有色金属固体废弃物的生态修复与治理

有色金属固体废弃物的生态修复与治理

有色金属固体残渣是由色泽行业产生的，如采矿和沉淀过程中产生的矿渣、采矿后剩余的尾矿，以及在精炼过程中产生的精炼渣、污泥和灰尘。我国的矿产资源80%以上为共伴生矿,但是其综合利用率仅为40%,比发达国家低20%。建国以来,我国工业水平突飞猛进,但是在长达60余年的发展过程中,技术的限制导致大量含有高附加值有色金属尾矿不断堆积。随着我国经济快速增长,对金属需求量越来越大,伴随着产生的矿冶固体废弃物也越来越多。全国有色金属行业每年大约需要排放废石1.4亿t,尾矿1.1亿t,废渣1000多万t,氧化铝生产过程中产生的赤泥3000万t,黑色金属矿山每年排放的废石尾矿约6.2亿t,钢铁工业年排废渣高达5亿t左右。一、固体残渣的危害不容低估(一)土壤重金属污染加大固体废弃物的堆积严重破坏了土壤的自然生态环境,不仅侵占大量土地,破坏自然景观,而且由于成分的复杂和不稳定性,甚至含多种有害成分以及放射性物质,对矿区和周围环境造成污染,有毒金属进入土壤后,有可能进入食物链,且不易被生物降解或吸收,增大对土壤的治理及复垦的难度。我国因尾矿及矿山固体废物堆积直接或间接造成的土地污染面积共约700万km2。(二)水中灌溉的危害固体废物堆积经过雨水淋溶作用向下渗透,其中的有色金属有可能被搬运至地下水中,对人们的正常生活以及农田灌溉产生影响。如湖南省有色金属工业密集的湘江流域,多年对开采、选矿、冶炼加工的无序管理和落后的生产工艺,致使大量的含重金属尾砂、矿渣、废石几乎遍布湘江流域,对湘江水质安全构成直接威胁。(三)降低周围空气尾矿、废石等在干旱或大风天气会造成扬尘,降低周围空气质量;其中的有机物、氰化物等的自然风化或煤矸石在高温下的自燃,会产生CO、SO2等有害气体,污染大气环境。(四)复硫氧化物类金属矿物有色金属固体废弃物中资源的浪费对企业的效益及产业的发展都会产生不利影响。就湖南省来说,铅锌采选业固废的尾矿中含有铁矿、闪锌矿、黄铜矿、铅铋复硫盐类等金属矿物,以及大量有价的非金属矿物;铅锌矿冶炼业废渣中含有大量的铅、锌、银及其它稀有金属,如果对这些尾矿以及冶炼渣进行回收,将创利润数亿元。这数以亿计的利润目前却以垃圾废弃物的形式堆置,企业不但拿不到蕴含的利润,反而还要为尾矿库、尾矿坝的堆建管理支付高额的费用,并且矿冶固体废弃物中的尾矿堆存于尾矿库,尾矿坝的各类灾害时有发生,这些灾害中,溃坝带来的人员伤亡、环境污染及经济损失最为严重。二、代后利用再利用技术,发展高效经济。在20世纪2020世纪70年代以前,世界各国对固体废物环境污染的认识仅停留在防止和处理上。70年代以后,由于能源和资源短缺,并随着环保意识不断加强,人们开始由消极的处理方式转向再资源化方式。巨额资金的投入、优惠政策的导向、前沿科技的支持,使其成为举世公认的“朝阳产业”。再生资源产业在发达国家被称为第四产业,是发展循环经济的重要组成部分。(一)废木再生资源回收利用技术国外尾矿的利用率可达60%以上,德国包括尾矿在内的各种工业废料的利用率已达80%以上,欧洲一些国家已向无废物矿山目标发展。