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冶金百科 | 有色冶金固體廢物排放情況
2023-06-12 11:06:30 來源:中冶有色技術網
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簡介:冶金工業生產過程中產生各類冶金渣、各種泥狀物以及隨煙氣一起排出被除塵器收集的煙塵。例如,銅鼓風爐的水淬渣、氧化鋁生產中的赤泥、濕法收塵的塵泥等。其他為燃燒鍋爐產生的爐渣、粉煤灰及各種工業垃圾等。有色金屬冶煉渣是指采用以原生礦石或半成品冶煉提取鋁、銅、鉛、鋅、鎂等金屬后,排放出來的固體廢物。有色金屬冶煉渣分為濕法冶煉渣和火法冶煉渣。濕法冶煉渣是原生礦石經提取或電解出金屬后的剩余殘渣;火法冶煉渣為原生礦石熔融分離出金屬后的產物。
有色冶金固體廢物排放情況

冶金工業生產過程中產生各類冶金渣、各種泥狀物以及隨煙氣一起排出被除塵器收集的煙塵。例如,銅鼓風爐的水淬渣、氧化鋁生產中的赤泥、濕法收塵的塵泥等。其他為燃燒鍋爐產生的爐渣、粉煤灰及各種工業垃圾等。有色金屬冶煉渣是指采用以原生礦石或半成品冶煉提取鋁、銅、鉛、鋅、鎂等金屬后,排放出來的固體廢物。有色金屬冶煉渣分為濕法冶煉渣和火法冶煉渣。濕法冶煉渣是原生礦石經提取或電解出金屬后的剩余殘渣;火法冶煉渣為原生礦石熔融分離出金屬后的產物。有色金屬冶煉是一個復雜的物理化學過程,冶煉目的金屬后所排放的廢渣成分復雜,排放量大,這些廢渣不僅占用大量堆放場地,而且污染周圍環境。

有色冶金固體廢物按危害程度分為一般性固體廢物、危險固體廢物以及介于兩者之間、要經過測定后才能確定其危害程度的固體廢物。一般性固體廢物,如銅、鉛的水淬渣、鋅(罐、窯)渣;危險固體廢物,如濕法煉銅浸出渣、砷鐵渣、鉛冶金砷鈣渣、含砷煙塵、鋅冶金濕法煉鋅浸出渣、鋅焙燒鐵釩渣、鉛銀渣、制酸的廢觸煤;此外,赤泥、污水處理產生的重金屬污泥。

有色冶金固體廢物的種類繁多,化學成分復雜。有色冶金固體廢物按生產工藝可分為:有色金屬礦物在火法冶煉中形成的熔融礦渣;有色金屬礦物在濕法冶煉中排出的浸出渣;冶煉過程中排出的煙塵和殘渣污泥等。其中數量多、利用價值高的是各種有色金屬渣。有色金屬渣按金屬礦物性質,分為重金屬渣、輕金屬渣和稀有金屬渣。

有色冶金固體廢物特點

(1)產生量大

我國有色金屬礦產具有貧礦多、富礦少;小礦多、大礦少;共生礦物多、單一礦物少的特點,造成有色金屬行業生產工藝復雜,生產流程長,再加上我國目前生產工藝水平不高等原因,使單位產品的固體廢物產生量大。在采選過程中,一般大中型露天礦山年剝離量都在數百萬噸;地下采礦井巷工程每年要產生數十萬噸以上的廢石;在選礦作業中每選出1t精礦,平均要產出幾十噸甚至上百噸的尾礦。到目前為止,我國尾礦堆存總量已超過50億t,有色金屬礦山每年排放尾礦7000萬t。在冶煉過程中,每冶煉1噸金屬也要產生數噸的冶煉渣。據統計,每噸粗鉛平均排放0.95t爐渣,每噸鋅平均排放0.77t渣。

(2)可作為二次資源開發利用

在有色金屬原礦中,除一種主要金屬礦物以外,一般還伴生一些其他金屬礦物或有用成分。由于我國長期實行粗放型經濟,同時在一次資源開發利用時大多只關注主金屬的回收提取,導致大量的有價金屬、伴生金屬廢棄在冶金廢渣中,造成巨大的資源浪費。在冶煉過程中產生的冶煉渣、冶煉粉塵等,也有具有回收利用價值的有價金屬組分,其品位常常大于相應的原生礦品位。因此,有色冶金固體廢物可作為二次資源開發和利用,這對充分利用資源、延緩礦產資源的枯竭具有重要意義。

