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1、冶金行业废渣的处理与利用摘要冶金污染是指冶金工业生产过程中产生的各种固体废弃物。主要指炼铁炉中产生的高炉 渣；钢渣；有色金属冶炼产生的各种有色金属渣，如铜渣、铅渣、锌渣、镍渣等；从铝土矿 提炼氧化铝排出的赤泥以及轧钢过程产生的少量氧化铁渣。每炼1t生铁排出0.3-0.9t钢渣， 每炼1t钢排出0.1-0.3t钢渣，每炼1t氧化铝排出0.6-2t赤泥。关键字： 高炉渣、 钢渣 、赤泥AbstractMetallurgical polluti on refers to the metallurgical in dustry producti on process of all kinds of s
2、olid waste. Refers to the duty forge of blast fur nace slag; Steel slag; The various non-ferrous metal smelt ing non-ferrous metal slag, such as copper slag, lead slag, zinc slag, ni ckel slag, etc.; Alum ina from bauxite from red mud produced by a small amo unt of ferric oxide slag and steel rollin
3、g process. Every 1 t pig iron smelting steel slag from 0.3-0.3 t, 0.1-0.3 t per 1 t steel smelting steel slag, 1 t per refined 0.6 2 t red mud from alumi na.Key words: blast fur nace slag, steel slag, red mud1.1 钢铁生产的环境问题钢铁工业是中国国民经济的基础产业，对国民经济的发展有着举足轻重的作用。同时， 钢铁工业也是中国的重要污染源。钢铁冶炼过程中，由于各工程所采用的原材料及制造程序
4、 等原因，很有可能在较大范围内产生多种污染物质。钢铁厂产生的各种污染物有三类：大气 污染、污水、固体废弃物。本文主要探究固体废弃物的污染及处理利用。1.2 钢铁工艺进步和环境保护钢铁生产工艺过程复杂，在每一工序都会产生粉尘、废气等过程废物排放。如钢铁冶金过程 必然要产生炉渣，燃料燃烧、铁矿石被碳还原、铁水脱碳时要产生气体产物。半个世纪以来 公铁企业的生产、技术和环境问题对策经历了公害治理；节能减排；清洁生产、绿色制造； 工业生态链、循环经济。长期以来，人们一直认为钢铁厂是资源消耗量大、能源消耗量大、 排放量大、废弃物多及污染大的企业。在推进工业生态化和构造循环型经济社会的进程中， 应该从新的更
5、广阔的视野去审视钢铁工业的经济和社会角色。钢铁企业未来的社会、经济角 色应当是实现三种主要功能：钢铁产品制造功能、能源转换功能和社会大宗废弃物处理 消纳功能。2 固体废物的处理及利用冶金行业的生产过程中固体废弃物产生是无法避免的，国际上早在本世纪40年代就已感到解决冶金污染“渣害”的迫切性。2.1 高炉渣处理及利用“高炉渣的产量随冶炼技术及矿石的品位不同而变化。高炉渣属于硅酸盐材料。它化学 性质稳定，并具有抗磨、吸水等特点，可供广泛应有，国内对高炉渣的应用都很重视，美 英、法、日本等国高炉渣的利用率已达 100%，甚至出现了很多专营高炉渣商品的公司和工 厂。我国高炉渣的利用率已达85%以上。为
