冶金工业固体废弃物资源化研究

冶炼废渣包括有色金属行业和钢铁工业在生产中排出的废渣。化工废料主要指在化工生产过程中产生的各种废渣，如高炉矿渣、钢渣、铁合金渣等其他各种有色金属渣都属于化工废渣。根据固体废物的行业来源不同，冶金工业固体废物又可以划分为有色金属冶炼废物、铝工业固体废物和钢铁工业固体废物三大类。有色金属冶炼废物是指有色金属在采矿、选矿、冶炼和加工等生产过程中及其环境保护设施中所排放的固状或泥状的废弃物。[2]根据金属冶炼方式的不相同性可以分为稀有金属渣和重有色金属渣两种，重有色金属渣主要包括铜渣、铅渣、锌渣、镍渣、钴渣、汞渣等。铝工业固体废物主要来源于在氧化铝生产进程中产生的碱赤泥、轧钢进程中产生的少量氧化铁渣以及生产金属铝进程中产生出废炭、耐火砖、保温材料和铝加工进程中排放出废材料等。钢铁工业固体废弃物主要来源于铁矿开采时所产生的削离废石、选矿时产生的大量尾矿、炼铁过程中产生的高炉炉渣、炼钢产生的转炉炉渣、电炉炉渣、及生产合金时产生的铁合金炉渣、含铁尘泥等。钢铁生产的固体废弃物的主要特点是生产量很大，并含有很多金属和非金属元素，可二次利用价值很高。由于我们国家现今对工业固体废弃物处理基础比较薄弱，想要建成一整套完整的管治体系还需要反复摸索和实践。所以我们应参照发达国家在冶金固体废弃物管制方面的经验，并结合我们中国国情，取其精华去其糟粕，开发适合我国国情的固体废渣处理新技术。

2冶金工业固体废物的资源化

资源化是采用管理和工艺措施等实现固体废弃物无害化、综合利用的最主要方法中的一种。应放把固体废物处置处理技术体系的建立过程放在__位置，在废物排放还未进入环境之前，回收物质和能量，提高物质和能量的循环利用，创造出有用经济价值，减轻后续处置的负荷，变废为宝。我们应该鼓励和发展循环型的经济，号召人们节能减排，将固体废弃物进行资源化得到更大的利用，高度重视管理或工艺等措施，从而提高固体废弃物的回收有利用价值，创造更多的有效资源。

2.1冶金铜渣的资源化。

冶金铜渣大部分来源于火法炼铜的工艺，还有少量来源于炼锌、炼铅工艺。目前，我国每年粗铜产量与产出炉渣量的比值约为1:3，加上其它工艺产生的废铜渣，产出渣量相当惊人。另一个角度也可说明从废渣中回收有用物资和能源的潜力也相当大。目前，我国开发了许多资源合理化利用铜渣的方法，主要向提取有价金属、生产新型化工产品和建材工业等方向发展。如：将铜渣收集到回收室，经氧化熔烧，在通过还原方法处理技术可回收铜粒;铜渣与淬渣掺入石灰拌匀压实后可用作公路基层;也可直接将熔融的废铜渣直接浇注成坚硬致密的铜渣筑石;冷铜渣还可用作铁路道渣，效果良好。铜渣中的有价金属主要包括Cu、Pb、Zn、Cd、Au和Ag等，可通过浮选、磁选等物理方法或焙烧、浸出等化学方法将其回收和资源化利用。通常采用浮选法回收废铜渣中的铜。先经浮选得到品位较高的精铜矿，再经过火法炼铜工艺得到更高品味的铜金属元素。铜水淬渣可作为硅酸盐水泥的矿化剂。铜精矿经密闭鼓风炉熔炼后所产生的废渣即铜水淬渣，是对1050~1250℃高温的熔渣经冲水骤冷形成的釉黑色颗粒，液态密度为4.0~4.5t/m3，水淬渣的物质组成主要是铁的氧化物及脉石等形成的硅酸盐与氧化物。生产水泥的工艺流程为：将石灰石、黏土、矿渣按比例配料，然后投入球磨机磨粉，磨好的生料加入回转窑，经反应生成水泥熟料。在反应生成的水泥熟料中加入适量的石膏以及铁矿渣，然后投入到球磨机内磨成粉状，最后生产出品质优良的水泥。生产水泥的工艺流程。

