有色冶金废渣处理处置技术及发展趋势

　　根据中国统计年鉴[1]，2017年，全国一般工业固体废物产生量331592万t，综合利用量181187万t，处置量79789万t，贮存量78397万t。全国危险废物产生量6936.9万t，综合利用量4043.42万t，处置量2551.56万t，贮存量870.87万t。据全国固体废物管理信息系统统计，2018年十大重点行业的危险废物产生量共约4897万t，占当年危险废物产生量的69%。其中产生量较大的行业是炼焦、常用有色金属冶炼、贵金属采选等，常用有色金属冶炼业产生量772万t，占当年危险废物产生量的 15.76%。有色金属冶炼废渣是冶炼提取铜、铅、锌、锑、锡、汞等金属后排放的固体废物。按生产工艺可分为：有色金属矿物在火法冶炼中形成的熔融渣、在湿法冶炼中产生的浸出渣、冶炼过程中排出的烟尘和水处理污泥等。产生数量与原矿的成分和加入的溶剂量有关，按质量计为金属产量的3～5倍，按体积计为金属的8～10倍。

有色冶金废渣处理处置技术及发展趋势

　　1 有色冶金废渣处理处置主要技术

　　目前，有色冶金废渣处理处置遵循减量化、资源化和无害化的原则，按照处理技术和废渣最终去向，作者将其分为综合利用、风险防控和安全处置三类技术。有色冶金废渣的利用和处置思路如图1所示。首先对废渣进行详细物相成分分析，弄清废渣性质，根据预期目标和处理处置要求，研究选择合适的处理处置技术，并进行多方案评估筛选，对实施效果进行评估。

　　2 废渣综合利用技术

　　2.1 湿法浸出有价金属回收技术常用湿法回收工艺[2]主要有酸法和碱法两种。一般湿法浸出回收技术包括浸出、净化和金属沉积三个过程[3]。酸浸法是固体废物浸出应用最广泛的方法，对Cu、Zn、Ni等金属的浸出效果比较好，Fe和 Cr等金属杂质的选择性较差[4]。浸出剂主要是硫酸和盐酸，其中硫酸是目前最有效的浸出剂。碱法常用的浸出剂是氨水或氨盐[4]。氨浸法对Cu、Zn和 Ni等的浸出率较低，但对 Cr和 Fe等具有较高选择性[5]。湿法浸出技术适用于冶炼渣、冶炼烟尘、电镀污泥等有价金属含量高的废渣。浸出液通常采用离子交换、分步沉淀、萃取等方法分离回收。

　　2.2 选冶法综合回收技术将冶金渣破碎磨细后，根据渣的物化性质，分别采用浮选、重选、磁选等方法从冶金渣中回收有价金属，实现渣的综合回收利用[2]。2.2.1 浮选法回收有价金属浮选法是利用渣中各种矿物原料颗粒表面对水的润湿性(疏水性或亲水性)的差异进行选别[6]，是一种用途最广泛的方法，废渣中有价金属以精矿形式分离出来。浮选法有价金属回收技术适用于重金属废渣中有价矿物的含量达到相关金属矿物一般矿山边界工业品位，或重金属废渣中有价矿物与不可利用组分的亲疏水性存在显著差异[7]。2.2.2 重选法回收有价金属重选法是利用矿物与脉石间较大的密度差来实现重金属废渣中有价金属的回收，特别适合处理粗粒(>25mm)、中粒(25～2mm)和细粒(2～0.1mm)矿石，但对<0.1mm 的微细矿泥效率不高。根据作用原理的不同，重选法可以分为水力或风力分级、重介质选矿、溜槽选矿、跳汰选矿、摇床选矿[8]。重选法适合含有金、铂、钨、锡、锆、钛、钡等金属的废渣。2.2.3 磁选法回收有价金属利用渣中矿物颗粒磁性的不同，在不均匀磁场中进行选别。通常弱磁性矿物(赤铁矿、菱铁矿、钛铁矿、黑钨矿等)适合用强磁场磁选机进行选别，强磁性矿物(磁铁矿和磁黄铁矿等)一般采用弱磁场磁选机进行选别。磁选法适用于重金属废渣中有价矿物的含量达到相关金属矿物一般矿山的边界工业品味，或者重金属废渣中有价矿物与不可利用组分的磁性等存在显著差异。

　　2.3 火法冶金综合回收技术火法冶金主要用于有色金属造锍熔炼、钢铁冶炼和熔盐电解以及铁合金生产等。典型工艺过程有矿石准备、冶炼、精炼三个步骤。其主要反应是还原氧化反应。单独采用火法冶金容易产生环境污染，因此常采用火法冶炼技术与湿法技术相结合回收冶金废渣中的有价金属。由于火法冶金过程需要消耗大量能源，运行成本相对较高，该技术适用于有价金属含量较高的重金属废渣。渣中所要提取的金属与杂质能够在高温下能通过挥发、造渣等方式分离。火法冶金过程会产生含重金属烟粉尘，应综合考虑经济成本问题，避免产生二次污染。

