電解銅渣的綜合利用新途徑

王永賢++張啟明

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.093

摘 要：電解錳銅渣是電解金屬銅后產(chǎn)生的過(guò)濾酸渣，是電解銅行業(yè)的重點(diǎn)污染物。目前，企業(yè)尚未找到妥善處理電解銅渣的方法，一般將電解銅渣運(yùn)輸?shù)蕉褕?chǎng)筑壩露天堆放，占地面積大、安全系數(shù)低，長(zhǎng)期在風(fēng)化淋溶的作用下，污染了大片耕地和地下水源，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，因此對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理利用勢(shì)在必行。本文針對(duì)銅陵市在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展加以闡述并對(duì)今后的應(yīng)用前景做出展望。

關(guān)鍵詞：電解銅渣 緩凝劑 微晶玻璃

中圖分類號(hào)：X75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（a）-0093-02

安徽省銅陵市是以銅礦開采、銅冶煉加工為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的重工業(yè)城市，年產(chǎn)電解銅100萬(wàn)t，電解銅過(guò)程產(chǎn)生大量固體廢棄物——電解渣，2016年產(chǎn)生電解銅渣400萬(wàn)t，加上歷年累積堆存量超過(guò)8000萬(wàn)t，這些電解銅渣分別堆放在3個(gè)不同的露天堆場(chǎng)，不僅占用土地還嚴(yán)重污染環(huán)境，破壞生態(tài)資源，與周邊村民糾紛不斷，為了減少污染保護(hù)環(huán)境，銅陵有色公司經(jīng)過(guò)30多年艱苦的探索和不懈的努力，探索出了電解銅渣的較好出路。

1 電解銅渣的主要成份分析

電解銅渣含水量大，pH值為4.57～4.77，呈酸性，將其烘干粉碎后的結(jié)晶主要是石英、水和石膏，含有30多種元素。包括植物生長(zhǎng)需要的鈣、鎂、錳、硅、磷、硫等16種化學(xué)元素，其中S（SO3）約占18%～20%，F(xiàn)e（Fe2O3）占15%～18%，Si（SiO）平均占40%左右，最高達(dá)60%，鋁（Al2O3）占6%～7%，每噸銅渣中含銀2～7g，含金0.17g，其他元素硒、硼、錳、銅、鋅、鈣、鎂等元素含量甚微，無(wú)放射性元素存在。

2 電解銅渣的主要應(yīng)用途徑

2.1 電解銅渣固化處理技術(shù)

早期是將電解銅渣中的有害成份包裹在惰性的固化基礎(chǔ)材料中，是一種無(wú)害化處理方法。用水泥作為固化添加的基礎(chǔ)材料，但是這種方法不能根本解決滲漏問(wèn)題，往往造成土壤和地下水源二次污染。

2.2 電解銅渣化學(xué)處理技術(shù)

由于銅渣呈酸性，部分有害可溶性重金屬和氮氧化物在酸性條件下析出。采取在電解銅渣中添加生石灰，將可溶性的重金屬鹽轉(zhuǎn)變?yōu)闅堅(jiān)瑢⒌趸镛D(zhuǎn)變?yōu)榘睔?，從而基本?shí)現(xiàn)有害物質(zhì)的去除或分離。此法適用于酸性較大并且出渣量較小的生產(chǎn)企業(yè)。

2.3 用作水泥添加料

電解銅渣具有潛在的活性，其主要礦物為水和石膏。目前，銅渣可以作為水泥添加料的輕骨料、緩凝劑、礦化劑[1]等。添加電解銅渣不僅能改善混凝土的各種性能，還能將部分重金屬離子固化在混凝土中，減小其對(duì)環(huán)境的危害。盡管如此，實(shí)際中，電解銅渣最高摻入量只有5%，較合適的摻入量為3%。電解銅渣摻入量如此之少，本地兩家水泥企業(yè)每年只能消耗10t左右。仍有大量電解銅渣無(wú)法處理。

2.4 制備微晶玻璃

電解銅渣是SiO2-CaO-MgO-Al2O3多元渣系，適合制備微晶玻璃。目前銅陵有色集團(tuán)公司正與魯西玻璃建材股份公司聯(lián)合研究，采用燒結(jié)法制備微晶玻璃的工藝流程為：混合配料—高溫熔化—成核晶化—切割拋光—成品。利用電解銅渣可制出藍(lán)色的微晶玻璃，銅渣摻入量可達(dá)到15%以上。目前這一研究成果已經(jīng)基本成功，不久即可推廣批量生產(chǎn)。電解銅渣微晶玻璃的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低和環(huán)保等特點(diǎn)，可以成為電解銅渣資源化利用的重要方向。

