有色冶金渣的资源化利用研究现状

有色冶金渣的资源化利用研究现状

陈志伟

身份证号：130122197707304337

摘要：有色冶金矿渣是指有色矿物冶炼过程中产生的废渣，如从铝土矿中提取氧化铝时排出的赤泥、镍铁合金冶炼过程中产生的镍铁渣、铜冶炼过程中产生的铜渣等，其产生量与矿石质量和投加量有关。据统计，2021年我国有色金属产量为6454万吨，同比增长5.4%，呈持续增长趋势。有色冶金渣的排放量已超过3000万吨，但综合利用率仅为60%，远低于90%以上黑色冶金渣的利用水平，导致有色冶金渣的储存量呈指数级增长。这些废弃物长期露天存放，不仅消耗了大量的土地资源，增加了企业成本，而且长期风化浸出，使有害元素渗入地下水、河流和土壤，造成严重的环境污染，危及周围人、动植物的健康。同时，矿渣中有价值的成分没有得到有效利用。冶金渣的减量化、安全化和资源化利用是整个有色金属行业普遍存在的问题，也是阻碍行业绿色可持续发展的根本问题。

关键词：有色冶金渣；资源化；利用

1常见有色冶金渣的种类与理化性质

1.1赤泥

赤泥是氧化铝生产中产生的，以Al2O3、Fe2O3、CaO和SiO2为主体的强碱性固体废弃物，因为含有较多的Fe2O3,其外形呈鲜红色，故称之为赤泥。每制造1t三氧化二铝会带来0.6～2.5t赤泥。在我国做为世界第一的氧化铝生产强国，赤泥年发生量可达上亿多吨。依据氧化铝生产工艺技术不一样，赤泥可以分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和结合法赤泥。拜耳法赤泥显著具备含钙和含硅量低特性，但Fe、Al和Na含量比较高，主要矿物相为硅铝酸钠、凝固紫牙乌、白云石和一水软铝石；烧结法赤泥和结合法赤泥的钙含量和含硅量比较高，主要矿物相为氯化镁二钙、白云石、钙钛矿、铁铝酸四钙等，在其中氯化镁二钙基本上约占品质的50%,可以直接用以建筑装饰材料生产制造。

1.2镍铁渣

镍铁渣是冶炼镍铁合金中产生的，以Fe2O3、SiO2和MgO等金属氧化物为基本成分熔融物经水碎后所形成的球型颗粒固体废弃物，一般呈墨绿。每制造1t镍也会产生6～16t废料。镍铁渣已经成为在我国继铁渣、炉渣、赤泥以后的第四大冶炼固体废弃物。镍铁渣成份因铁矿石由来、特性和冶炼工艺技术不一样有所差异。炼铁高炉镍铁渣属SiO2-Al2O3-CaO系，CaO含量为20%～30%,具备钙含量高、铁含量低特性，矿含量物相有氯化镁二钙、硅酸三钙、硫酸钙、碳酸氢钙、镁橄榄石和镁尖晶等，有一定的潜在性活力；加热炉镍铁渣属SiO2-MgO-Fe2O3系，其MgO含量比较高(≥20%),CaO含量比较低(≤10%),并且其Fe2O3含量远远高于炼铁高炉镍铁渣，具备镁含量和铁含量高、钙含量低特性，矿物质相以镁(铁)孔雀石为主导，具备潜在性活力低、易磨能力差、运用成本相对高的特征。

1.3铜渣

铜渣是造锍冶炼或冰法吹炼中产生的，以金属氧化物、硫酸盐和铝硅酸盐为主导，与此同时广泛带有Cu、Fe等化学元素的白色玻璃状废料，呈高密度状，硬而脆，具有较好的牢固性、可靠性和耐磨性能等物理性能。运用当代氧气充足吹炼加强炼铜加工工艺，每制造1t铜会带来2～3t铜渣。2020年，在我国精炼铜生产量为1003万t,铜渣消耗量达到3000多万元t,其处理方法仍然以箱使为主导，总计箱使已超3亿t,开发利用幅度尚需增加。不同类型的冶炼方式生产出来的铜渣成分不一样。铜渣广泛带有0.5%～2.0%的Cu、30%～40%的Fe、30%～40%的SiO2,及其低于10%的Al2O3、Fe3O4和CaO,矿物质相大多为铁孔雀石、赤铁矿、硫酸盐、方镁石、黄铜矿和方石英石等。格外的，铜渣的有价金属原素含量比较高，具备明显的回收利用使用价值。

