冶金廢渣的綜合利用

1、有色冶金廢渣的綜合利用概述：冶金污染是指冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種固體廢棄物。主要指煉鐵爐中產(chǎn)生的高爐渣、鋼渣；有色金屬冶煉產(chǎn)生的各種有色金屬渣，如銅渣、鉛渣、鋅 渣、鎳渣等。鋼鐵生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，在每一工序都會產(chǎn)生粉塵、廢氣等過程廢 物排放。如鋼鐵冶金過程必然要產(chǎn)生爐渣，燃料燃燒、鐵礦石被碳還原、鐵水脫 碳時要產(chǎn)生氣體產(chǎn)物。半個世紀(jì)以來公鐵企業(yè)的生產(chǎn)、技術(shù)和環(huán)境問題對策經(jīng)歷 了公害治理；節(jié)能減排；清潔生產(chǎn)、綠色制造；工業(yè)生態(tài)鏈、循環(huán)經(jīng)濟(jì)。長期以 來，人們一直認(rèn)為鋼鐵廠是資源消耗量大、能源消耗量大、排放量大、廢棄物多 及污染大的企業(yè)。本課程設(shè)計主要介紹各種有色冶金工藝過程中的廢渣及廢渣的 處

2、理利用。一高爐渣高爐渣的產(chǎn)量隨冶煉技術(shù)及礦石的品位不同而變化。高爐渣屬于硅酸鹽材 料。它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并具有抗磨、吸水等特點，可供廣泛應(yīng)有，國內(nèi)對高爐渣 的應(yīng)用都很重視，為了適應(yīng)不同的用途，高爐渣可分別被加工成水渣、礦渣碎石 和膨脹礦渣等幾類主要產(chǎn)品。1.1水渣水渣就是將熔融狀態(tài)的高爐渣用水或水與空氣的混合物給予水淬；使其成為砂粒狀的玻璃質(zhì)物質(zhì)。這也是我國處理高爐渣的主要方法。具體水淬方式很多， 常用的有過濾池法水淬工藝和攪拌槽泵送法水淬工藝等。1.2礦渣碎石礦渣碎石是高爐渣在指定的渣坑或渣場自然冷卻或淋水冷卻形成較致密的 礦渣后，再經(jīng)過破碎、篩分等工序所得到的一種碎石材料。為此常用熱潑法。近

3、 年來，德、法、英、美等國多采用薄層多層熱潑法。該法具有操作容易、渣密度 高等優(yōu)點。1.3膨脹礦渣膨脹礦渣是用水急冷高爐渣而形成的多孔輕質(zhì)礦渣。為此可用噴射法、噴霧 器塹溝法、流槽法等生產(chǎn)。較新的工藝是加拿大礦渣有限公司發(fā)明的用流筒法生 產(chǎn)膨脹礦渣珠，簡稱“膨珠”。二鋼渣鋼渣是煉鋼過程中排出的固體廢物， 包括轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣等。煉鋼過程中的 排渣工藝，不僅影響到煉鋼技術(shù)的發(fā)展，也與鋼渣的綜合利用密切相關(guān)。目前， 煉鋼過程的排渣處理工藝大體可分為如下四種：冷棄法、熱潑碎石工藝、鋼渣水 淬工藝、風(fēng)淬法。2.1冷棄法冷棄法就是鋼渣倒入渣罐，待其緩冷后直接運往渣場堆成渣山，以往我國也 多用此法。2.2熱

4、潑碎石工藝熱潑碎石工藝是用吊車將渣罐中的液態(tài)鋼渣分層潑倒在渣床上（或渣坑內(nèi)），并同時噴水使其急冷碎裂，而后再運往渣場。2.3鋼渣水淬工藝鋼渣水淬工藝是排出的高溫液態(tài)爐渣， 被壓力水切割擊碎，加之遇水急冷收 縮而破裂，在水幕中粒化。具體作法又有盤潑水冷法，爐前水沖法及傾翻罐-水 池法等多種方法。2.4風(fēng)粹法風(fēng)淬法其主要優(yōu)點是可回收高溫熔渣所含的熱量（約2100 2200MJ/t ）的41%，避免了熔渣遇水爆炸的問題，并改善了操作環(huán)境。鋼渣可風(fēng)淬成3mm以下的堅硬球體，可直接用作灰漿的細(xì)骨料。迄今，人們已開發(fā)了多種有關(guān)鋼渣綜 合利用的途徑，主要包括冶金、建筑材料、農(nóng)業(yè)利用、回填幾個領(lǐng)域。三有色金屬