(3)毒性大

部分有色冶金固體廢物含有毒重金屬元素,如鉛鋅窯渣、重金屬廢水處理污泥等,這些廢渣常含有砷、鎘、汞、鉛和銻等有毒重金屬。由于重金屬污染物具有不可降解性,因此對環境構成極大的污染和潛在的威脅。

氧化鋁生產赤泥

赤泥是制鋁工業提取氧化鋁過程中排出的污染性廢渣,是有色行業排放的大宗固體廢物。一般含氧化鐵量大,外觀與赤色泥土相似。近年來,隨著我國氧化鋁年產量的迅速增長,赤泥排放量也隨之成倍上升。我國氧化鋁產量2013年為4438萬t,年產赤泥量已達5000萬t,累積堆存量約2億t。

(1)赤泥的性質

赤泥的顆粒直徑0.088~0.25mm,比重2.7~2.9,容重0.8~1.0,熔點1200~1250℃。赤泥的化學成分取決于鋁土礦的成分、氧化鋁生產方法、添加劑的物質成分以及新生成的化合物成分等。典型的赤泥化學成分見表6-1。

赤泥礦物成分主要為文石和方解石,含量為60%~65%,其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦,含量最少的是鈦礦物、菱鐵礦、天然堿、水玻璃、鋁酸鈉和火堿。其礦物組成復雜且不符合天然土的礦物組合。其中,文石、方解石和菱鐵礦既是骨架又有一定的膠結作用,而針鐵礦、三水鋁石、蛋白石、水玻璃起膠結和填充作用。


(2)赤泥的危害

①赤泥排放量大,據統計,我國赤泥利用率僅為10%左右,赤泥的堆存不僅需要排污控制設施,而且投資建立赤泥堆場需占用大量土地,污染環境,并使赤泥中許多有價組分得不到合理利用,造成資源的嚴重浪費。

②氧化鋁生產企業濕法過程物料呈堿性,因此赤泥中含有大量的強堿性物質,其附液中含堿量較高,pH有的甚至超過12.5,對生物和金屬、硅質材料有強烈腐蝕性。此外,赤泥中還含有氟化物、鈉及鋁等污染物。赤泥中的化學成分滲入土地易造成土地堿化及地下水污染。

電解鋁廢槽襯

廢槽襯,又稱大修渣,是鋁電解槽定期排出的固體廢物,主要包括陰極炭塊、陰極糊、耐火磚、保溫磚、防滲料及絕熱板等。廢槽襯中含有約40%的碳質材料,約30%的氟化物,約30%的耐火材料。隨著電解鋁新技術的不斷運用,電解槽設計的不斷改進和優化,電解操作的規范化和精細化,廢槽襯和排出量略有下降,約為26kg/tAl。廢槽襯中含有較多的氟化物和氰化物,且分散度大,其中氟化物含量約4000mg/L,屬于危險廢物。有研究表明,隨著廢槽襯堆存時間的延長,其中的有害物質逐步向堆場周邊的地下水和土壤中轉移,兩年后,廢槽襯中的可溶氟化物有54%轉移進入地下水和土壤。如不對廢槽襯進行無害化處理或堆存處理不當,將對堆場周邊土壤和地下水造成長期潛在的污染。廢槽襯中氣體HCN 的析出更難防范,直接危害周邊生態環境。

銅冶金固體廢物

目前,我國銅生產主要采用火法冶煉,其生產過程包括熔煉、吹煉、火法精煉、電解精煉,最終得到精煉銅。銅冶煉過程伴隨著各類固體廢物的產生,典型工藝流程及固廢產生環節如圖6-1所示,主要有冶煉渣、浸出渣、酸泥(砷濾餅、鉛濾餅)、水處理污泥等,見表6-2。銅冶煉固體廢物數量巨大,且富集鉛、砷、鎘、鉻等重金屬。