发达国家再生有色金属产量占有色金属总产量平均已超过50%,世界再生铜产量已占原生铜产量的40%～55%,其中,德国约占80%、美国约占60%、日本约占45%;世界再生铝产量也占原生铝产量的35%～50%,其中,日本约占90%、美国约占50%、德国约占45%;世界再生铅产量为原生铅产量的40%～60%,工业发达国家再生铅产量已接近或超过原生铅产量,其中,美国约占75%、日本约占60%、德国约占55%;锌、锡、锑、镁等再生资源也得到不同程度的利用。我国是在20世纪80年代初期开始有限地对固废进行资源化,并于20世纪80年代中期提出了“资源化、无害化和减量化”作为控制固体废物污染的技术政策。我国固体废物处理利用的发展趋势主要采用无害化为先导、资源化为目的,进行减量化。据有关部门测算,我国每年可以回收但没有回收的废有色金属达20万t。近年来,我国矿冶固体废弃物资源利用产业处于蓬勃发展的阶段,发展水平在国际上处于不断上升的地位。2010年,我国主要再生有色金属产量达到775万t,同比增长22.4%。进口主要废有色金属实物量721万t,同比增长8%,国内回收的铜、铝、铅金属量达405万t。(二)国内外固体残渣回收技术的现状目前,固体废弃物资源利用主要体现在以下几个方面:1.我国再生铝/铅的回收利用技术的应用前景展望看似无用废弃物中蕴藏着巨大的财富。以金矿尾矿为例,在我国金矿尾矿的残存品位达到0.2～0.6g/t,1亿t尾矿中就含有近40t黄金,而我国目前有数亿吨的黄金尾矿,如果能充分利用这些资源,将会产生变废为宝的奇迹。我国的铜资源非常紧张,每年都要从国外大量进口才能满足我国发展生产的需求,而本身铜资源对于国家的国防、科技发展都有至关重要的作用。我国废杂铜的回收利用率已达63.6%,超过世界先进水平,每年再生铜产量达90万t。传统的再生铜生产方法主要有直接熔炼法和火法预处理后再电解处理法,需要阳极炉熔炼,由于燃料的燃烧存在严重的环境污染。目前,利用的铜尾矿再选技术主要有硫化浮选法、浸出—溶剂萃取—电积法、酸浸—沉淀分离法、生物浸出、氨浸出法及电化学浸出等方法。我国原生铝产量居10种有色金属的首位,而再生铝的产量却很少。西方国家广泛采用外敞口熔炼室反射炉,金属回收率可达93%以上,热效率可达60%,而我国大部分生产企业仍采用单室反射炉,个别的采用感应炉,热效率只有25%。目前,我国再生铝企业小、多、散;废金属拆解和冶炼加工条件差,污染环境;进口环节的商检、定价较复杂;且因生产加工企业增值税抵扣减少,增加了税赋,不利于产业升级和发展。我们应当加强预处理技术和设备的研究,开发适合我国国情的再生铝熔炼炉,只有这样才能提高我国的再生铝产量。如果到2020年,我国的再生铝比重能提高到60%,就能替代3640万t铝矿石的需求,节电1365亿kW·h,节水9100万m3。据国际锌协会估计,目前,世界锌的消费约为650万t,其中,200万t来自废料锌。我国的再生锌冶炼设备和技术工艺落后,再生率低,成本过高,对环境还会造成一定的污染。而国外锌的回收利用技术较成熟,对环境污染程度小,这表明我国的再生锌生产存在着较大的发展潜力。我国对热镀锌渣的回收利用也开发了多种方法,如,用熔析法处理锌渣生产锌锭;用碳还原剂法可产出品级较高的氧化锌;用硫酸、盐酸等处理锌渣灰,生产硫酸锌、氯化锌,锌的回收率大于85%。我国再生铅生产起步较早,但近几年来发展缓慢。全国再生铅企业数量虽多,但规模小且分布不均。