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工业固废处理现状探究

2022-08-10 168

  随着我国经济水平的快速发展,环境污染引发的诸多问题给人们敲响了警钟。国家及相关地方政府也出台各种政策约束工业及生活固体废物的排放并加大力度处理不同领域的固体废物。近年来,受益于供给侧结构性改革,环保产业迅速发展,目前我国处理固废业占整个环保产业的比重仅为20%,远低于德国66%、日本67%的水平,发展潜力巨大。

  一、工业固废的定义及分类

  固体废弃物是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质(中华人民共和国主席令第三十一号中对固体废物的定义)。固体废物按其来源可分为工业固体废物、矿业固体废物、农业固体废物、城市生活垃圾、危险固体废物、放射性废物和非常规来源固体废物。按照《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中的相关划定,通常将固体废物分为以下三大类。

  工业固体废物:指来自各工业生产部门的生产和加工过程及流通中所产生的废渣、粉尘、污泥、废屑等。

固体废物

  城市生活垃圾:也称城市固体废物,主要指城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中所产生的固体废物,以及法律、行政法规视作城市生活垃圾的固体废物。

  危险废物:指列入国家危险废物名录,或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法所认定的具有危险特性的废物。简单来讲,就是含有高度持久性元素、化学品或化合物的废物,且该废物对人体健康和环境具有及时的和潜在的危害。目前,农村固体废物也越来越受到重视,可以与以上三类废物并列,成为一大类,具体包括农林业生产和禽畜养殖业生产过程中所产生的废物,以及农村居民的生活垃圾等。

  工业固体废物(以下简称工业固废),是指在工业生产活动中产生的固体废物,是工业生产过程中排入环境的各种废渣、粉尘及其他废物,可分为一般工业废物和工业有害固体废物。其中一般工业废物是我国固体废弃物中占有比重大的有潜在利用价值的废弃物,主要包括尾矿、粉煤灰、煤砰石、冶炼废渣、炉渣、赤泥、污泥等),占固体废弃物总量的80%。

  目前,全国累计堆存的工业固体废物超过300亿吨(不包括废石),年增量(不含废石)约41.4亿吨,其中大宗工业固废产生量36.56亿吨,尾矿、煤砰石、粉煤灰占全国固废年增量的79.5%。目前我国总建有矿山近10万座,其中金属矿约6.9万座、各类尾矿库1.42万座;煤矿7700座,煤砰石山超1700座;各类石油化工企业近2.5万家,火电企业1200余家,钢铁冶炼企业570家;氧化铝生产企业1000家,各类大型产废企业13.3万家。

  目前,我国工业固废综合利用率仅为60%,而我国台湾地区达80%。我国尾矿综合利用率为20%,而发达国家平均水平为60%,因此消纳固废,提升固废的综合利用率是我国当前生态环保治理工作的一大重要任务。

固体废物

  (一)矿业工业固废

  统计数据显示,我国非油气矿山年开采矿石量超过300亿吨,矿山固体废弃物堆存量超过600亿吨,主要包括废石和尾矿,其中以废石为主,堆存量超过341亿吨,占矿业固体废弃物堆存量的70.57%0黑色金属矿产固体废弃物对存量超过254亿吨,占矿业固废总量的52.48%,有色金属矿山固废堆存量118亿吨,占矿业固废总量24.38%。煤砰石总量56亿吨;尾矿堆存146亿吨,其中黑色金属矿产尾矿78.42亿吨,占比55%,有色金属尾矿46.86亿吨,占比32.86亿吨。黄金尾矿13.80亿吨,占比13.80%;

  (二)冶炼工业固废

  冶金废渣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、镣渣等;以及从铝土矿提炼氧化铝排出的赤泥、轧钢过程产生的少量氧化铁渣。每炼1吨生铁排出0.3-0.9吨铁渣,生产1吨钢排出0.1~0.3吨钢渣,1吨氧化铝排0.6~2吨赤泥。

  1、钢铁冶炼渣

  钢铁冶炼渣简称“钢渣”,是指钢铁冶炼过程中产生的废渣,包括高炉炼铁渣、转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣。主要成分是钙、铁、硅、镁的氧化物和少量铝、镒、磷的氧化物等。可回收其中的金属或进行综合利用,如作为筑路材料、建筑材料或改良土壤等。

  中国现已堆存钢铁渣2亿吨,占地2万亩,此外,每年还有数千万吨的钢铁渣在不断排出,这些钢渣如不及时进行处理,势必会造成环境污染。钢渣是通过大气、水及固体废物本身三种途径对环境造成污染。钢渣在风化或冷却的过程中,形成粒径很小的粉尘或产生某些有害气体,受到风的吹扬作用,经大气传播产生污染。钢渣中有害物质如被流水冲刷,会造成对地表水的污染,钢渣中的有害成分受到降水的淋溶渗出,会污染土壤甚至地下水。因此,对钢渣进行处理和利用是钢铁企业三废治理的重要内容。

  2、有色金属冶炼渣

  简称“有色金属渣”,是指有色金属矿物冶炼过程中产生的废渣。按生产工艺,分为火法冶炼中形成的熔融炉渣和湿法冶炼中排出的残渣;按金属矿物的性质,分为重金属渣(铜渣、铅渣、锌渣、铭渣、狭渣等)、轻金属渣(如提炼氧化铝产生的赤泥)和稀有金属渣。

