冶金工業固體廢棄物資源化研究論文
冶金工業固體廢棄物資源化研究論文
1概述
冶煉廢渣包括有色金屬行業和鋼鐵工業在生產中排出的廢渣。化工廢料主要指在化工生產過程中產生的各種廢渣，如高爐礦渣、鋼渣、鐵合金渣等其他各種有色金屬渣都屬於化工廢渣。根據固體廢物的行業來源不同，冶金工業固體廢物又可以劃分為有色金屬冶煉廢物、鋁工業固體廢物和鋼鐵工業固體廢物三大類。有色金屬冶煉廢物是指有色金屬在採礦、選礦、冶煉和加工等生產過程中及其環境保護設施中所排放的固狀或泥狀的廢棄物。[2]根據金屬冶煉方式的不相同性可以分為稀有金屬渣和重有色金屬渣兩種，重有色金屬渣主要包括銅渣、鉛渣、鋅渣、鎳渣、鈷渣、汞渣等。鋁工業固體廢物主要來源於在氧化鋁生產程序中產生的鹼赤泥、軋鋼程序中產生的少量氧化鐵渣以及生產金屬鋁程序中產生出廢炭、耐火磚、保溫材料和鋁加工程序中排放出廢材料等。鋼鐵工業固體廢棄物主要來源於鐵礦開採時所產生的削離廢石、選礦時產生的大量尾礦、鍊鐵過程中產生的高爐爐渣、鍊鋼產生的轉爐爐渣、電爐爐渣、及生產合金時產生的鐵合金爐渣、含鐵塵泥等。鋼鐵生產的固體廢棄物的主要特點是生產量很大，並含有很多金屬和非金屬元素，可二次利用價值很高。由於我們國家現今對工業固體廢棄物處理基礎比較薄弱，想要建成一整套完整的管治體系還需要反覆摸索和實踐。所以我們應參照發達國家在冶金固體廢棄物管制方面的經驗，並結合我們中國國情，取其精華去其糟粕，開發適合我國國情的固體廢渣處理新技術。
2冶金工業固體廢物的資源化
資源化是採用管理和工藝措施等實現固體廢棄物無害化、綜合利用的最主要方法中的一種。應放把固體廢物處置處理技術體系的建立過程放在第一位置，在廢物排放還未進入環境之前，回收物質和能量，提高物質和能量的迴圈利用，創造出有用經濟價值，減輕後續處置的負荷，變廢為寶。我們應該鼓勵和發展迴圈型的經濟，號召人們節能減排，將固體廢棄物進行資源化得到更大的利用，高度重視管理或工藝等措施，從而提高固體廢棄物的回收有利用價值，創造更多的有效資源。
2.1冶金銅渣的資源化。
冶金銅渣大部分來源於火法鍊銅的工藝，還有少量來源於煉鋅、煉鉛工藝。目前，我國每年粗銅產量與產出爐渣量的比值約為1:3，加上其它工藝產生的廢銅渣，產出渣量相當驚人。另一個角度也可說明從廢渣中回收有用物資和能源的潛力也相當大。目前，我國開發了許多資源合理化利用銅渣的方法，主要向提取有價金屬、生產新型化工產品和建材工業等方向發展。如：將銅渣收集到回收室，經氧化熔燒，在透過還原方法處理技術可回收銅粒；銅渣與淬渣摻入石灰拌勻壓實後可用作公路基層；也可直接將熔融的廢銅渣直接澆注成堅硬緻密的.銅渣築石；冷銅渣還可用作鐵路道渣，效果良好。銅渣中的有價金屬主要包括Cu、Pb、Zn、Cd、Au和Ag等，可透過浮選、磁選等物理方法或焙燒、浸出等化學方法將其回收和資源化利用。通常採用浮選法回收廢銅渣中的銅。先經浮選得到品位較高的精銅礦，再經過火法鍊銅工藝得到更高品味的銅金屬元素。銅水淬渣可作為矽酸鹽水泥的礦化劑。銅精礦經密閉鼓風爐熔鍊後所產生的廢渣即銅水淬渣，是對1050~1250℃高溫的熔渣經沖水驟冷形成的釉黑色顆粒，液態密度為4.0~4.5t/m3，水淬渣的物質組成主要是鐵的氧化物及脈石等形成的矽酸鹽與氧化物。生產水泥的工藝流程為：將石灰石、黏土、礦渣按比例配料，然後投入球磨機磨粉，磨好的生料加入迴轉窯，經反應生成水泥熟料。在反應生成的水泥熟料中加入適量的石膏以及鐵礦渣，然後投入到球磨機內磨成粉狀，最後生產出品質優良的水泥。生產水泥的工藝流程。
2.2冶金赤泥的資源化。