(1)熔煉爐渣

銅熔煉爐渣的主要成分是SiO,和鐵氧化物(FeO、FeyO所含的總鐵量常以TFe 表示),次要成分有 CaO、MgO、AlO等。產率為2.5~3.0 t/t,密度約為3.5t/m3,渣中銅品位一般在2%~3%,具有回收價值。這種復雜的鐵硅酸鹽爐渣一般屬于FeO-SiO系和FeO-SiO-CaO系爐渣,其化學成分如表6-3所示。




銅爐渣的組成按冶金方法的工藝特點可分為兩種類型,一種是在熔煉體系采用低氧勢操作下產生的含FeO及銅均很低的爐渣,這種爐渣不必進行處理即可廢棄,傳統熔煉方法,如鼓風爐、反射爐及電爐的爐渣屬于此類型;另一種是在熔煉體系采用高氧勢操作下產生的含Fe。O及銅均很高的爐渣,這種爐渣需要返回熔煉爐貧化,閃速熔煉、熔池熔煉以及銅锍吹煉等產生的爐渣屬于此類型。吹煉爐和陽極爐產生爐渣含銅量在20%~50%,可作為返料直接使用。

銅爐渣具有如下的性質:①熔點:雖然銅爐渣中的各種氧化物具有很高的熔點,但在熔煉過程中,這些氧化物相互作用形成了低熔點共晶物、化合物和固溶體,因此爐渣的熔點較低,一般為1050~1150℃。②黏度:銅爐渣一個重要特點是黏度大(0.2~1 Pas),比銅锍和液態銅的黏度大很多,特別是存在過飽和磁性氧化鐵或過量SiO,時,爐渣黏度會更大。生產經驗表明,爐渣黏度小于0.5Pas時極易流動,黏度在0.5~1.0Pas時流動性較好,當黏度在1~2Pas時,流動性差,能明顯影響爐渣與銅锍的分離和爐渣的排放。③密度:爐渣的密度可以直接影響銅锍和爐渣的沉降分離操作。在組成爐渣的各組分中,SiO,密度最小(2.2~2.66),而鐵氧化物密度最大(大于5),因而含鐵量高的爐渣密度大。銅爐渣的密度一般為3.0~3.7。銅锍和爐渣的密度差為1左右。

(2)白煙塵

熔煉過程中產生的高溫煙氣含有高濃度的SO和煙塵,一般采用“余熱鍋爐——電除塵器——硫酸系統”回收熱量、煙塵和SO?;厥盏臒焿m大部分可用為返料,但因為原料中含有砷、鉛等雜質,為保持冶煉系統的正常生產,需將電除塵器收集的煙塵開路一部分。該部分煙塵的砷、鉛、鋅含量較高,外觀呈灰白色,習慣上稱其為“白煙塵”。除含銅外,還富集了原料中的鉛、鋅、砷、鉍、錫、鎘等有價金屬,具有較高的回收利用價值。白煙塵帶走的砷一般占銅精礦帶人砷量的10%左右。

據統計,閃速爐煉銅過程中以煙灰形式進入閃速爐的砷量占進入閃速爐砷總量的50%以上,這使得砷在系統內不斷循環和富集,最終對電銅及硫酸的質量產生不可低估的負面影響。在銅的閃速熔煉和轉爐吹煉過程中,砷主要以氧化物形式進入冶煉煙氣。

(3)鉛砷濾餅

煙氣凈化產生的固廢主要為鉛濾餅、砷濾餅。高濃度SO煙氣首先需凈化除雜,以保證硫酸的品質,煙氣凈化主要采用稀酸洗滌工藝。洗滌產生的底泥含鉛量較高,稱之為鉛濾餅。洗滌產生的廢酸多采用Na,S法進行沉淀處理,沉淀物中砷含量較高,稱之為砷濾餅或硫化濾餅。這兩種固廢性質相似,砷濾餅約為鉛濾餅的3~5倍,鉛濾餅、砷濾餅的主要成分見表6-4。




