固體廢物的處理與利用

楊 猛，何鸝潁，劉 揚(yáng)，寶 暄，武 鵬

（北京出入境檢驗(yàn)檢疫局，北京 100176）

固體廢物一般是指對(duì)所有者不具有使用價(jià)值而被廢棄的固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)，根據(jù)《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》，可以分為工業(yè)固體廢物、生活垃圾、危險(xiǎn)廢物三類。固體廢物包含很多種可回收物質(zhì)，通過(guò)處理可以提取出來(lái)。本文重點(diǎn)研究固體廢物的處理方法及如何加以重新利用。

1 工業(yè)固體廢物處理和利用

工業(yè)固體廢物包括礦業(yè)、冶金、能源、石化、輕工等行業(yè)產(chǎn)生的固體廢物。本文以礦業(yè)固體廢物為例，簡(jiǎn)述其處理和利用。

礦業(yè)固體廢物指和主礦石相伴相生的尾礦和有用礦體周圍的廢石，廢石不僅可以填充礦井，還可以加工成建筑材料，尾礦和廢石可以通過(guò)二次資源開(kāi)發(fā)進(jìn)行回收和利用，這樣不僅可以充分利用越來(lái)越少的礦業(yè)資源，更可以減少?gòu)U物排放對(duì)環(huán)境的污染。例如銅礦廢石中包含硫化銅、黃鐵礦等多種金屬硫化物，如果對(duì)這些廢石不進(jìn)行處理而棄之于廢石場(chǎng)，會(huì)因?yàn)殍F硫桿菌、雨水和空氣中氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成銅、鐵、硫等離子的酸性水，造成環(huán)境和水源的污染。可利用酸性浸出廢石中的銅，然后利用萃取技術(shù)回收其中的銅，循環(huán)操作。例如煤矸石，化學(xué)成分以SiO2、Al2O3為主，其次為Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、SO3、P2O5等，礦物成分主要為高嶺石、石英，其次是長(zhǎng)石、云母、方解石等，可用于生產(chǎn)煅燒高嶺土、制磚、制陶粒等。

2 生活垃圾的處理和利用

生活垃圾是指在日常生活中或者為日常生活提供服務(wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物。城市是生活垃圾最為集中的地方，其中有大量的廢紙、塑料、玻璃、金屬等可回收物[1]，由于物流、快遞的迅速發(fā)展，包裝廢棄物在生活垃圾中所占的比重也越來(lái)越大。

生活垃圾的處理，首先應(yīng)該把其中的危險(xiǎn)廢物分揀出來(lái)單獨(dú)按危險(xiǎn)廢棄物處理，然后將其他非危險(xiǎn)的生活垃圾按照廢紙、塑料、玻璃、金屬、紡織物等分揀出來(lái)，再對(duì)分揀出來(lái)的各類作進(jìn)一步去污凈化后做為再生原料利用，將經(jīng)分揀后不含危險(xiǎn)廢物的生活垃圾由環(huán)保部門(mén)送入垃圾填埋或焚燒廠進(jìn)行填埋、焚燒處理。

3 危險(xiǎn)廢物的處理和利用

對(duì)于危險(xiǎn)廢物，如含有害物質(zhì)的廢電池和日光燈管，應(yīng)該分揀出來(lái)，嚴(yán)格按照防爆措施妥善保管，并且按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法做適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

以廢電池為例，目前電池應(yīng)用十分廣泛，生產(chǎn)和使用量非常大，尤其是近年動(dòng)力鋰電池生產(chǎn)和使用量增長(zhǎng)迅速。由于電池使用壽命短，每年造成廢棄的電池量非常巨大。廢電池中含有廢酸、重金屬等有害物質(zhì)，如報(bào)廢后的鋰電池含有六氟磷酸鋰、碳酸酯類有機(jī)物以及鈷、銅等重金屬等，如果不能進(jìn)行回收和處理，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染和危害。但從另一個(gè)角度說(shuō)，廢電池中含有的有價(jià)金屬和非金屬也是有用物質(zhì)，可以采取綜合處理技術(shù)回收其中的有價(jià)金屬和非金屬礦物，實(shí)現(xiàn)資源再生，這對(duì)保護(hù)環(huán)境資源具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

廢電池的回收技術(shù)主要采用干式或者干式—濕式聯(lián)合技術(shù)[2]。干式技術(shù)又可分為機(jī)械分選法和熱解法。熱解法是通過(guò)熔化廢電池材料來(lái)獲得金屬的一種方法。將放電后廢電池切碎后，放進(jìn)一個(gè)已加入石灰石作為造渣劑的爐中進(jìn)行熔煉。先緩慢加熱廢電池，降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)，讓電解質(zhì)蒸發(fā)。之后進(jìn)入溫度較高的區(qū)域，廢電池中所有的塑料和有毒溶劑都會(huì)燃燒，通過(guò)冷凝將不同密度的金屬分離出來(lái)。熱解法優(yōu)點(diǎn)是在高濃度和相對(duì)清潔的合金中，可以很有效地回收鎳、鈷和銅。目前，熱解法已經(jīng)可以實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模，是一種成熟的冶金技術(shù)。

