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技術(shù)前沿

冶金固廢綜合再利用現(xiàn)狀

時(shí)間:2021-12-15

我國是冶金大國,2019年我國鋼鐵產(chǎn)量9.96億噸位居全球第一,占世界鋼鐵產(chǎn)量的53.31%。但在鋼鐵或有色金屬冶煉過程,將必不可免的產(chǎn)生多種固體廢棄物,像鋼渣、爐渣等,統(tǒng)稱冶金固體廢棄物,簡稱冶金固廢。目前,我國鋼鐵行業(yè)冶煉廢渣年產(chǎn)生量約4.2億噸,有色金屬行業(yè)廢渣年產(chǎn)生1.28億噸。



01

冶金固廢分類




    冶金固廢根據(jù)固廢產(chǎn)生環(huán)節(jié)和成分可以分為爐渣、鐵合金渣、鋼渣、有色金屬冶金渣與塵泥、赤泥等,下面重點(diǎn)介紹其中幾類。

1

礦渣:在煉鐵過程中,氧化鐵在高溫下還原成金屬鐵,鐵礦石中的二氧化硅、 氧化鋁等雜質(zhì)與石灰等反應(yīng)生成以硅酸鹽和硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物。礦渣是鋼鐵冶金工業(yè)生產(chǎn)中排放量最大的一種固體廢棄物,其排放量與入爐礦石的品味及冶煉制度有直接關(guān)系。

2

鋼渣:鋼渣是轉(zhuǎn)爐、電爐、精煉爐在熔煉過程中排出的,由金屬原料中的雜質(zhì)

與助熔劑、爐襯形成的渣,以硅酸鹽、鐵酸鹽為主要成分。

3

塵泥:隨著煤氣氣流或氧化后隨煙氣排出冶煉設(shè)備形成的,一般鐵或金屬元素量較高,可分為轉(zhuǎn)爐污泥、高爐瓦斯灰、煉鐵除塵灰、煤氣除塵灰等。

4

赤泥:赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時(shí)排出的工業(yè)固體廢棄物,因含氧化鐵量大,外觀與赤色泥土相似,大約每生產(chǎn)1噸氧化鋁要排放1.0~1.8噸赤泥。



02

冶金固廢環(huán)境危害



    冶金固廢對環(huán)境的影響,主要表現(xiàn)為以下方面:

1

侵占土地:冶金固廢例如鋼渣比花崗巖還硬,每年除用于對少量工程回填地基外,絕大部分都棄之周邊,甚至侵占了大批土地良田。

2

污染土壤和水體:冶金固廢若沒有采取適當(dāng)防滲措施的填埋,經(jīng)過風(fēng)化、雨雪淋融、地表徑流的侵蝕,其中的有害成分很容易產(chǎn)生高溫和有毒液體并滲入土壤,殺滅土壤中的微生物,破壞微生物與周圍環(huán)境構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng),甚至導(dǎo)致草木不生;有害成分若滲流入水體,則可能進(jìn)一步危害人的健康。

3

揚(yáng)塵危害:塵泥和高爐渣中的以細(xì)粒狀存在的廢渣,在大風(fēng)吹動(dòng)下會(huì)隨風(fēng)飄逸,擴(kuò)散到遠(yuǎn)處;運(yùn)輸過程中會(huì)產(chǎn)生有害的氣體和粉塵,引起大氣污染。、



03

綜合再利用



    我國冶金廢棄物的治理分為三個(gè)階段:第一階段采用最簡單也是最原始的方式,將廢渣直接掩埋;第二階段的治理方式過渡到粗放型,也就是對廢渣實(shí)施初步的再利用;第三階段屬于優(yōu)化治理方式,將冶金固廢進(jìn)行整體回收,大力開發(fā)和綜合利用資源。近年來,我國冶金固廢被大量應(yīng)用于公路建設(shè)、建筑行業(yè)和建材行業(yè),綜合利用可達(dá)60%左右。

1

金屬回收
冶金固廢中含有多種其他金屬,往往可提取金、銀、鈷、銻、鈀、鉑等,有的含量可達(dá)到甚至超過工業(yè)礦床的品位,有些回收的稀有貴重金屬的價(jià)值甚至超過主金屬的價(jià)值。如將銅渣收集到回收室,經(jīng)氧化熔燒,再通過還原方法處理技術(shù)可回收銅粒;赤泥中有10%-45%的鐵,可回收大量的鐵得到高品位的煉鐵精料,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;煤粉灰和煤矸石中含有鐵、鉬、鍺、釩、鈾、鋁等金屬,也有回收的價(jià)值等。

2

建材化利用
建材行業(yè)在處置冶金固廢方面具有十分重要的作用。一方面,鋼渣通過磨細(xì)激發(fā)活性,替代水泥用于混凝土建筑工程,可降低混凝土水化熱而產(chǎn)生的裂縫,提高混凝土的后期強(qiáng)度以及耐磨、抗凍和耐腐蝕性能,這種鋼渣水泥是行業(yè)中研究的熱點(diǎn);另一方面,礦渣作為水泥混合材和混凝土摻合料的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟,而且應(yīng)用廣泛,也是重要的綜合利用方向;還有,赤泥物理成分與粘土相似,因此赤泥是粘土的良好替代品,利用赤泥為主要原料可生產(chǎn)多種磚,如免蒸燒磚、粉煤灰磚、裝飾磚、陶瓷釉面磚等;最后,礦渣制備微晶玻璃、巖棉等技術(shù)也越來越成熟,冶金固廢也走出了“一無是處”的尷尬,邁向“渾身是寶”的新征程。

3

道路工程
礦渣破碎形成的混合礦渣是一種優(yōu)異的修筑道路基層和墊層的材料,具有平整度好、蓄水、隔溫等特點(diǎn)。

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陶瓷行業(yè)
利用冶金渣制備陶瓷是一條大宗高值的資源化利用途徑。冶金渣中的惰性組分、重金屬、游離氧化鈣或堿金屬等可轉(zhuǎn)變?yōu)樘沾芍械挠幸娼M分,使陶瓷具有力學(xué)性能優(yōu)異、抗磨、耐腐蝕、固結(jié)重金屬等優(yōu)良特性。當(dāng)前我國已經(jīng)具有利用工業(yè)固廢制備陶瓷材料的技術(shù)實(shí)力,且該技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。

5

環(huán)保行業(yè)
研究表明,鋼渣具有化學(xué)沉淀和吸附作用?在鋼渣處理廢水研究中,鉻的去除率達(dá)到99%,鋅的去除率達(dá)98%以上,汞的去除率達(dá)到90.6%等等;另外,赤泥因其物化特性被認(rèn)為是吸附劑與混凝劑的良好混合體,被廣泛用于研究處理水中污染物例如重金屬離子、有機(jī)物和NOx、SOx、H2S等酸性氣體。


    我國對冶金固廢的綜合利用開展了大量的工作,取得了諸多成績,但實(shí)現(xiàn)冶金固廢的綜合利用,絕不僅僅局限于以上行業(yè)。冶金固廢的處理與利用涉及到多個(gè)交叉學(xué)科領(lǐng)域,還需要更多領(lǐng)域的專家、企業(yè)參與其中。

                                                  來源:河北省固廢建材化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室