(4)銅陽極泥

銅陽極泥是在電解精煉過程中沉在槽底的泥狀細粒物質,主要由陽極粗金屬中不溶于電解液的金屬和化合物組成,其成分和產率主要取決于陽極成分、電解技術條件等?;鸱ň珶挳a出銅品位一般為99.2%~99.7%,還含有0.3%~0.8%的雜質,主要為砷、銻、鉍、金、銀、硒、碲等。這些雜質會使銅的使用性能或加工性能變壞。銅電解精煉的目的就是把火法精煉銅中的有害雜質去除,得到性能良好的電解銅。而銅陽極泥就是銅電解過程中產出的一種副產品,由銅陽極在電解精煉過程中不溶于電解液的各種成分組成。銅陽極泥的化學組分見表6-5,銅陽極泥中含有Au、Ag、Se、Te、Cu等有價金屬,應進一步處理,進行有價金屬的回收。




另外,煙氣轉化及尾氣處理過程產生的固廢有廢觸媒。廢觸媒的產量較小,一般年產生量不足百噸。有些銅冶煉企業對制酸后的尾氣進一步脫硫處理,會產生一定量的脫硫渣。目前大部分冶煉企業采用石灰石-石灰兩段中和法、生物制劑法、硫化中和法等處理污酸、重金屬廢水等,相應產生石膏渣或中和渣。

銅冶煉企業中各種固廢從性質上可分為兩大類:一般工業固體廢物,包括尾礦、石膏渣、中和渣等;危險廢物,包括白煙塵、鉛濾餅、砷濾餅、廢觸媒等。在數量上,尾礦和石膏渣占了絕對優勢,占銅冶煉企業固廢量的98%以上,危險廢物中以白煙塵和砷濾餅為主。對各類固廢的處理處置,一般遵循廠內設暫存場地,自身回收利用加外委處置的綜合利用方案。

鉛冶金固體廢物

煉鉛的原料主要為硫化鉛精礦和硫化鉛與硫化鋅混合精礦。鉛精礦伴生的可回收的有價金屬多達二十余種,大體分為三類:①重金屬,其占伴生金屬綜合回收總量的95%以上,包括銅、鎘、鉍、鎳、鈷、砷、銻、汞等;②貴金屬,包括金、銀、鉑、鈀等;③稀散金屬,包括鎵、銦、鍺、碲、硒、鉈、錸等。鉛精礦中的有價元素的含量不同,產出的中間產物中有價元素的波動也很大,但在冶煉過程中,有價元素的分布有明顯的規律。燒結過程中95%的汞進入煙氣,70%的鉈,30%~40%的鎘、硒、碲及部分的砷、銻進入煙塵;鼓風爐熔煉過程中幾乎全部的金、銀和大部分的銅、砷、鉍、錫、硒、碲進入粗鉛,80%以上的銻、鍺及50%以上的銦進入爐渣,80%~90%的鎘進入煙塵。

鉛冶煉過程所產生的固體廢物或殘余物可以分為以下幾類:粗鉛中的銅、錫、銦大部分進入銅浮渣,金、銀、鉍等進入陽極鉛后大部分再進入陽極泥。

鉛冶煉過程分為粗鉛生產和粗鉛精煉。粗鉛生產工藝可分為兩類,即燒結-熔煉法和直接熔煉法。粗鉛精煉包括火法精煉和電解精煉。粗鉛火法精煉包括粗鉛熔析和加硫除銅、氧化精煉、加鋅除銀與除鋅、除鉍等過程。直接煉鉛法與粗鉛精煉生產過程中產生的固體廢物與殘余物如表6-6和表6-7所示。





鉛冶煉過程中所產生的固體廢物或殘余物可分為如下幾類:

(1)煉鉛爐渣

在火法煉鉛過程中,除得到粗鉛以外,同時得到另一種熔體,這種熔體主要由煉鉛原料中的脈石氧化和冶煉過程中生成的鐵、鋅氧化物所組成,這種熔體就是煉鉛爐渣,是鉛冶煉過程中產生量較大的廢物,包括燒結、熔煉、精煉等所產生的渣。鉛冶煉爐渣的產生量是金屬產量的10%~70%。

煉鉛爐渣主要來源于以下幾個方面:一是礦石或精礦中的脈石,如SiO2、AlO、CaO、MgO、ZnO等以及被部分還原形成的氧化物FeO等;二是因熔融金屬和熔渣沖刷而侵蝕的爐襯材料,如爐缸或電熱前床中的鎂質或鎂鉻質耐火材料帶來的MgO、CrO等,這類化合物的量相對較少;三是添加的熔劑,礦石中的脈