6、了适应不同的用途，高炉渣可分别被加工成水渣、 矿渣碎石和膨胀矿渣等几类主要产品。”2.1.1 水渣水渣就是将熔融状态的高炉渣用水或水与空气的混合物给予水淬；使其成为砂粒状的玻 璃质物质。这也是我国处理高炉渣的主要方法。具体水淬方式很多，常用的有过滤池法水淬 工艺和搅拌槽泵送法水淬工艺等。2.1.2 矿渣碎石矿渣碎石是高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较致密的矿渣后，再经 过破碎、筛分等工序所得到的一种碎石材料。为此常用热泼法。近年来，德、法、英、美等 国多采用薄层多层热泼法。该法具有操作容易、渣密度高等优点。2.1.3 膨胀矿渣膨胀矿渣是用水急冷高炉渣而形成的多孔轻质矿渣。为此可用
7、喷射法、喷雾器堑沟法、流槽 法等生产。较新的工艺是加拿大矿渣有限公司发明的用流筒法生产膨胀矿渣珠，简称“膨 珠”。2.2 钢渣钢渣是炼钢过程中排出的固体废物，包括转炉渣、电炉渣等。炼钢过程中的排渣工艺， 不仅影响到炼钢技术的发展，也与钢渣的综合利用密切相关。目前，炼钢过程的排渣处理工 艺大体可分为如下四种：冷弃法、热泼碎石工艺、钢渣水淬工艺、风淬法。2.2.1 冷弃法冷弃法就是钢渣倒入渣罐，待其缓冷后直接运往渣场堆成渣山，以往我国也多用此法。2.2.2 热泼碎石工艺热泼碎石工艺是用吊车将渣罐中的液态钢渣分层泼倒在渣床上（或渣坑内），并同时喷 水使其急冷碎裂，而后再运往渣场。2.2.3 钢渣水淬
8、工艺钢渣水淬工艺是排出的高温液态炉渣，被压力水切割击碎，加之遇水急冷收缩而破裂， 在水幕中粒化。具体作法又有盘泼水冷法，炉前水冲法及倾翻罐水池法等多种方法。2.2.4 风粹法风淬法其主要优点是可回收高温熔渣所含的热量（约2100 2200MJ/t）的41%,避免 了熔渣遇水爆炸的问题，并改善了操作环境。钢渣可风淬成3mm以下的坚硬球体，可直接 用作灰浆的细骨料。迄今,人们已开发了多种有关钢渣综合利用的途径,主要包括冶金、建 筑材料、农业利用、回填几个领域。2.3 有色金属渣有色金属渣水淬后大多是呈亮黑色的致密颗粒，含有大量的硅酸铁（铁橄榄石），一般达 6070%。以铜渣为例，如果将它放入回转窑
9、氧化焙烧，再采用还原的方法处理，可以回收 粒铁，但经济上是否合算，尚需研究。“ 铜、铅、锌、镍等重金属炉渣含有大量铁的化合物， 可以代替铁矿粉作为水泥的原料。重金属炉渣破碎后可作混凝土的粗细骨料。磨细的渣粉可 作为水泥的外掺料，但由于重金属炉渣的水化活性较差，用作外掺料在数量上应有控制。铜 水淬渣在掺入石灰拌和压实后具有不易吸水和强度较高的特点，可作为公路基层，在多雨潮 湿地区筑路尤为适用。用气冷的铜渣作铁路道碴铺设混砂道床，没有一般混砂道床容易下沉 的缺点。熔融的铜渣可以直接浇注入模并控制其结晶和退火温度，制成致密坚硬的铜渣铸石， 作为耐磨材料使用。德意志民主共和国利用较多，中国50年代也已
10、试验和试用成功。在缺 铜的土壤中施用铜渣粉以补充土壤中的微量元素，能够提高小麦和向日葵等作物的产量。 有色金属渣种类繁多，目前对重金属渣中的铜、铅、镍炉渣的处理和利用研究得较多，轻金 属渣中的赤泥也受到重视，稀有金属渣大都未进行有效的处理和利用。”2.4 赤泥亦称红泥,从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。一般含氧化铁量大，外观与 赤色泥土相似，因而得名。但有的因含氧化铁较少而呈棕色，甚至灰白色。铝土矿中铝含量 高的，采用拜尔法炼铝，所产生的赤泥称拜尔法赤泥;铝土矿中铝含量低的,用烧结法或用烧 结法和拜尔法联合炼铝，所产生的赤泥分别称为烧结法赤泥或联合法赤泥。2.4.1 赤泥坝堆存目前，铝
11、工业固体废物主要是采用赤泥坝堆存。赤泥碱性大，不妥善处理会造成对环境 的危害。世界上大量的赤泥是采用海洋排放与陆地堆存的方法来进行处置。“建造赤泥坝的 方法一般有两种，一种是用外来材料建造，一开始就形成完整的沉淀池，使用过程中不需要 再建后期坝；另一种是开始时只建造一座低坝，而后随着赤泥的不断排放，再用赤泥逐渐形 成新的坝体。现介绍一种堆坝方法：将赤泥堆场分成三格或更多个格，烧结法赤泥输送至堆 场，首先去第I格筑坝，当第I格筑坝达到预期高度后，烧结法赤泥转到第II格继续筑坝， 第I格排放拜尔法赤泥，当第II格筑坝达到预期高度后，烧结法赤泥转到第III格筑坝，此时 第I格晾晒已排放的赤泥，第II
