有色金属冶炼固废资源化利用进展

有色金属冶炼固废资源化利用进展

孔宝刘霞

安徽国祯环保节能科技股份有限公司安徽230088

摘要：有色金属冶炼废渣产量大，危害大，严重污染环境并危及人体健康，回收废渣中的有价物质、充分资源化利用废渣不仅能够节约资源而且也能保护环境。文章概括了目前国内外有色金属冶炼固废资源化利用的途径和方法，提出了今后可能的研究方向。

关键词：有色金属；固废；综合利用

1引言

有色金属是各国国民经济发展的基础材料，随着现代化工、农业和科学技术的突飞猛进，有色金属在人类发展中的地位愈来愈重要。然而金属矿冶业确是一个重污染行业，在有色金属的冶炼过程中，产生的固体废弃物日益增多，就单单有色金属铜的冶炼过程中产生的铜渣量就非常大，伊朗和巴西每年铜渣产生量就分别为36和24.4万吨[1-2]，而在美国和日本每年工业生产产生的铜渣量高达400和200万吨[3-4]。这些冶金固废的堆放不仅要占用大量土地，而且污染环境，特别是有害、有毒金属对地表和地下水源的污染严重威胁着千百万人的身体健康。冶金固废的丢弃同时也会使一些有用组分分散，造成资源浪费。由于能源、资源、环境保护三方面的迫切需要，综合利用这些固体废弃物是当前迫切需要解决的问题。

本文就目前国内外对于有色金属冶炼固体废弃物的综合利用作一个简单的概述，主要包括各种有色金属冶炼废渣的组成分析、废渣中有价物质的回收以及其它方面各种固体废弃物的利用。

2有色金属冶炼固废的组成特性分析

由于有色金属冶炼矿石的来源不同以及不同冶炼厂采取不同的冶炼工艺，所产生的固体废弃物的成分有很大的差距，特别是废渣中所含金属的种类和含量有很大的不同。在过去的几十年时间里，对于各种有色金属冶炼废渣的成分做了大量的研究，其中，铜渣研究的最早。由于铜矿石来源不同、冶炼方式以及冷却方式不同，铜渣的组成通常是变化的，但铜渣中主要的组成是Fe和SiO2以及其它物质[5]。几乎所有的铜渣中都还有一定量的铜，有时根据铜矿石来源的不同，有的铜渣中还会含有钴和镍等金属，它们的含量大多时候都较高，值得回收利用。

盐渣和红泥主要都产生与铝工业中。盐渣中主要含有大量可溶性的盐，一旦和雨水或者地下水接触的时候，将会有大量的氯离子进入水体，导致水体的污染，还可能会释放NH3、H2S等有害气体，对环境造成极大的危害。

与钢铁冶炼废渣相比，有色金属冶炼废渣有很大的不同，它含有一定量的重金属和有害物质，直接对其利用可能对环境产生一定的影响，因此应该在综合利用之前，对有色金属冶炼废渣的成分有很好的分析。

3有色金属冶炼固废中有价物质的回收

在过去的几十年时间里，大量的学者对有色金属冶炼废渣中有价物质的回收做了大量的研究，废渣中有价金属的回收方法很多，主要分为三类：浮选法、浸出法和焙烧法。

浮选法就是利用废渣中各种物质的表面物理化学性质的差异而回收所需要的物质。很早J.Szépvölgyi等人[6]就通过浮选法处理了含有铜铅等金属的有色金属冶炼废渣。浸出法是有色金属冶炼废渣中金属回收另一种很常用的方法，它主要是通过选择一定的浸出剂将废渣中所需要的物质与其它不溶物质分离开。根据浸出剂的不同，浸出法通常分为酸浸和碱浸[7-8]。焙烧法就是把废渣加热而不使熔化，但却可以改变废渣中某些组分的化学组成或物理性质，以转变成一种较易从废渣中分离出来的物质。焙烧法通常与上述两种方法结合起来回收废渣中的有价物质。根据添加剂的不同，焙烧法通常分为氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧以及氯化焙烧等。

4有色金属冶炼固废的综合利用

由于有色金属冶炼废渣里面的有价物质含量并不是都非常高，如果均采取回收有价物质的措施经济上可能不合算，因此可以以各种废渣作为原材料制备各种产品，例如水泥、混凝土、陶瓷、玻璃等。

4.1生产水泥和混凝土

利用有色金属冶炼固废生产建筑材料是目前处理有色金属冶炼固体废弃物的重要途径。由于生产建筑材料一般不会产生二次污染，因而也是消除污染、化害为利的较好途径，并且能够大规模综合利用有色冶金固体废弃物。

有色金属冶金废渣磨到一定细度，既可以用于制水泥的混合材料，也可以用于制混凝土的掺合料，在过去的几十年时间里，大量的研究者将注意力集中如何将各种有色金属冶炼废渣利用在生产水泥和作为混凝土细料的研究上。总的来讲，大部分冶金炉渣属于硅酸盐材料，适合水泥生产，也是一种极好的水泥混合材，如添加到水泥熟料生产中，可得到高标号水泥熟料。

