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摘 要： 摘要：我國有色冶金廢渣年產(chǎn)生量大、綜合回收率相對(duì)較低、安全處置存在較大環(huán)境隱患。首先分類闡述了國內(nèi)外有色冶金廢渣的綜合利用技術(shù)(濕法浸出、選冶法、火法冶金、微生物浸出和生產(chǎn)建材)、風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)(源頭削減與生態(tài)恢復(fù)、穩(wěn)定化、固定化)和安全處置技術(shù)，隨后對(duì)
摘要：我國有色冶金廢渣年產(chǎn)生量大、綜合回收率相對(duì)較低、安全處置存在較大環(huán)境隱患。首先分類闡述了國內(nèi)外有色冶金廢渣的綜合利用技術(shù)(濕法浸出、選冶法、火法冶金、微生物浸出和生產(chǎn)建材)、風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)(源頭削減與生態(tài)恢復(fù)、穩(wěn)定化、固定化)和安全處置技術(shù)，隨后對(duì)上述主要技術(shù)的原理、特點(diǎn)、適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)分析。最后，對(duì)有色冶金廢渣綜合利用與安全處置技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。
關(guān)鍵詞：有色冶金;廢渣;綜合利用;風(fēng)險(xiǎn)防控;安全處置
根據(jù)中國統(tǒng)計(jì)年鑒[1]，2017年，全國一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量331592萬t，綜合利用量181187萬t，處置量79789萬t，貯 存 量78397萬t。全 國 危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量6936.9萬t，綜合利用量4043.42萬t，處置量2551.56萬t，貯存量870.87萬t。
據(jù)全國固體廢物管理信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，2018年十大重點(diǎn)行業(yè)的危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量共約4897萬t，占當(dāng)年危險(xiǎn)廢物 產(chǎn) 生 量 的69%。其中產(chǎn)生量較大的行業(yè)是煉焦、常用有色金屬冶煉、貴金屬采選等，常用有色金屬冶煉業(yè)產(chǎn)生量772萬t，占當(dāng)年危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量的 15.76%。有 色 金 屬 冶 煉 廢 渣 是 冶 煉 提 取銅、鉛、鋅、銻、錫、汞等金屬后排放的固體廢物。按生產(chǎn)工藝可分為：有色金屬礦物在火法冶煉中形成的熔融渣、在濕法冶煉中產(chǎn)生的浸出渣、冶煉過程中排出的煙塵和水處理污泥等。產(chǎn)生數(shù)量與原礦的成分和加 入 的 溶 劑 量 有 關(guān)，按 質(zhì) 量 計(jì) 為 金 屬 產(chǎn) 量 的3～5倍，按體積計(jì)為金屬的8～10倍。
2018年全國持證單位 共利用處置危險(xiǎn)廢物2640萬t。其中 利用1911萬t，占72%，處置729萬t，占28%。從利用和處置方式看，采用再循環(huán)?再利用金屬和金屬化合物的方式利用危廢量794萬t，占總利用量的41.5%。采用焚燒處置181萬t，占處置總 量 的 28.8%;填 埋 處 置 157 萬t，占 處 置 總 量 的25.8%;物理 化學(xué) 方 式 處 置124萬t，占處 置總 量 的19.7%;水泥窯共處置101萬t，占處置總量的16.2%。
經(jīng)過多年的發(fā)展，我國有色冶金廢渣綜合回收和安全處置技術(shù)取得一定進(jìn)步，但仍存在著政策法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)滯后、廢渣綜合利用工藝技術(shù)裝備水平較低、關(guān)鍵技術(shù)亟待研發(fā)和推廣、產(chǎn)業(yè)集中度低、資源綜合利用水平低、在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面研發(fā)投入不足、無法實(shí)現(xiàn)對(duì)廢渣的規(guī)模化和集約化利用等問題。