石如SiO、CaO、AlO、MgO等單體氧化物的熔化溫度很高,為了能形成低熔點渣層,把要提取的鉛分離開來,必須配入熔劑,如河沙(石英石)、含硅高的礦石等。

煉鉛爐渣是一種非常復雜的高溫熔體體系,由FeO、SiO、CaO、Al2O3、ZnO、MgO等多種氧化物組成,并相互結合而形成化合物、固溶體、共晶物,此外還含有一些硫化物、氟化物等。雖然爐渣成分會隨煉鉛方法(如傳統的燒結——鼓風爐煉鉛法、ISP法、Kivcet 法、QSL法、Kaldo 法、Ausmelt 法等)的不同而有所差異,但基本成分含量在下列范圍波動:Zn(3%~20%),SiO2(13%~30%),Fe(17%~31%),CaO(10%~25%),Pb(0.5%~5%),Cu(0.5%~1.5%),Al2O3(3%~7%)和MgO(1%~5%)等。

鉛爐渣為低硅高鈣渣,含SiO2一般比銅爐渣低得多,而含CaO又比銅爐渣高得多?,F在許多冶煉廠降低渣含鉛,廣泛采用高鋅高鈣渣型(10%~20% Zn,15%~25% CaO)以提高原料的綜合利用率,主要體現在以下幾個方面:

①CaO高的熔體凝固間隔較短,可以在燒結時得到具有較大孔隙度的燒結塊,使熔體具有良好的還原性和透氣性。

②在PbO-SiO2-Fe2O3-CaO體系中,固熔體的軟化溫度隨CaO的增加與SiO2的減少而升高,而含PbO高的則軟化溫度低。提高渣中CaO含量,有利于處理高品位燒結塊,可防止其在爐內過早軟化影響透氣性和PbO的充分還原。

③提高渣中CaO含量,降低爐渣的比重,可置換硅酸鉛中的PbO,提高鉛在液相中的活度,有利于熔渣中PbO的還原,提高金屬鉛的回收率。

④適當提高渣中CaO含量,可使Si——O及Fe——O—Zn的結合能力減弱,從而增大鋅和鐵在熔渣中的活度,有利于鋅從渣中還原揮發出來。

⑤配合離子(SixOy)2+使爐渣黏度增大,提高渣中CaO的量,可獲得較高的爐溫,并破壞硅酸配合離子,降低爐渣的黏度。

⑥CaO可降低金屬與爐渣之間的界面張力,有利于金屬鉛和渣的分離。

(2)浮渣與浮沫

鉛精煉、熔化等過程產生的浮渣、浮沫富含金屬鉛,一般直接返回工藝過程熔煉或精煉。

(3)鉛陽極泥

粗鉛精煉主要有火法精煉和電解精煉,目前世界上大部分的粗鉛采用火法精煉,我國的粗鉛精煉基本上采用濕法電解工藝,僅在電解前有一小段火法精煉除銅,有時還需除錫。電解精煉的優點是除鉍效果好。鉛陽極泥是鉛電解精煉過程中的副產物,一般含有Co、Ni、Cd、Zn、Te、Se、Sb、Bi、As、Cu、Au、Ag、Sn、鉑系金屬等。鉛陽極泥的化學組分見表6-8。




鉛冶煉煙氣凈化系統產生的廢物與殘余物包括煙塵、酸泥。煙塵主要來源于燒結、熔煉等工段,富含有價金屬,如鍺、鎵、銦、砷及鉛。煙氣洗滌產生的污酸過濾后產生的酸泥,如砷濾餅、鉛濾餅。鉛冶煉煙塵所含主要元素為Pb、Zn、Cd、Cl、S、As;煙塵是氧化物、硫酸鹽、硅酸鹽、硫化物和砷化物等物質的混合物,主要物相為ZnO、PbO、PbSO、CdO、CdS;煙塵顆粒大小不一,形狀各異,多呈相互黏結或包裹狀。此外,鉛冶煉過程也會產生非工藝過程廢物,如燒結機、熔煉爐、熔化爐以及電解槽等更換下來的廢舊內襯與耐火材料。