  冶炼过程中产生的碑、镉、锌、铜、铅、钗等重金属废渣属于危险废弃物,处理不当就会引发相当严重的重金属污染。有色金属冶炼废渣产生量大,利用率低。报告显示2013年,有色行业冶炼产生1.28亿吨废渣,利用2240万吨,综合利用率17.5%。赤泥产生量约为7300万吨,利用量约290万吨,利用率为4%左右。

  铜渣:2015年我国产生铜渣1800万吨,全国铜渣的堆存总量达到1.2亿吨。从2006年至2015年,我国精炼铜产量持续增长。在铜的冶炼过程中,一般每吨铜产生约2吨冶炼渣,2015年产生的铜冶炼弃渣约1800万吨。同时铜精矿品位也有降低趋势,2015年精矿品位22.09%,比2006年下降了0.97个百分点,铜冶炼过程中废弃渣量会随精矿品位降低而增大。

  喋渣:我国年竦渣的产生量400万吨左右,利用率仅为10%。竦渣是指硫化镣矿火法冶炼过程中排放的一种工业废渣,2012〜2014年,我国精炼镣产量呈逐年上升趋势,分别为19.68万吨、22.70万吨和24.67万吨2015年竦精矿品位比2014年下降了0.21个百分点,每生产1吨锲产生6~16吨镣渣,原料品质的下降会造成镣渣量的增加。

  铅锌渣:铅锌尾矿是铅锌原矿石在分选出铅、锌精矿后残余的一种固体废弃物。我国铅锌矿的原矿品位不高,选矿厂尾矿产率超过70%,尾矿年均排放量1000万吨以上,但尾矿利用率仅7%左右。铅锌尾矿的总量已达到1.6-2亿吨。当前,处理铅锌尾矿的首要方式是修建尾矿库堆存尾矿。尾矿库是一种人造泥石流的危险源,易发生安全事故,它的基建投资与维护费用较高。

  3、赤泥

  赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣,一般氧化铁含量高,外观与赤色泥土相似,因而得名。有的因氧化铁含量较少而呈棕色,甚至灰白色。中国是世界第四大氧化铝生产国,由于近年来使用的铝土矿品位低,导致赤泥的产生量逐年增加,2015年我国新产生的赤泥超过7000万吨,累计堆存量已达到3.5亿吨,综合利用率仅为4%。赤泥的大量堆存不仅占用了大面积的宝贵土地,更会带来渗出碱液使土壤盐碱化、污染地下水、扬尘污染等环境问题以及溃坝风险。

  赤泥的主要矿物为文石和方解石,含量为60%〜65%,其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿,含少量钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。其矿物成分复杂,且不符合天然土的矿物组合。在这些矿石中,文石、方解石和菱铁矿,既是骨架,又有一定的胶结作用;而针铁矿、三水铝石、蛋白石、水玻璃起胶结作用和填充作用。

  目前,我国对钢铁、有色金属、稀土等行业产生的冶炼废渣进行了综合利用的研究。利用的主要途径有再选和回收有价元素、做建筑材料(水泥、混凝土、各类路面砖、免烧砖、耐酸砖等)、做填充材料、做高价值其他产品如催化剂和凝胶材料等。作为全球规模最大的废渣生产国我国处理废渣还是以堆放和回填方式为主,由于废渣中有价值的金属含量低,提取工艺流程复杂,操作难度高导致废渣有效利用率很低。

  (三)煤炭工业固废

  1、煤砰石

  煤砰石属沉积岩,是采煤和选煤过程中排放的固体废弃物,包括煤矿的手选砰石、巷道掘进幵石、采矿过程中从顶板、底板及夹层里采出的砰石和洗煤厂的洗选砰石等,煤砰石产量约占原煤产量的10%〜15%0全国有171各地市存有煤砰石,规模较大的煤砰石山多达2600多座,总量约56亿吨。赤峰、大同、淮南等61处地市煤秆石堆存量超过1000万吨,占全国煤幵石堆存量的91.7%。2013年以来我国原煤产量实现负增长,煤歼石产量随之下降。2012年~2017年平均产生量约6亿吨,6年间煤砰石堆存量增长70%。煤砰石作为固、液、气三害俱全的“工业废料”,其长期堆放不仅会占用大量土地,而且有毒物质的浸出会污染水源和土壤,严重影响生态环境。

  目前,我国对煤砰石综合利用的途径主要有:煤幵石发电或供热;煤砰石制建材,如制砖、水泥、轻骨料、砌块等;用作路基填筑物;回填矿井采空区等。煤砰石还可以在高附加值行业加以利用,如用煤砰石制造陶瓷微珠、无机纤维保温材料及防火纸等。此外,由于煤砰石含有大量的AhSi元素,可以用于生产硫酸铝铁和白炭黑。

  2、粉煤灰

  粉煤灰是煤炭中的灰分经分解、烧结、熔融及冷却等过程而形成的固体颗粒,主要由SiO2,Ag,FeO等氧化物组成,此外还含有钥、银、铭等稀有金属。粉煤灰表面呈球形,具有粒细、质轻、比表面积大、吸水性强等优点。

  固体废物粉煤灰最主要的产生来源是电力和热力行业,在粉煤灰总产量的占比达到82.6%,其次为非金属矿物制品业、化学原料和化学制品制造业、有色金属冶炼和压延加工业、黑色金属冶炼和压延加工业。

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