湿法脱硫低温还原回收铅技术分选指标高,社会环境效益好,金属回收率可达98%,设备投资低,经济效益好。虽然我国再生铅产量现已达到或超过某些西方发达国家水平,但铅的再生率却较低。因此,随着我国铅再生技术的提高,加工设备的现代化,使得再生铅产量将会有很大的增长潜力。如,2012年4月,由豫光金铅自主研发、具有当前国内最先进生产水平的万吨粗锑还原系统成功投料试车。该项目的成功完全得益于豫光的“铅高效清洁冶金及资源循环利用关键技术与产业化”项目,其中的多项核心技术被豫光运用于多种金属的综合回收冶炼方面。2.尾砂胶结充填矿山充填技术矿山开采后,会在地下区域形成采空区,而采空区如果处理不当,很可能会引起地面塌方等人为地质灾难。而将本为废物堆放的废石尾矿进行回填的话,既可避免地陷等灾害,又可解决废石尾矿堆放污染生态环境的问题。能有效地保护矿区地表及周边环境,并且尾砂胶结充填可实现矿区矿柱回采,以提高矿石的回采率。尾矿砂充填工程主要由地表充填站,充填钻孔,充填管道以及采空区脱水设施等组成。通过充填钻孔将地表尾砂(或尾砂胶结体)送入采空区进行充填,待胶体尾砂固结后,形成采矿房支撑体,再回采矿柱,矿柱采完之后,再充填尾砂将矿柱空区填满,可以极大限度地提高矿石利用率。3.技术研发投入不足,附加值利用技术薄弱许多堆弃无用的有色金属尾矿,其实是制作各种建筑材料的上佳选择。虽然我国已有较多矿冶固体废弃物资源综合利用实例,但是由于我国资源地域辽阔、东西部差别较大、伴生严重,采选率低、产业上下游对接受到行业限制,以及本身产业的技术水平还不够高、缺乏系统标准等多种原因,使得我国矿冶固体废弃物资源综合利用产业与国外相比尚存差距:矿冶固体废弃物资源综合利用率比较低,未能实现规模化、产业化;技术研发投入不够,高附加值利用的技术薄弱;科技成果向现实生产力转化难,产业竞争力不够等。三、湖南省利用色度资源的技术优势(一)火炬树回收利用的现状湖南省有色金属矿藏丰富,素有“有色金属之乡”之称。10种主要有色金属矿产都已发现,其中,钨、铋、锑保有资源储量居全国首位,锡居第三位,汞居第四位,铅、锌居第五位。拥有冷水江锡矿山锑矿、桂阳黄沙坪铅锌矿、常宁水口山铅锌矿、彬州柿竹园钨多金金属矿等一大批大型、特大型矿床。目前,我省有色金属再生行业主要集中在永兴县、汩罗、益阳和大浦4个循环经济园区。永兴县作为“中国银都”,在无任何金银矿产资源的情况下,靠有色金属行业“三废”的回收利用,2010年创造了年产白银2050t,黄金7.1t,铋4300t,铂族金属2.6t,其他有色金属16万t的奇迹。令人鼓舞的是,永兴的金银产业经过彻底的整治,已逐步实现清洁生产。益阳市有色金属工业基地是湖南省发展循环经济的示范基地。主要以冶炼企业废渣为原料,进行循环利用、资源再生、综合回收,提炼金、银、锑、铋、铅等有色金属产品。现已形成2.2万t锑、1万t铅、2000t铋和1000t银的回收产能。衡东大浦工业园区通过废旧回收公司回收废杂铜进行冶炼加工,其中,金宇、金虎、合林、领欣4家铜业企业就形成了年产阳极铜板25万t的生产能力;从广西、云南、贵州、江西等省收购钨砂,在园区进行精选,供其9家钨化工企业进行加工。(二)采出废产及再生资源回收利用技术湖南省十分注重对有色金属固废再生技术的发展,并取得了不错的成绩,一些技术在国内甚至国际上都达到先进水平。