1 有色冶金廢渣處理處置主要技術(shù)
目前，有色冶金廢渣處理處置遵循減量化、資源化和無害化的原則，按照處理技術(shù)和廢渣最終去向，作者將其分為綜合利用、風(fēng)險(xiǎn)防控和安全處置三類技術(shù)。有色冶金廢渣的利用和處置思路如圖1所示。首先對(duì)廢渣進(jìn)行詳細(xì)物相成分分析，弄清廢渣性質(zhì)，根據(jù)預(yù)期目標(biāo)和處理處置要求，研究選擇合適的處理處置技術(shù)，并進(jìn)行多方案評(píng)估篩選，對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)估。
2 廢渣綜合利用技術(shù)
2.1 濕法浸出有價(jià)金屬回收技術(shù)
常用濕法回收工藝[2]主要有酸 法 和 堿 法 兩 種。一般濕法浸出回收技術(shù)包括浸出、凈化和金屬沉積三個(gè)過程[3]。
酸浸法是固體廢物浸出應(yīng)用最廣泛的方法，對(duì)Cu、Zn、Ni等金屬的浸出效果比較好，F(xiàn)e和 Cr等金屬雜質(zhì) 的 選 擇 性 較 差[4]。浸 出 劑主 要 是 硫 酸 和 鹽酸，其中硫酸是目前最有效的浸出劑。
堿法常用的浸出劑是氨水或氨鹽[4]。氨浸法對(duì)Cu、Zn和 Ni等 的 浸出 率 較 低，但 對(duì) Cr和 Fe等具有較高選擇性[5]。
濕法浸出技術(shù)適用于冶煉渣、冶煉煙塵、電鍍污泥等有價(jià)金屬含量高的廢渣。浸出液通常采用離子交換、分步沉淀、萃取等方法分離回收。
2.2 選冶法綜合回收技術(shù)
將冶金渣破碎磨細(xì)后，根據(jù)渣的物化性質(zhì)，分別采用浮選、重選、磁選等方法從冶金渣中回收有價(jià)金屬，實(shí)現(xiàn)渣的綜合回收利用[2]。
2.2.1 浮選法回收有價(jià)金屬
浮選法是利用渣中各種礦物原料顆粒表面對(duì)水的潤濕性(疏水性或親水性)的差異進(jìn)行選別[6]，是一種用途最廣泛的方法，廢渣中有價(jià)金屬以精礦形式分離出來。
浮選法有價(jià)金屬回收技術(shù)適用于重金屬廢渣中有價(jià)礦物的含量達(dá)到相關(guān)金屬礦物一般礦山邊界工業(yè)品位，或重金屬廢渣中有價(jià)礦物與不可利用組分的親疏水性存在顯著差異[7]。
2.2.2 重選法回收有價(jià)金屬
重選法是利用礦物與脈石間較大的密度差來實(shí)現(xiàn)重金屬廢渣中有價(jià)金屬的回收，特別適合處理粗粒(>25mm)、中粒(25～2mm)和細(xì)粒(2～0.1mm)礦石，但對(duì)<0.1mm 的 微 細(xì)礦 泥 效 率 不 高。根 據(jù) 作用原理的不同，重選法可以分為水力或風(fēng)力分級(jí)、重介質(zhì)選礦、溜槽選礦、跳汰選礦、搖床選礦[8]。
重選法適合含有金、鉑、鎢、錫、鋯、鈦、鋇等金屬的廢渣。
2.2.3 磁選法回收有價(jià)金屬
利用渣中礦物顆粒磁性的不同，在不均勻磁場(chǎng)中進(jìn)行選別。通常弱磁性礦物(赤鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、黑鎢礦等)適合用強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)進(jìn)行選別，強(qiáng)磁性礦物(磁鐵礦和磁黃鐵礦等)一般采用弱磁場(chǎng)磁選機(jī)進(jìn)行選別。磁選法適用于重金屬廢渣中有價(jià)礦物的含量達(dá)到相關(guān)金屬礦物一般礦山的邊界工業(yè)品味，或者重金屬廢渣中有價(jià)礦物與不可利用組分的磁性等存在顯著差異。
2.3 火法冶金綜合回收技術(shù)
火法冶金主要用于有色金屬造锍熔煉、鋼鐵冶煉和熔鹽電解以及鐵合金生產(chǎn)等。典型工藝過程有礦石準(zhǔn)備、冶煉、精煉三個(gè)步驟。其主要反應(yīng)是還原氧化反應(yīng)。單獨(dú)采用火法冶金容易產(chǎn)生環(huán)境污染，因此常采用火法冶煉技術(shù)與濕法技術(shù)相結(jié)合回收冶金廢渣中的有價(jià)金屬。
由于火法冶金過程需要消耗大量能源，運(yùn)行成本相對(duì)較高，該技術(shù)適用于有價(jià)金屬含量較高的重金屬廢渣。渣中所要提取的金屬與雜質(zhì)能夠在高溫下能通過揮發(fā)、造渣等方式分離。
火法冶金過程會(huì)產(chǎn)生含重金屬煙粉塵，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本問題，避免產(chǎn)生二次污染。