2.2冶金赤泥的资源化。

赤泥是生产氧化铝过程中产生的含水量高的强碱性粉泥状固体残留物。因为含有大量氧化铝，所以呈红色，随着含铁量的增加赤泥的颜色也逐渐变深红。铝土矿的成分、生成新化合物的成分和添加剂的成分，以及生产氧化铝的方法都会在某种程度上影响赤泥的化学成分。由于赤泥含碱，长期堆放使堆场附近土地碱化，如果倒入海洋，则会污染海域。因此，赤泥对环境的碱污染不容小觑。如果不能合理的有规划的处理这些废渣，它将会影响我们的生活环境。世界各国提出了几十种综合利用的方法，但利用规模较少，多数以海洋排放与陆地堆积两种形式处置赤泥。我国主要用赤泥坝存法。赤泥中有10%~45%的铁，但能直接用作炼铁原料的少之又少。所以将预焙烧后的赤泥倒入700~800℃沸腾炉内还原，使赤泥中的Fe2O3转变为Fe3O4，还原产物经冷却、粉碎后分选，得到高品位的磁性产品，用此方法可回收大量的铁得到高品位的炼铁精料。在赤泥中不仅能提取大量的有价金属，还能从中提取铝、钛、钒、铬、锰及多种稀土元素和微量放射性元素。我国利用赤泥生产多种型号的水泥，生产出的普通硅酸盐水泥也有强度高、抗硫酸盐等多种性能，在工程建筑领域使用效果甚好。赤泥不仅仅在建材工业上得到广泛运用，在农业上，赤泥也广泛用于生产硅钙肥料和塑料填充剂，生产流态自硬砂硬化剂，用作矿山采空区充填料等。

2.3钢铁工业固废物的资源化。

目前，我国钢铁产量居高不下，仍稳坐世界__宝座。但我国炼铁炼钢技术尚不够先进，加上钢铁企业本来是高能耗、高污染的重工业。在如今的钢铁工业快速发展的时代里，一方面会大量消耗资源和能源，另一方面必然会产生大量不同种类的冶金废渣，这将会严重破坏我们赖以生存的家园。钢铁工业中不同的生产工艺流程，会产生不同的冶金固体废弃物。目前我国钢铁工业冶金废渣综合利用率正平稳上升。普通高炉渣基本上全部都能资源合理化利用，只有17%的钒钛高炉渣，以及含放射性稀土元素的高炉渣没能被综合利用。高炉渣广泛应用于建筑领域，一般利用高炉渣之前，都需要进行加工处理。根据用途不同，加工方法也不同。我国通常将高炉渣加工成水渣、矿渣碎石、膨胀矿渣、膨胀矿渣珠和高炉渣粉末等形式。[4]高炉水渣主要用于生产矿渣水泥、矿渣砖、矿渣棉、建材玻璃与微晶玻璃和碾湿矿渣混凝土。矿渣碎石可代替天然石料广泛运用，还广泛运用于道路工程、地基工程、铁路道渣、钢筋混凝土和预应力混凝土等工程中，已取得较好的经济效果。膨胀矿渣和膨胀矿渣珠可以用作轻混凝土制品及结构上，如楼板、墙板、砌块、建筑物的外围结构、支撑结构和公路地基材料等。由于其保温性能好，还可用作防火隔热保温材料。另外，高炉渣经过水冷后形成水硬性的水淬渣，经过进一步加工形成高炉渣粉末，使之遇水产生水化反应，具有普通水泥的性质。这种高炉渣粉末可以替代混凝土中的部分水泥，也可以代替水泥掺合料使用。除此之外，高炉渣在材料领域也有广泛的应用，如：生产矿渣棉、玄武岩棉、建材玻璃与微晶玻璃、多彩砖和轻质陶瓷等材料。

3展望

冶金固体废弃物的资源化利用主要围绕回收有价值金属为主，以开发高附加值产品为辅，多方向综合开发，将冶金固体废弃物综合利用工作提升到新高度。同时，要想大量使用冶金渣，就必须开辟研究节约能源、循环利用、安全环保的新型建材产品这条新兴之路。冶金过程固体废弃物资源化问题具有一定的复杂性，到目前为止，仍没有一种工艺能真正解决冶金固废物的高价值资源化问题。总而言之，要想将冶金固废物更好的资源合理化利用，应从以下几个方面着手：a.降低资源化成本，重点研究开发一些流程短、成本低、社会需求量大的新工艺。b.开发推广高附加值产品，资源化发展应该向技术含量高、经济效益好、二次污染小的方向发展。c.最大限度提取有价成分，冶金固废物中含有多种金属和非金属元素，可将其转化为高附加值的相关产品，从而实现资源的有效利用。

作者：孙志敏 李宝亮 陈培 王俊娴 单位：长春师范大学工程学院 天津钢管集团股份有限公司