而干式—濕式法主要是使用化學(xué)溶液來(lái)分離電池中的化合物，例如水熱法，是通過(guò)酸反應(yīng)讓金屬沉淀。先通過(guò)機(jī)械方式拆解電池，陰極材料被粉碎后，加入某些溶劑或酸劑溶解電池中的粘合劑，而留下金屬氧化物懸浮在溶液中。

廢鋰電池回收處理設(shè)備主要采用干式物理回收法，結(jié)合廢氣、廢渣處置措施，具有綠色環(huán)保、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，并兼顧經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益，既實(shí)現(xiàn)有價(jià)組分的利用，又可對(duì)有害組分無(wú)害化處理。整個(gè)回收過(guò)程可全部實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，回收效率高，處理能力強(qiáng)，廢舊鋰電池有價(jià)組分回收利用率可達(dá)90%以上。

鋰電池主要由外殼、正極、負(fù)極、電解液與隔膜組成。正極是通過(guò)起粘結(jié)作用的PVDF將鈷酸鋰粉末涂布于鋁箔集流體兩側(cè)構(gòu)成；負(fù)極結(jié)構(gòu)與正極類似，由碳粉粘結(jié)于銅箔集流體兩側(cè)構(gòu)成。廢鋰電池中通常含鈷5%～15%，鋰2%～7%，鎳0.5%～2%，其回收再利用價(jià)值相對(duì)較高。

廢舊鋰電池回收處理的主要設(shè)備：剝殼機(jī)、鋰電池正負(fù)極片分離設(shè)備、粗碎機(jī)、微粒粉碎機(jī)、微粉分級(jí)機(jī)、旋風(fēng)分離器、脈沖除塵器、高壓風(fēng)機(jī)、磁選機(jī)、經(jīng)典分離設(shè)備等。鋰電池正負(fù)極片分離設(shè)備主要對(duì)報(bào)廢鋰電池正負(fù)極片中的鋁箔、銅箔與正負(fù)極材料進(jìn)行分離處理，以達(dá)到循環(huán)利用的目的。整個(gè)生產(chǎn)線成套設(shè)備在負(fù)壓狀態(tài)中運(yùn)行，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)粉塵外溢，分離效率可達(dá)90%以上。通過(guò)破碎篩分與氣流分選組合工藝，對(duì)不同材料進(jìn)行分離，以實(shí)現(xiàn)廢鋰電池正負(fù)極片中的銅、鋁與碳粉(石墨)的高效分離回收。具體流程是將原料用粗碎機(jī)破碎至10mm以下，再進(jìn)入微粒粉碎機(jī)進(jìn)行剝離粉碎，后進(jìn)入微粉分級(jí)機(jī)分離處理，尾灰由后道旋風(fēng)分離器及脈沖除塵器收集。通過(guò)吸風(fēng)機(jī)、磁選分離磁性金屬和非磁性物質(zhì)、風(fēng)選機(jī)、水式摩擦機(jī)、渦電流分選機(jī)、重介質(zhì)分選機(jī)、靜電金屬分選等設(shè)備將廢舊鋰電池分選出鎳、鈷、鋰粉等具有較高市場(chǎng)價(jià)值的貴金屬，以及塑料、鐵、鋁、不銹鋼、銅、碳粉(石墨)等多種金屬與非金屬物料。這樣，絕大多數(shù)的廢舊鋰電池有用物質(zhì)均得以回收。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，在國(guó)家越來(lái)越重視環(huán)保的大趨勢(shì)下，對(duì)固體廢物回收處理使其利用效率更高、成本更低的新技術(shù)新設(shè)備將會(huì)層出不窮，各種固體廢物中不可忽視的寶貴資源，如黑色金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬、稀有金屬、塑料、玻璃、非金屬礦物等，會(huì)被重新回收并加以利用，而不是作為垃圾污染環(huán)境，同時(shí)也消除了很多危險(xiǎn)因素和安全隱患。而且這些二次資源的重新回收處理和利用，必將帶動(dòng)我國(guó)環(huán)保工業(yè)的成長(zhǎng)壯大與發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出不可忽視的貢獻(xiàn)。

[1]楊慧芬，張強(qiáng).固體廢物資源化[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[2]陰軍英，張超，王彩紅.廢舊鋰電池的回收和綜合利用研究[J].廣東化工，2011，38(7)：84，87.