5、渣有色金屬渣水淬后大多是呈亮黑色的致密顆粒，含有大量的硅酸鐵（鐵橄欖石），一般達(dá)6070%。以銅渣為例，如果將它放入回轉(zhuǎn)窯氧化焙燒，再采用還原的方法處理，可以回收粒鐵，但經(jīng)濟(jì)上是否合算，尚需研究。銅、鉛、鋅、鎳等重金屬爐渣含有大量鐵的化合物， 可以代替鐵礦粉作為水泥的原料。 重金屬 爐渣破碎后可作混凝土的粗細(xì)骨料。 磨細(xì)的渣粉可作為水泥的外摻料，但由于重 金屬爐渣的水化活性較差，用作外摻料在數(shù)量上應(yīng)有控制。銅水淬渣在摻入石灰拌和壓實后具有不易吸水和強度較高的特點，可作為公路基層，在多雨潮濕地區(qū)筑路尤為適用。用氣冷的銅渣作鐵路道碴鋪設(shè)混砂道床， 沒 有一般混砂道床容易下沉的缺點。熔融的銅渣可以直

6、接澆注入模并控制其結(jié)晶和 退火溫度，制成致密堅硬的銅渣鑄石，作為耐磨材料使用。德意志民主共和國利 用較多，中國50年代也已試驗和試用成功。在缺銅的土壤中施用銅渣粉以補充 土壤中的微量元素，能夠提高小麥和向日葵等作物的產(chǎn)量。有色金屬渣種類繁多， 目前對重金屬渣中的銅、鉛、鎳爐渣的處理和利用研究得較多， 輕金屬渣中的赤 泥也受到重視，稀有金屬渣大都未進(jìn)行有效的處理和利用。四赤泥赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，一般平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，附帶產(chǎn)生1.02.0噸赤泥。中國作為世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國，每年排放 的赤泥高達(dá)數(shù)百萬噸4.1從赤泥中回收有價金屬4.1.1從赤泥中回收鐵鐵是赤泥的主要成

7、分，一般含有 10%到45%，但直接作為煉鐵原料時含量 還很低，因此有些國家先將赤泥預(yù)焙燒后入沸騰爐內(nèi)，在溫度700800C還原，是赤泥中得Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4還原物在經(jīng)過冷卻、粉碎后用濕式或干式磁 選機分選，得到含鐵63%到81%磁性產(chǎn)品，鐵回收率為83%到93%，是一種高 品位的煉鐵精料。4.1.2從赤泥中回收鋁、鈦、釩、錳等多種金屬研究表明，利用蘇打灰燒結(jié)和苛性堿浸出，可以從赤泥中回收90%以上的氧 化鋁，而沸騰爐還原的赤泥，經(jīng)分離出非磁性產(chǎn)品后，加入碳酸鈉或碳酸鈣進(jìn)行 燒結(jié)，在PH=10的條件下，浸出形成的鋁酸鹽，再經(jīng)加水稀釋浸出，使鋁酸鹽 水解析出，鋁被分離后剩下的渣在 80C

8、條件下用50%的硫酸處理，獲得硫酸鈦 溶液，再經(jīng)過水解而得到 TiO2 ;分離鈦后的殘渣再經(jīng)過酸處理、煅燒、水解等 作業(yè)，可以從中回收釩、鉻、錳等金屬氧化物。赤泥還可以直接浸出生產(chǎn)冰晶石（Na3AIF6）。4.1.3從赤泥中回收稀有金屬從赤泥中回收稀有金屬主要方法有：還原熔煉法、硫酸化焙燒法、非酸洗液浸出法、碳酸鈉溶液浸出法等。國外從赤泥中提取稀土稀有元素的主要工藝采用 酸浸一提取工藝，酸浸包括鹽酸浸出、硫酸浸出、硝酸浸出等。由于硝酸具有較 強的腐蝕性，且隨之的提取工藝戒指不能與之相銜接，因此，大多采用鹽酸、硫 酸浸出。前蘇聯(lián)等國將赤泥在電爐里熔煉， 得到生鐵和渣。再用30%的硫酸在溫 度80

9、90C條件下，將渣浸出1h,浸出溶液再用萃取劑萃取鋯、鈧、鈾、釷和稀 土類元素。4.2赤泥在建材工業(yè)及農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用4.2.1生產(chǎn)水泥燒結(jié)赤泥作為水泥原料，配以適當(dāng)?shù)墓栀|(zhì)材料和石灰石，赤泥的配比可達(dá)25%30%。用赤泥可生產(chǎn)多種型號的水泥，其工藝流程和技術(shù)參數(shù)與普通的水 泥廠基本相同：從氧化鋁生產(chǎn)工藝中排出的赤泥，經(jīng)過濾、脫水后，與沙巖、石 灰石和鐵粉等共同磨制得到生料漿， 使之達(dá)到技術(shù)指標(biāo)后，用流入法在蒸發(fā)機中 除去大部分的水分，而后在回轉(zhuǎn)窯中煅燒成熟料，加入適量的石膏和礦渣等活性 物質(zhì)，磨至一定細(xì)度，即得水泥產(chǎn)品。每生產(chǎn) 1t水泥可利用赤泥400kg。該水泥 熟料采用濕法生產(chǎn)工藝，因為生產(chǎn)水