4.2作为制备陶瓷产品、玻璃、砖等原材料

Herman曾经就研究了利用铜渣作为生产陶瓷产品的原材料，特别是作为陶瓷粘合剂的组分，研究发现用铜渣代替生产陶瓷产品能够使得性能得到更好的提高[9]。M.Garcia-Valles等人采用水泥研制的方法利用工业铝冶炼渣和铸造用沙制备了一种新的陶瓷材料（PROUSÓ），这种材料具有很好的隔声和隔热作用，通过研究发现它对500Hz波段的厄声音有很好的吸收效果，吸收率达95%，并且这种材料具有一定的强度，适合做工业墙体材料[10]。

4.3代替石子铺路

经处理后的有色金属冶炼废渣具有较好的稳定性，可用于道路的基层、垫层及面层。CollinsRJ和CielieskiSK研究过用铜渣和沥青混合后用于高速公路的铺设[3]，研究表明，磨碎后的铜渣细料与沥青有很好的亲和性，与部分天然石料相混后可铺筑高质量柔性道路，道路的稳定性也较好。

4.4农业中的应用

在很多冶金渣中都含有P、Ca、Si等农作物生长所需的元素，经过适当处理可以用作为农业肥料或添加剂。但由于废渣中重金属含量一直很高，经过一定的回收处理，但仍很难达到农业标准，使得这一利用很难推广。已有不少学者对此做了不少研究，分析各种废渣是否适合农业，也发现一部分有色冶金固废经过适当处理是可以作为农业肥料加以使用的。

4.5其它方面的利用

越来越多的学者投身于有色冶金企业产生的固废的资源化利用技术的研究，取得了很大的成果，使得有色冶金固体废弃物的综合利用有了各种各样的新途径和新方法。

对于废渣在污水方面的吸附作用取得了一系列成果。崔东淼也利用钛白工业废渣研究对水中农业去除的效果[11]，发现钛渣对有机物具有一定的吸附去除作用，主要是经硫酸浸泡腐蚀后，其表面呈多孔状，具有较大的比表面积，钛渣粒度越小，去除效果越好。JuanPatricioIbafiez等人则研究利用铁镍冶炼厂的废渣去除低浓度悬浮液废水里的细小颗粒[12]。对于一些具有较高热值的有色冶金固废，如何充分利用这一能量也成为研究的方向。汕头市澄海区环境科学研究所的一些研究人员就利用这些工业废渣生产固体燃料[13]。

5结论及研究前景

有色金属原材料短缺的严峻形势已经显现，有色金属行业的可持续发展面临着挑战，充分资源化利用有色冶金固体废弃物成为了很重要的一点，今后有色冶金固废的综合利用研究发展的可能方向为：

1、进一步深入了解各种有色冶金固废的特性，努力寻找综合利用的新方法和新途径，使得资源化利用途径的多元化。

2、研究新的工艺和方法，提出提高有色金属固废有价金属的回收率的新方法和新工艺。

3、有色冶金固废的量正逐年增加，开发能够大规模综合利用固体废弃物的途径将成为非常重要的一点。

4、以有色冶金固废为原材料，开发制备更多新产品的工艺。

5、针对不同冶金固体废弃物，开发能够综合处理的低污染、低成本、低能耗、短流程的工艺。

参考文献：

[1]BehnoodA.Effectsofhightemperaturesonhigh-strengthconcretesincorporatingcopperslagaggregates.In：Proceedingsofseventhinternationalsymposiumonhigh-performanceconcrete.ACISP228-66，Washington，USA；2005.p.1063–75.

[2]MouraW，MasueroA，DalMolinD，VilelaA.Concreteperformancewithadmixturesofelectricalsteelslagandcopperconcerningmechanicalproperties.ACISP-186；1999.p.81–100.

[3]CollinsR，CiesielskiSK.Recyclinganduseofwastematerialsandby-productsinhighwayconstruction.In：Nationalcooperativehighwayresearchprogramsynthesisofhighwaypracticeno.199.Washington（DC）：TransportationResearchBoard；1994.

[4]AyanoT，KuramotoO，SakataK.Concretewithcopperslagfineaggregate.JSocMaterSci2000；49（10）：1097–102.

[5]CaijunShi，JueshiQian.Highperformancecementingmaterialsfromindustrialslags.Resources，ConservationandRecycling29（2000）195–207.

[6]J.Szépvölgyi，I.Bertóti，I.Varga，M.Mohai，T.Székely，I.Párkányi.MineralsEngineering，Volume1，Issue2，1988，Pages127-136.

[7]RWinand.Hydrometallurgyonchloride.Hydrometallurgy，1991，27（3）：285-316.

[8]Anand，S.，Rao，P.，Kanta，X.，Jena，P.K.，1980.Recoveryofmetalvaluesfromcopperconverterandsmelterslagsbyferricchlorideleaching.Hydrometallurgy5（4），355–365.

[9]HermanD.Propertiesofcopperslagsanddirectionoftheirutilization.PowlokiOchronne1989，17（1-2）：47-49.

[10]M.Garcia-Valles，G.Avila，S.Martinez.Acousticbarriersobtainedfromindustrialwastes.Chemosphere72（2008）1098–1102.

[11]崔东淼.工业废渣对水中农药去除的研究[J].山东化工，2006，35：10-12.

[12]JuanPatricioIbafiez，YoshiakiUmetsu，HiroshiSasaki.Removalofpollutantultrafineparticlesfromlowconcentratedsuspensionsusingasolidwaste.Hydrometallurgy47（1998）：353-369.

[13]林广清，陈文端，黄益珩.利用具有热值的工业固废生产固体燃料的探讨[J].环境工程，2005，23（4）：67-70.