12、格排放拜尔法赤泥，第III格烧结法赤泥筑坝，以此类推形成 烧结法赤泥筑坝，拜尔法赤泥排放及赤泥晾晒交替循环的赤泥堆存方式。本发明充分利用现 有资源，节省了拜尔法堆场初期坝土石坝的建设费；提高了堆场库容率，使之达到100%； 以烧结法赤泥水力填充筑坝代替了拜尔法赤泥筑坝翻晒、碾压筑坝，提高了劳动生产率。赤泥坝堆存后排水主要采用井管排水系统。防渗层可用聚乙烯塑料薄膜，赤泥排放采用周 边排放的方式，回水采用插管方式。美国建造一种新形式的带有砂滤层的堆场，下部是排水 管，上部铺以尺寸不等的沙子，使堆场底部具有渗透性。赤泥在这样的堆场上堆存，其体积 可较一般堆场减少四分之一，通过排水和表面蒸发，使固体含
13、量达到50%，有利于采掘和使 用。”2.4.2 从赤泥中回收有价金属赤泥虽然是废弃物，但赤泥中有价金属的含量依旧非常高，所以现在赤泥也用来提取 有价金属进行再利用。（1）从赤泥中回收铁铁是赤泥的主要成分，一般含有10%到 45%，但直接作为炼铁原料时含量还很低，因 此有些国家先将赤泥预焙烧后入沸腾炉内，在温度700800C还原，是赤泥中得Fe2O3转变 为Fe3O4。还原物在经过冷却、粉碎后用湿式或干式磁选机分选，得到含铁53%到81%磁性 产品，铁回收率为83%到93%，是一种高品位的炼铁精料。“美国矿物局研究了赤泥被烧还 原一磁选一浸出工艺流程。该流程将赤泥、石灰石、碳酸钠与煤混合，磨碎后
14、在800到1000C 条件下进行还原烧结，烧结块粉碎后用水溶出，铝有89%被溶出，过滤后滤液返回拜尔法系 统回收铝，熔渣进行高强度磁选机分选，磁性部分在1480C进行还原熔炼产生生铁。非磁 性部分用硫酸溶液其中的钛，过滤后的钛氧硫酸盐经水解、煅烧制得TiO2。该工艺经实验 室、半工业试验，可制得含铁93%到 94%的生铁。”该工艺的主要问题是铁的磁选效率低。（2）从赤泥中回收铝、钛、钒、锰等多种金属研究表明，利用苏打灰烧结和苛性碱浸出，可以从赤泥中回收90%以上的氧化铝，而沸腾炉 还原的赤泥，经分离出非磁性产品后，加入碳酸钠或碳酸钙进行烧结，在PH=10的条件下， 浸出形成的铝酸盐，再经加水稀
15、释浸出，使铝酸盐水解析出，铝被分离后剩下的渣在80C 条件下用50%的硫酸处理，获得硫酸钛溶液，再经过水解而得到TiO2；分离钛后的残渣再 经过酸处理、煅烧、水解等作业，可以从中回收钒、铬、锰等金属氧化物。赤泥还可以直接 浸出生产冰晶石（Na3AIF6）（3）从赤泥中回收稀有金属从赤泥中回收稀有金属主要方法有：还原熔炼法、硫酸化焙烧法、非酸洗液浸出法、碳 酸钠溶液浸出法等。国外从赤泥中提取稀土稀有元素的主要工艺采用酸浸提取工艺，酸浸 包括盐酸浸出、硫酸浸出、硝酸浸出等。由于硝酸具有较强的腐蚀性，且随之的提取工艺戒 指不能与之相衔接，因此，大多采用盐酸、硫酸浸出。前苏联等国将赤泥在电炉里熔炼，得
16、 到生铁和渣。再用30%的硫酸在温度8090C条件下，将渣浸出1h，浸出溶液再用萃取剂萃取锆、钪、铀、钍和稀土类元素。2.4.3 赤泥在建材工业及农业中的应用（1）生产水泥烧结赤泥作为水泥原料，配以适当的硅质材料和石灰石，赤泥的配比可达 25%30%。用赤泥可生产多种型号的水泥，其工艺流程和技术参数与普通的水泥厂基本相同： “从氧化铝生产工艺中排出的赤泥，经过滤、脱水后，与沙岩、石灰石和铁粉等共同磨制得 到生料浆，使之达到技术指标后，用流入法在蒸发机中除去大部分的水分，而后在回转窑中 煅烧成熟料，加入适量的石膏和矿渣等活性物质，磨至一定细度，即得水泥产品。每生产 1t水泥可利用赤泥400kg。该水泥熟料采用湿法生产工艺，因为生产水泥所用粘土质原料是 赤泥，其含水率高达60%左右，其细度高、比表面积大，难于烘干，烘干赤泥后的熟料，不 仅飞扬损失多，而且废气也不易净化