赤泥是生產氧化鋁過程中產生的含水量高的強鹼性粉泥狀固體殘留物。因為含有大量氧化鋁，所以呈紅色，隨著含鐵量的增加赤泥的顏色也逐漸變深紅。鋁土礦的成分、生成新化合物的成分和新增劑的成分，以及生產氧化鋁的方法都會在某種程度上影響赤泥的化學成分。由於赤泥含鹼，長期堆放使堆場附近土地鹼化，如果倒入海洋，則會汙染海域。因此，赤泥對環境的鹼汙染不容小覷。如果不能合理的有規劃的處理這些廢渣，它將會影響我們的生活環境。世界各國提出了幾十種綜合利用的方法，但利用規模較少，多數以海洋排放與陸地堆積兩種形式處置赤泥。我國主要用赤泥壩存法。赤泥中有10%~45%的鐵，但能直接用作鍊鐵原料的少之又少。所以將預焙燒後的赤泥倒入700~800℃沸騰爐內還原，使赤泥中的Fe2O3轉變為Fe3O4，還原產物經冷卻、粉碎後分選，得到高品位的磁性產品，用此方法可回收大量的鐵得到高品位的鍊鐵精料。在赤泥中不僅能提取大量的有價金屬，還能從中提取鋁、鈦、釩、鉻、錳及多種稀土元素和微量放射性元素。我國利用赤泥生產多種型號的水泥，生產出的普通矽酸鹽水泥也有強度高、抗硫酸鹽等多種效能，在工程建築領域使用效果甚好。赤泥不僅僅在建材工業上得到廣泛運用，在農業上，赤泥也廣泛用於生產矽鈣肥料和塑膠填充劑，生產流態自硬砂硬化劑，用作礦山採空區充填料等。
2.3鋼鐵工業固廢物的資源化。
目前，我國鋼鐵產量居高不下，仍穩坐世界第一寶座。但我國鍊鐵鍊鋼技術尚不夠先進，加上鋼鐵企業本來是高能耗、高汙染的重工業。在如今的鋼鐵工業快速發展的時代裡，一方面會大量消耗資源和能源，另一方面必然會產生大量不同種類的冶金廢渣，這將會嚴重破壞我們賴以生存的家園。鋼鐵工業中不同的生產工藝流程，會產生不同的冶金固體廢棄物。目前我國鋼鐵工業冶金廢渣綜合利用率正平穩上升。普通高爐渣基本上全部都能資源合理化利用，只有17%的釩鈦高爐渣，以及含放射性稀土元素的高爐渣沒能被綜合利用。高爐渣廣泛應用於建築領域，一般利用高爐渣之前，都需要進行加工處理。根據用途不同，加工方法也不同。我國通常將高爐渣加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣、膨脹礦渣珠和高爐渣粉末等形式。[4]高爐水渣主要用於生產礦渣水泥、礦渣磚、礦渣棉、建材玻璃與微晶玻璃和碾溼礦渣混凝土。礦渣碎石可代替天然石料廣泛運用，還廣泛運用於道路工程、地基工程、鐵路道渣、鋼筋混凝土和預應力混凝土等工程中，已取得較好的經濟效果。膨脹礦渣和膨脹礦渣珠可以用作輕混凝土製品及結構上，如樓板、牆板、砌塊、建築物的外圍結構、支撐結構和公路地基材料等。由於其保溫效能好，還可用作防火隔熱保溫材料。另外，高爐渣經過水冷後形成水硬性的水淬渣，經過進一步加工形成高爐渣粉末，使之遇水產生水化反應，具有普通水泥的性質。這種高爐渣粉末可以替代混凝土中的部分水泥，也可以代替水泥摻合料使用。除此之外，高爐渣在材料領域也有廣泛的應用，如：生產礦渣棉、玄武岩棉、建材玻璃與微晶玻璃、多彩磚和輕質陶瓷等材料。
3展望
冶金固體廢棄物的資源化利用主要圍繞回收有價值金屬為主，以開發高附加值產品為輔，多方向綜合開發，將冶金固體廢棄物綜合利用工作提升到新高度。同時，要想大量使用冶金渣，就必須開闢研究節約能源、迴圈利用、安全環保的新型建材產品這條新興之路。冶金過程固體廢棄物資源化問題具有一定的複雜性，到目前為止，仍沒有一種工藝能真正解決冶金固廢物的高價值資源化問題。總而言之，要想將冶金固廢物更好的資源合理化利用，應從以下幾個方面著手：a.降低資源化成本，重點研究開發一些流程短、成本低、社會需求量大的新工藝。b.開發推廣高附加值產品，資源化發展應該向技術含量高、經濟效益好、二次汙染小的方向發展。c.最大限度提取有價成分，冶金固廢物中含有多種金屬和非金屬元素，可將其轉化為高附加值的相關產品，從而實現資源的有效利用。