鋅冶金固體廢物

濕法煉鋅的傳統工藝流程及渣產出環節見圖6-2,鋅冶煉過程中產生的主要固體廢物見表6-9。





(1)鉛銀渣

濕法煉鋅浸出作業有低溫常規浸出和高溫高酸浸出兩種。常規浸出工藝產生的浸出渣含鋅較高,達20%以上,國內除云南馳宏鋅鍺股份公司采用煙化爐揮發工藝回收渣中有價金屬外,其他企業多采用回轉窯揮發鋅。高溫高酸浸出渣,即鉛銀渣,有價金屬銀、鉛含量高。鉛銀渣化學成分如表6-10所示。其中元素鋅主要以ZnS和ZnO·Fe,O形式存在;鐵主要以FeO和FeO形式存在;鉛主要以PbS和PbSO形式存在;硅主要以SiO形式存在;砷主要以Me,(AsO么)形式存在;銻主要以Me,(SbO么)。形式存在;銀主要以AgS和AgCl形式存在。




(2)硫渣

ZnS精礦氧壓浸出新工藝中ZnS精礦直接在氧氣氣氛的常壓或加壓酸性液中浸出,硫被氧化成單質硫,浸出結束后硫浮選獲得硫渣,由于氧壓直浸工藝不產生SO氣體,且可從硫渣中直接回收硫磺,在環保和經濟方面都有很強的競爭力。除鋅濕法冶煉新工藝外,氯化浸出過程及電解過程也會產生含單質硫的硫渣,硫磺比例在25%~90%。硫渣中還含大量貴重金屬,提硫后貴重金屬得到富集,可回收利用。

(3)氧化鋅浸出渣

目前鋅的生產主要采用常規濕法冶煉和直接浸出工藝,最為常用的仍是氧化焙燒一酸浸—凈化一電積四段產鋅工藝。但是,高鐵鋅精礦的使用,導致氧化焙燒階段生成大量的鐵酸鋅,鐵酸鋅的生成以及未完全氧化的硫化鋅共同阻礙鋅鐵的回收。據統計,每生產1t鋅產生約0.52t鐵渣,全國年產鐵渣約270萬t,渣中平均含鐵35%左右,含鋅20%左右,此外還有大量的鉛、銅、銀等有價金屬。

(4)銅鎘渣

濕法鋅冶煉工業中,在酸浸后的浸出液中加入一定量的CuSO,促使浸出液中的Co、Ni沉淀分離,并在后續工藝中加入過量的鋅粉置換除去其他雜質的過程中產生了大量銅鎘渣。銅鎘渣的主要成分為Cu、Zn、Cd,其次為Pb、Fe、Co、Ni等,還有少量硅土等酸不溶物。

(5)鈷渣

濕法煉鋅凈化過程中產生的鈷渣是一種典型的多金屬渣泥,鋅含量40%~50%,鈷含量0.3%~4%,銅含量4%~5%,鎘含量2%~3%。目前,以一個10萬t/a濕法煉鋅企業為例,每年產出的鈷渣約4000 t。鋅精礦經硫酸化焙燒和浸出后,銅、鎘、鎳、鈷、砷、銻、鐵等雜質進入中性浸出液,其中鈷是一種難以除去的雜質。國內外濕法冶煉廠除鈷的方法總體有兩類:一是化學試劑除鈷法,如添加黃藥除鈷法和α-亞硝基-β萘酚除鈷法;二是添加砷鹽、銻鹽和錫鹽等活化劑的鋅粉或合金鋅粉置換除鈷。國內濕法冶煉廠通常采用逆銻凈化法,即添加銻鹽活化劑的鋅粉或合金鋅粉置換除鈷。所產生的凈化鈷渣成分復雜,主要的處理工藝有氨-硫酸銨法、置換除鈷法、氧化沉淀法、選擇性浸出和溶劑萃取法。

(6)鐵釩渣

在濕法煉鋅廠中,45%采用熱酸浸出——鐵釩除鐵工藝處理中性浸出渣,其他5%采用回轉窯還原揮發。在熱酸浸出一鐵釩除鐵工藝中產出大量鐵釩渣,含Fe 25%,Zn 6%~8%以及其他有價金屬,如Ga、Ge、In、Ag等。在所有的鐵氧化物中,鐵礬是最不穩定的結構。