10、泥所用粘土質(zhì)原料是赤泥，其含水率高達(dá) 60%左右，其細(xì)度高、比表面積大，難于烘干，烘干赤泥后的熟料，不僅飛揚損 失多，而且廢氣也不易凈化處理，故不便采用干法處理。需要注意的是對所用的 赤泥的毒性和放射性問題須先進(jìn)行檢測，以確保產(chǎn)品的安全。4.2.2制造煉鋼用保護(hù)渣燒結(jié)赤泥含有SiO2、AI2O3、CaO等組分，為CaO硅酸鹽渣，而且含有Na2O、K2O、MgO等溶劑組分，具有熔體一系列物化特性。作為保護(hù)渣生產(chǎn)較好的原 料，資源豐富，組成成分穩(wěn)定，是鋼鐵工業(yè)澆注用保護(hù)材料的理想原料。赤泥制成的保護(hù)渣按其用途可大體分為： 普通渣、特種渣和速溶渣幾種類型，適用于碳 素鋼、低合金鋼、不銹鋼、純鐵等鋼種

11、和錠型實踐證明，這種赤泥制成的保護(hù)扎 可以顯著降低鋼錠頭部及邊緣增碳， 提高鋼錠表面質(zhì)量，可明顯改善鋼坯低倍組 織，提高鋼坯成才質(zhì)量和金屬回收率， 具有比其他保護(hù)材料強的同化性能， 其主 要技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到或超過國內(nèi)外現(xiàn)有保護(hù)渣的水平。該生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量好，可以明顯提高鋼錠（坯）質(zhì)量，鋼錠成材金屬收得率可以提高4%,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模為年處理能力為15000t時，可處理赤泥量9000t/a, 是處理赤泥的有效途徑之一，具有推廣價值。4.2.3利用赤泥生產(chǎn)磚利用赤泥為主要原料可生產(chǎn)多種磚，如免蒸燒磚、粉煤灰轉(zhuǎn)、裝飾磚、陶瓷 釉面磚等。以燒結(jié)法赤泥制釉面磚為例，所采用的原料組分少，

12、除赤泥作為基本 原料，僅輔以粘土質(zhì)和硅質(zhì)材料，其工藝過程為：原料f預(yù)加工f配料f料漿制 備（加稀釋液）f噴霧干燥f壓型f干燥f施釉f煅燒f成品。4.2.4利用赤泥生產(chǎn)硅鈣肥料和塑料填充劑赤泥中除含有較高的硅鈣成分外，還含有農(nóng)作物生長必需的多種元素，利用 赤泥生產(chǎn)的堿性復(fù)合硅鈣肥料，可以促使農(nóng)作物生長，增強農(nóng)作物的抗病能力， 降低土壤酸性，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善糧食品質(zhì)，在酸性、中性、微堿性土壤中 均可用作基肥，特別對南方酸性土壤更為合適。此外，用赤泥作塑料填充劑，能 改善PVC （主要為聚氯乙烯）的加工性能，提高 PVC的抗沖擊強度、尺寸穩(wěn)定 性、黏合性、絕緣性、耐磨性和阻燃性這種塑料還有良好的

13、抗老化性能，比普通 PVC制品壽命提高34倍，生產(chǎn)成本低2%左右。4.2.5用赤泥做礦山采空區(qū)充填劑將礦區(qū)采用泵送赤泥膠結(jié)充填采礦區(qū)獲得成功。通過鋁土礦底下開采試驗證 明，赤泥膠結(jié)填充技術(shù)可靠，可提高礦山回收率，采礦坑木消耗減少，從而降低 開采成本，控制開采地壓，保護(hù)地表建筑、村莊、鐵路等。4.2.6在建材工業(yè)中的其他用途赤泥在建材工業(yè)中的其他用途還有：制備赤泥陶粒，生產(chǎn)玻璃、防滲材料、 鋪路等。目前已有部分投入生產(chǎn)運營，有的赤泥中尚含有U、Th、Se La、丫、Ta、Nb等放射性元素和稀有金屬，如長期身處這類建材中，將直接危害人體健 康，故使用前需要注意的是對所用的赤泥的毒性和放射性問題須先進(jìn)行檢測，以確保產(chǎn)品的安全。總結(jié)：冶金行業(yè)污染的治理尤為重要，如果不進(jìn)