　　3 风险防控技术

　　3.1 废渣堆场污染源头削减与生态恢复技术重金属废渣堆场污染主要以堆场为中心，通过地表径流和渗滤液向下游及周边扩散，造成下游水体和土壤受到污染，且随距离的加大，水体或土壤中重金属的含量逐渐降低，其含量和形态分布特征受其废弃物堆场中释放率的影响。图2是废渣源头削减与生态恢复技术路线，采用的主要工程措施为密闭覆盖与生态恢复。

　　某金属矿废石场采用“岩土植生基材防侵蚀— 高效吸收特征重金属耐性植物生态修复—坡面生态防排渗”三位一体耦合的集成技术治理。通过建设截排水设施进行生态防排渗，废石堆场改良后构建复合隔离层以隔绝堆渣与水接触，结合生态治理辅助工程，实现岩土植生基材防侵蚀和植物修复的目的，从而有效阻止废石场渗滤液及重金属的溶出，减少重金属污染排放负荷，源通过头削减防控废石场对环境的污染。

　　3.2 废渣稳定化技术稳定化是指从污染物的有效性出发，通过形态转化，将废渣转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化，以降低其对生态系统的危害风险。例如，镁系稳定化晶格封装技术是以镁系列为主要原料，添加多种天然无机矿物调和而成稳定剂。遇水发生离子交换、吸附反应，将重金属等污染物固化到层状结晶中，形成坚固的金属错体结晶。把重金属废渣与稳定剂、水混合在一起，能够固定废渣和排水中溶出的有害物质，抑制它们溶出、扩散，其含量减低到环境基准值以下，处理后产物作为可再生资源使用。通过利用镁系稳定剂对冶炼渣转稳定化，降低其环境风险。该技术能快速控制污染物，可以进行原位修复。具有对多重金属污染(Cd、Pb、As等)协同稳定、处理费用低、工艺过程简单、养护周期短等优点。

　　3.3 废渣固定化技术固定化技术是将污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低渗透性材料，通过减少污染物暴露的淋滤面积达到限制污染物迁移的目的。固化过程有的是将有害废物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中的过程;有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程;有的兼有上述两种过程。固化技术按固化剂可以分为沥青固化、水泥固化、玻璃固化、塑料固化、石灰固化等。

　　4 安全填埋处置技术

　　填埋法是广泛采用的处置方法。填埋场地尽量利用人工开发过的废矿坑，因为这些废矿坑被废物充填后，可以恢复地貌，有利生态平衡。填埋场要防止填埋废物的溶出液、滤液及雨水径流对土壤、水体的污染。对于含有有机成分，回填地段还应能排放有机废物厌氧分解产生的气体。要从区域总体的角度，规划废渣安全处置项目。废渣贮存场和填埋场的选址，以及防渗要求要满足相关填埋污染控制标准要求。还要注重暴雨季节施工的二次污染问题。

　　5 发展趋势及建议

　　1)贯彻国家产业发展政策，加快产业结构调整，促进产业结构优化升级，合理布局，集约发展。2)技术创新，提高技术和装备水平。进行跨行业的联合创新研发，大力构建产学研深度合作的长效机制。3)制定和完善有色冶金废渣综合利用行业产业政策和技术标准体系。进一步加强和规范重金属废渣综合利用和安全处置全过程管理和污染防控。4)把握技术发展趋势，实现绿色高端发展。把握国内外冶金废渣治理向技术水平高、操作过程自动化和综合利用的发展趋势，实现从低端加工转向高端制造和服务转变，打造产品绿色产业链，由单纯金属生产向高端合金和高附加值材料延伸。

　　参考文献

　　[1] 国家统计局.中国统计年鉴2019[M].北京：中国统计出版社，2019.NationalBureauofStatisticsofChina.ChinaStatisticalYearbook2019[M].Beijing：ChinaStatistics Press，2019.

　　[2] 杨晓松，胡建龙，邵立南.重金属废渣综合利用技术现状及发展趋势[C]??第十届环境与发展论坛论文集，北京，2014.YANGX S，HU JL，SHAO L N.Currentsituationand developmenttrend ofcomprehensive utilizationtechnology of heavy metal waste residue [C]?? Proceedingsofthe10thEnvironmentandDevelopmentForum，Beijing，2014.

　　[3] 梁艳辉，魏昶，蒋鹏飞，等.从硬锌渣中提取锌铟的工艺研究[J].矿产保护与利用，2009，29(5)：54-58.LIANG Y H，WEIC，JIANG P F，etal.Studyontechnologyofextractingzincandindiumfromthehard-zincslag[J].Conservationand Utilizationof MineralResources，2009，29(5)：54-58.

　　《有色冶金废渣处理处置技术及发展趋势》来源：《　有色金属(冶炼部分)》，作者：杨晓松，陈国强，邵立南，孙超

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