如从千枚岩型有色矿选矿尾矿中回收高附加值的绢云母系列产品;以硫铁矿制酸烧渣为原料,回收铁红及铁红产品深加工的技术路线以及锡矿山研发的使砷碱渣中锑、砷、碳酸钠等形成开路的专利技术,其工程都属国家重点示范工程。以株洲冶炼集团和水口山有色金属集团的再生技术为例。株洲冶炼集团有限责任公司是以生产铅锌为主,综合回收银、铋、镉、铟等多种有色金属的铅锌联合企业,是我国有色行业的龙头企业。作为第一批循环经济试点企业,2004年初,株冶开始大力发展循环经济,目标直指“绿色冶炼”。2005年,株冶集团明确全面推行“铅锌联合冶炼循环经济产业模式”,第一步是拉通10万t常压富氧直接浸出搭配锌浸出渣炼锌系统全流程,目前,已进入达产达标阶段,该工艺是目前世界上锌冶炼新工艺、新技术。株冶集团针对传统工艺产出的二氧化硫对环境的影响,提出了对铅鼓风炉和挥发窑低浓度二氧化硫烟气的治理,铅鼓风炉烟气脱硫工艺利用氢氧化钠作为吸收剂,通过该技术核心装置,二氧化硫被吸收,净化后的烟气除雾后排空,吸收液通过中间槽泵送至亚硫酸钠制备系统;采用氧化锌作为吸收剂对窑烟气脱硫,在吸收过程中用空气进行氧化生成硫酸锌,氧化锌吸收二氧化硫、氧化、过滤后,得到硫酸锌溶液,送至硫酸锌净化系统净化后,生产制成硫酸锌产品。此过程展示了一种“资源—产品—再生资源”的生产模式,是工业内部的循环经济模式。2006年湖南省加大投入研究综合利用技术,如水口山有色金属集团公司利用自主研发的SKS炼铅法处理废铅酸蓄电池,对我国再生铅产业升级具有积极推动作用。水口山矿务局与北京有色冶金设计研究总院合作开发的新型炼铅技术—水口山炼铅法,采用富氧底吹熔池熔炼方法,用工业氧气处理含硫和铅的原料,进行自热熔炼产出粗铅和高铅渣。水口山炉的主要特点是具有较高的传热传质效率,氧气利用率高;炉子密封性好,能实现低负压操作,减少漏风;炉内喷溅少,无炉结,砌体寿命长;车间环境卫生和劳动条件好,烟气二氧化硫浓度高,有利于制酸,硫回收利用率高。在铅精矿中搭配废杂铅料,采用先进的氧气底吹熔炼工艺,烟气经两转两吸制酸后,以优于国家环保标准排放的火法炼铅生产系统,是目前最优的再生铅资源综合利用途径。与现有采用短窑、鼓风炉以及反射炉等处理方法相比,除了环保方面的绝对优势以外,还具有能耗低、金属回收率高、工艺流程简短等优点。虽然湖南省在有色金属资源循环利用方面有着强劲的发展势头,但是作为中国的有色金属之乡,有色金属资源供应基地,每年都会有大量的废石尾矿堆积如山,湖南省有色金属固体废弃物主要是矿山选矿尾矿和冶炼厂废渣以及有色金属废旧物。每年选矿尾矿的产生量就有2000万t之多,占全国总量的20%以上。2010年湖南省工业固废的产生量为5773.35万t,比2006年的总量增长了56.55%,而同期全国工业固废复合增长率仅为12.53%,但目前我国矿产资源的综合回收率不足50%。“十二五”规划中指出到2015年我国的工业固废的利用率需达到72%,因此,我们必须加快技术和设备创新,用高新技术和先进适用技术改造传统产业是当前工作的重中之重。如果这些放错地方的资源能够得到高效的二次开发利用,将会对湖南乃至全国的经济及有色行业的发展起到良好的推动作用。为此,2011年4月25日,