(7)揮發窯渣

在鋅常規浸出工藝中,焙砂經中性及低酸兩段逆流浸出,所含Pb、Au、Ag、In、Ge、Ga 及Cu 60%、Cd 30%和Zn 15%進入浸出渣中。浸出渣采用威爾茲法進行處理,即干燥后配人45%~55%的焦粉,混合后送入回轉窯,在1100~1300℃高溫下,Zn、Pb 和Cd等還原揮發產出次氧化鋅,半熔融狀態的爐渣從窯尾排出水淬成窯渣。窯渣主要有價元素成分:0.7%~1.2% Cu、35%~40% Fe、15%~18% C、0.1~0.3 g/t Au、250~300 g/t Ag、100~250 g/t In 和100~300 g/t Ge。采用常規濕法煉鋅工藝,生產1t電鋅約產出浸出渣1.05 t,窯渣0.8 t。我國每年約產出窯渣150萬t。窯渣的硬度高、粒度細,其成分、物相及嵌布狀態復雜,歷經數十年研究,其綜合回收工藝仍未取得突破。

鎂還原渣

鎂渣是提煉金屬鎂時排出的工業廢渣。硅熱法工藝過程包括白云石煅燒、原料制備、還原和精煉四個階段。還原反應方程式為:

2MgO+2CaO+Si(Fe)——>2Mg+2CaO·SiO+(Fe) (6-1)

還原后生成的廢渣即為鎂渣,每生產1t金屬鎂約排出8~9t鎂渣。鎂渣外觀上大部分呈5~10mm灰色塊狀,少部分呈粉狀。鎂渣的主要成分為CaO (40%~50%)、SiO2,(20%~30%)、Mg0(6%~10%)、Fe203(約9%)、Al203 (2%~5%)。

隨著我國金屬鎂工業的快速發展,鎂渣的排放量逐年增加。目前我國鎂渣的排放量已達數百萬噸,但是我國鎂渣的利用率很低。鎂渣的大量排放堆積,占用了大量的土地資源,并對農作物和周圍環境造成了極大的影響。由于鎂渣中含有較高的CaO和SiO,具有一定的火山灰活性,可以用來代替部分原料配料、煅燒熟料以及用來作為膠凝材料使用。因此,鎂渣的處理及資源化具有顯著的社會效益和環境效益。

廢水處理污泥

廢水處理過程中產生的污泥含有很多有毒有害的重金屬(如Cr、As、Cu、Cd 等),具有易積累、不穩定、易流失等特點。鉛鋅冶煉廠排出的重金屬廢水一般呈酸性,首先須進行中和處理,然后加入去除各種重金屬離子所需的藥劑。在投加藥劑時,會產生大量的渣,其中主要的是由中和作用產生的渣(中和渣)。目前國內所采用的中和劑大都為碳酸鈣和氧化鈣,其主要原因是其價廉,易就地取材,易脫水,但產生的渣量大。

在鉛鋅冶煉廢水處理中,產生的污泥與加入的中和劑種類有關。產生的污泥一般有兩種,一種是硫酸鈣(CaSO么),一種是金屬氫氧化物或金屬硫化物。當用消石灰作中和劑時,產出硫酸鈣污泥,即

H2SO4+Ca(OH)2————>CaSO4+2H2O (6-2)

MSO4+Ca(OH)2—→CaSO4+M(OH)2 (6-3)

當用硫化鈉作中和劑時,產出硫化物污泥,即

M2++S2-→MS (6-4)

式中:M代表Pb、Cd、Hg、As等金屬元素。

針對污泥的特點及其危害性,從環境污染防治和資源循環利用的角度考慮,主要采用以下兩種處理方式:一是進行無害化處置;二是對污泥中的有價金屬進行綜合回收與資源化利用。對重金屬污泥的處理應首先考慮回收利用,經回收處

理后的污泥必須進行穩定化/固化處理,無害化后進行填埋處置。當前國內對于重金屬污泥穩定化/固化處理處置的研究相對較少,缺乏成熟技術和方法,遠遠不能滿足我國冶金工業高速發展和環境保護標準日益提高的要求。
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