2.4 微生物浸出有價(jià)金屬綜合回收技術(shù)
利用微生物自身的氧化和還原特性，氧化或還原資源中的有用成分，以水溶液中離子態(tài)或沉淀的形式與原 物 質(zhì) 分 離[9]。郭 朝 暉等[10]采 用 微生 物 浸出法處 理 鉛 鋅 冶 煉 廢 渣，在 廢 渣 濃 度 5%、pH=1.5、溫度65 ℃的優(yōu)化條件下生物浸出4d，鋅、銅、鎵和 銦 的 浸 出 率 分 別 達(dá) 到 93.5%、95.5%、80.2%和85%，鉛和銀主 要 以 硫 酸 鉛、黃鉀鐵礬類物質(zhì)或硫化銀形式富集在渣中。
2.5 生產(chǎn)建材綜合利用技術(shù)
利用渣中SiO2、CaCO3 等礦物，制取玻璃、硅酸鹽水泥、磚、陶粒等建筑材料[11]。
含鐵高的重金屬廢渣可作為礦化劑輔料生產(chǎn)水泥，代替水泥配方中的鐵粉(用量<5%)。含硅、鋁重金屬廢渣可作為生產(chǎn)免燒磚和耐火材料的輔料[12-15]。
水淬渣等二氧化硅、碳酸鈣、氧化鐵含量較高的廢渣可用于生產(chǎn)建材。但是需關(guān)注重金屬廢渣中有毒有害物質(zhì)的含量，避免二次污染。
3 風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)
3.1 廢渣堆場(chǎng)污染源頭削減與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)
重金屬廢渣堆場(chǎng)污染主要以堆場(chǎng)為中心，通過地表徑流和滲濾液向下游及周邊擴(kuò)散，造成下游水體和土壤受到污染，且隨距離的加大，水體或土壤中重金屬的含量逐漸降低，其含量和形態(tài)分布特征受其廢棄物堆場(chǎng)中釋放率的影響。圖2是廢渣源頭削減與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)路線，采用的主要工程措施為密閉覆蓋與生態(tài)恢復(fù)。
某金屬礦廢石場(chǎng)采用“巖土植生基材防侵蝕— 高效吸收特征重金屬耐性植物生態(tài)修復(fù)—坡面生態(tài)防排滲”三位一體耦合的集成技術(shù)治理。通過建設(shè)截排水設(shè)施進(jìn)行生態(tài)防排滲，廢石堆場(chǎng)改良后構(gòu)建復(fù)合隔離層以隔絕堆渣與水接觸，結(jié)合生態(tài)治理輔助工程，實(shí)現(xiàn)巖土植生基材防侵蝕和植物修復(fù)的目的，從而有效阻止廢石場(chǎng)滲濾液及重金屬的溶出，減少重金屬污染排放負(fù)荷，源通過頭削減防控廢石場(chǎng)對(duì)環(huán)境的污染。
3.2 廢渣穩(wěn)定化技術(shù)
穩(wěn)定化是指從污染物的有效性出發(fā)，通過形態(tài)轉(zhuǎn)化，將廢渣轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式來實(shí)現(xiàn)無害化，以降低其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害風(fēng)險(xiǎn)。例如，鎂系穩(wěn)定化晶格封裝技術(shù)是以鎂系列為主要原料，添加多種天然無機(jī)礦物調(diào)和而成穩(wěn)定劑。遇水發(fā)生離子交換、吸附反應(yīng)，將重金屬等污染物固化到層狀結(jié)晶中，形成堅(jiān)固的金屬錯(cuò)體結(jié)晶。把重金屬廢渣與穩(wěn)定劑、水混合在一起，能夠固定廢渣和排水中溶出的有害物質(zhì)，抑制它們?nèi)艹觥U(kuò)散，其含量減低到環(huán)境基準(zhǔn)值以下，處理后產(chǎn)物作為可再生資源使用。
相關(guān)期刊推薦：《有色金屬工程》由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)主管、北京礦冶研究總院主辦的公開刊物(ISSN2095-1744，CN10-1004∕TF)，是有色行業(yè)權(quán)威技術(shù)期刊，是涉及有色金屬(輕、重、稀、貴)地質(zhì)、采礦、選礦、冶煉、加工、材料、環(huán)保、設(shè)備、過程控制等專業(yè)的綜合性科學(xué)技術(shù)刊物，
通過利用鎂系穩(wěn)定劑對(duì)冶煉渣轉(zhuǎn)穩(wěn)定化，降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)能快速控制污染物，可以進(jìn)行原位修復(fù)。具有對(duì)多重金屬污染(Cd、Pb、As等)協(xié) 同 穩(wěn)定、處理費(fèi)用低、工藝過程簡單、養(yǎng)護(hù)周期短等優(yōu)點(diǎn)。
