徑優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要影響。技術(shù)可行性也是影響優(yōu)化結(jié)果的關(guān)鍵因素，隨著冶金技術(shù)和廢物處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，銅冶煉渣的處理效率得到提升，特別是在高效金屬回收和低污染排放方面的技術(shù)突破，提高路徑優(yōu)化的可實(shí)施性。此外，政策環(huán)境和法規(guī)的支持促進(jìn)了路徑優(yōu)化的實(shí)施。

5結(jié)論

以銅冶煉渣為研究對(duì)象，提出基于多重視角的綜合優(yōu)化模型，成功提高了金屬回收率和資源化利用效率，減少了環(huán)境污染，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。研究表明，優(yōu)化路徑不僅促進(jìn)了資源循環(huán)利用，還推動(dòng)了綠色制造和可持續(xù)發(fā)展。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的支持，銅冶煉渣及其他工業(yè)固體廢物的資源化路徑將更加多樣化與智能化。

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