1.4铅锌渣

铅锌渣是铅锌冶炼时高温熔融煤灰经水碎造成，以金属氧化物为主导、具备金属质感不规则灰黑色玻璃态废料，在硫氰酸钾或碱激起条件下具备一定的活力。铅锌冶炼系统软件每制造1t金属铅会带来0.71t废料，每制造1t金属锌会带来0.96t废料。2020年，在我国铅、锌生产量分别是644万t和643万t,同比增加9.4%和2.7%,居全球第一位,仅这一年在我国新所产生的铅锌渣量也高达上百万吨。因为生产原料冶炼方式的差异，所得的铅锌渣的主要成份略微差别，但均是Fe2O3、SiO2、CaO和Al2O3等金属氧化物，以化学物质、离子晶体、碳化物混合物质等方式存有，另外还有硫酸盐和硫化物等。矿物成分以玻璃相为主导，带有少量乌蓝硼石、镁黄大理岩、铝钙硅和铝铁。

2有色冶金渣的资源化利用

2.1滚筒法处理液态钢渣技术

该技术的主要工作原理是：将高温钢水渣注入高速转鼓内，然后在转鼓内挤压钢球，冷却水，将钢渣破碎成颗粒状。该技术具有设备操作简单、投资少、安全性高等优点。处理后的钢渣稳定性好，可直接回收利用，有效地减少了对环境的污染。该技术的出现，引发了钢水渣处理技术的革命。

2.2选矿技术

选矿法从有色冶金渣中提取贵金属具有工艺简单、处理量大、污染小等优点。根据选矿原理的不同，选矿方法可分为浮选法、重力法和磁选法。浮选是指根据矿渣中矿物颗粒的表面电学、亲水性、氧化程度等物理化学性质的差异，根据矿物浮力的差异进行分离的方法。重力分离是根据矿渣中矿物颗粒密度的不同，在一定介质中进行分离的一种方法。磁选是根据矿渣中颗粒的磁性差异，在非均匀磁场中进行分离的一种方法。在实际应用中，必须根据废渣的理化性质选择合适的选择方法。

2.3钢渣风碎技术

该技术的主要原理是高温下钢渣分子间的引力小，分离能耗低。利用高速气流将钢水渣溶液快速粉碎成细小的空间液滴，然后通过高速鼓风机冷却为半固态液体，最后在水箱中冷却凝固。该技术有效地克服了钢渣在水中高温爆炸的问题，弥补了传统钢渣处理方法的不足。具有安全可靠、工艺简单、处理量大、一次造粒完全、耗水量低的优点。

2.4选冶联合技术

由于有色冶金矿渣的复杂性，单一的方法无法有效地回收有色冶金矿渣中的合金元素，所以选矿技术与冶金技术相结合，结合各自的优势，针对不同的有色矿渣的成分和结构特点。使废渣处理更加灵活有效，实现资源的综合回收。

3冶金固废资源化处理的发展趋势

目前，我国的冶金固体废物处理体系还不完善，冶金固体废物利用率还有待提高，许多领域还需要进一步完善。目前我国仍有大量的冶金固体废物未经回收利用，仍处于研发阶段，如钢合金渣和部分有色金属等。在资源循环利用的基础上，相关研究人员还需要积累经验，对资源处理技术的多方面进行研究，提高冶金固体废物资源的循环利用效率，建立生态经济的冶金固体废物循环利用体系。传统的锌、铁等金属的回收方法可以在实践中不断探索和创新。例如，它已经扩展到农业复合肥、海洋防赤潮钢渣和固体废物敏感热能发电等项目。同时，可以借鉴国外成功的技术，提高产品的低回收率、高排放率和低转化率。在保护环境的基础上，提高资源的循环利用率，为企业获得更大的经济效益。

4结论

冶金工业作为我国工业的支柱产业，在工业发展中面临着严重的资源和环境问题。因此，提高冶金固体废物的回收率对冶金工业的可持续发展具有重要意义。经过多年的研究和发展，我国在冶金固体废物处理方面取得了一定的成果，但与国外相比，仍存在一些问题和缺陷。有关人员仍需开展大量研究，不断提高冶金固体废物的回收率，建立完善的冶金固体废物处理体系，减少冶金行业的环境污染，提高资源综合利用率。

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