2.5 在原有銅渣堆積場(chǎng)植樹造林

20世紀(jì)80年代，由于銅渣處理利用技術(shù)落后，大量電解銅渣只能堆放，在銅陵市與南陵縣交界處一天然礦坑（大約2萬(wàn)m3）經(jīng)過(guò)硬化（即用水泥等混合建材對(duì)礦坑底部和周邊進(jìn)行固化），在銅陵市東北角也有兩處堆場(chǎng)，總面積達(dá)6～7km2，在冬季和春季因干旱少雨天氣，時(shí)常飛沙彌漫，而梅雨季節(jié)則泥沙順流而下，沖向農(nóng)田嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，附近民多次投訴。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和環(huán)保工作的需要，2009年，銅陵市政府組織有關(guān)專家技術(shù)人員對(duì)銅渣場(chǎng)進(jìn)行勘察取樣分析，結(jié)果表明銅渣成份有較大變化，酸度降低了，有機(jī)質(zhì)增加，燒失量大增，微量元素變化不大，比較適合樹木生長(zhǎng)，成份見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)酸度下降了13%以上，燒失量增加56%以上，特別是東湖大壩南堆場(chǎng)因?yàn)榈靥幩畮?kù)下游，水份和有機(jī)質(zhì)含量大增，而酸度下降是由于長(zhǎng)期雨水沖刷和風(fēng)蝕的影響，這些成份基本適合植物生長(zhǎng)，2010年首先在東湖大壩南堆場(chǎng)種植耐酸的酸枝樹和大巖桐樹各500株，到2012年底，大巖桐成活率達(dá)92%以上，而酸枝成活率只有50%，大巖桐當(dāng)年枝干平均生長(zhǎng)15cm，最大生長(zhǎng)達(dá)35cm。大巖桐比酸枝更適宜銅渣的生長(zhǎng)環(huán)境，其根系生長(zhǎng)平均達(dá)40～50cm，須根發(fā)達(dá)具有防風(fēng)固沙和保持水土的作用。但是傅東村堆場(chǎng)和焦村堆場(chǎng)大巖桐成活率還不足三成并伴有倒伏現(xiàn)象，此后走訪林業(yè)部門被告知土壤的密度和凝膠性差，后經(jīng)取樣通過(guò)高溫處理分析結(jié)果顯示密度為1523kg/m3，基本符合要求，而凝結(jié)時(shí)間從初凝到終凝需2.5～3.5h，達(dá)不到植物生長(zhǎng)要求[2]，為了解決這一難題，技術(shù)人員采取覆蓋黏土，首先在焦村堆場(chǎng)覆蓋40～50cm厚度黏土，這一項(xiàng)耗資近5萬(wàn)元。但是經(jīng)過(guò)覆蓋黏土的渣場(chǎng)大巖桐成活率達(dá)到60%，取得初步成效之后將另一渣場(chǎng)進(jìn)行覆蓋。如今在傅東村渣場(chǎng)除種植大巖桐外還試種了廣玉蘭、仙人掌、菊松，其中廣玉蘭和菊松成活率達(dá)到60%以上，而仙人掌死亡率高的原因還有待研究。截止到目前三處堆場(chǎng)均實(shí)現(xiàn)了綠化，植被覆蓋率達(dá)80%以上，實(shí)現(xiàn)了沙坑變綠洲。

2.6 注意事項(xiàng)

要保持樹木成活率，就是要盡可能讓樹木能吸收地下水分，在銅渣上直接植樹的具體做法是挖穴90～110cm，穴直徑70cm，如果地下水位較高可適當(dāng)降低深度，其深栽目的就是讓樹木能吸收地下水分，在高溫干旱期不至于脫水死亡。另外，覆蓋黏土厚度不能低于40cm，覆蓋黏土后經(jīng)過(guò)一個(gè)夏季才能植樹，主要是使黏土與銅沙充分融合。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)多年的努力探索，銅陵市在銅渣固體廢物處理利用領(lǐng)域取得了一定的成績(jī)，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但是銅渣的綜合利用仍然不盡如人意，在利用量、處理成本、環(huán)保效果方面還有待進(jìn)一步研究。

（2）有報(bào)道稱用銅渣用作鋪路混合材料，筆者認(rèn)為銅渣酸性大而且含有有毒有害元素，如果用在鋪路，可滲透進(jìn)入地表水和地下水，甚至進(jìn)入地下管網(wǎng)，污染水源，對(duì)銅渣進(jìn)行改性利用是最好的出路。

（3）首先對(duì)酸性中和，有學(xué)者提出提取有用貴重金屬，有學(xué)者研究出制作紫砂陶瓷和硅酸鹽水泥，但僅限于實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，在工業(yè)上推廣還有難度，主要是成本高、工藝復(fù)雜。

（4）如何大量消耗銅渣且操作簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染將是筆者和廣大科技工作者努力的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 王永賢，劉靜.銅礦尾沙灘植樹造林取得成[J].科技信息，201（24）：367-368.

[2] 周長(zhǎng)波，何捷，孟俊利.電解錳廢渣綜合利用研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)研究，2010（8）：1045-1047.

[3] 周中元.銅冶煉渣綜合回收研究[J].低碳世界，2015（19）：153-154.endprint