3.3 廢渣固定化技術(shù)
固定化技術(shù)是將污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低滲透性材料，通過減少污染物暴露的淋濾面積達(dá)到限制污染物遷移的目的。固化過程有的是將有害廢物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變或引入某種穩(wěn)定的晶格中的過程;有的是將有害廢物用惰性材料加以包容的過程;有的兼有上述兩種過程。固化技術(shù)按固化劑 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。
許多物質(zhì)會(huì)干擾水泥固化過程。例 如，錳、錫、銅、氯離子等可溶性鹽類會(huì)延長水泥的凝固時(shí)間，降低固化體的物理強(qiáng)度。此外，有機(jī)物、淤泥、黏土等雜質(zhì)也會(huì)延緩凝固時(shí)間。這些因素會(huì)影響固化后重金屬離子浸出等問題，提高了對(duì)廢渣處置場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)行的要求，造成成本增加。
某鉛鋅冶煉廢水處理污泥采用固化穩(wěn)定化技術(shù)處理，鉛冶煉廢水處理污泥含砷約2%，鋅冶煉廢水處理污泥含 砷 約0.027%，當(dāng)鉛鋅混合污泥的混合比例為1.5∶1，KY-ZW 穩(wěn) 定 化劑 成 分 為5%組 分Z、0.5%組分 W，穩(wěn)定化劑與污泥投加比例1.5∶1，攪拌時(shí)間30min，放置時(shí)間10d的條件下，As的浸出濃度為0.79mg?L，穩(wěn)定化率達(dá)到90%以上。
4 安全填埋處置技術(shù)
填埋法是廣泛采用的處置方法。填埋場(chǎng)地盡量利用人工開發(fā)過的廢礦坑，因?yàn)檫@些廢礦坑被廢物充填后，可以恢復(fù)地貌，有利生態(tài)平衡。
填埋場(chǎng)要防止填埋廢物的溶出液、濾液及雨水徑流對(duì)土壤、水體的污染。對(duì)于含有有機(jī)成分，回填地段還應(yīng)能排放有機(jī)廢物厭氧分解產(chǎn)生的氣體。要從區(qū)域總體的角度，規(guī)劃廢渣安全處置項(xiàng)目。廢渣貯存場(chǎng)和填埋場(chǎng)的選址，以及防滲要求要滿足相關(guān)填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)要求。還要注重暴雨季節(jié)施工的二次污染問題。
5 發(fā)展趨勢(shì)及建議1)貫徹國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，合理布局，集約發(fā)展。
2)技術(shù)創(chuàng)新，提高技術(shù)和裝備水平。進(jìn)行跨行業(yè)的聯(lián)合創(chuàng)新研發(fā)，大力構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研深度合作的長效機(jī)制。
3)制定和完善有色冶金廢渣綜合利用行業(yè)產(chǎn)業(yè)政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。進(jìn)一步加強(qiáng)和規(guī)范重金屬廢渣綜合利用和安全處置全過程管理和污染防控。
4)把握技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)綠色高端發(fā)展。把握國內(nèi)外冶金廢渣治理向技術(shù)水平高、操作過程自動(dòng)化和綜合利用的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)從低端加工轉(zhuǎn)向高端制造和服務(wù)轉(zhuǎn)變，打造產(chǎn)品綠色產(chǎn)業(yè)鏈，由單純金屬生產(chǎn)向高端合金和高附加值材料延伸。
5)因地制宜選取綜合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)保一體化，實(shí)現(xiàn)三效統(tǒng)一，協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展。——論文作者：楊曉松，陳國強(qiáng)，邵立南，孫超
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