工業(yè)廢料回收中的化學(xué)應(yīng)用

丁沛仁

摘 要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了工業(yè)廢料增多的問題，如果不對(duì)這些廢料進(jìn)行合理的回收和利用，不僅不利于降低工業(yè)生產(chǎn)的成本，而且容易引發(fā)生態(tài)環(huán)境污染方面的問題。從工業(yè)廢料回收的方法來看，除了傳統(tǒng)的物理方法外，化學(xué)方法在當(dāng)下也得到了很好的應(yīng)用，并且具有了越發(fā)廣闊的前景。主要就工業(yè)廢料回收中的化學(xué)應(yīng)用做出分析，主要介紹了幾種常規(guī)的化學(xué)回收工業(yè)廢料的方法，并對(duì)這些方法的適用情況和優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行闡述，希望能給廣大生產(chǎn)企業(yè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢料；回收；濕法冶金；電化學(xué)沉積；熱裂解；焚燒

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.089

1 引言

工業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大和不斷升級(jí)，給人們工作和生活帶來便利的同時(shí)，工業(yè)廢料的隨意丟棄和處理也帶來了一系列的環(huán)境問題。比如，市場(chǎng)產(chǎn)品種類的增多和人們對(duì)物質(zhì)生活的不斷追求，提高了產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，這在促進(jìn)消費(fèi)市場(chǎng)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也給社會(huì)帶來了越來越多的工業(yè)廢料。就工業(yè)固體廢物這一項(xiàng)來看，其存在數(shù)量龐大、種類繁多和處理困難的特征，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，截至2015年，我國工業(yè)固體廢物的產(chǎn)生量高達(dá)33億噸，其中能夠?qū)崿F(xiàn)回收利用的不到總量的50%，其余部分要么予以儲(chǔ)存，要么予以丟棄處理。所以，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢料的有效回收和利用，減少工業(yè)廢料的數(shù)量，或者對(duì)其進(jìn)行環(huán)保處理成為擺在了人們面前的難題。特別是一些日常用品和電子產(chǎn)品，市場(chǎng)淘汰速度很快，因此如何解決工業(yè)廢料的回收問題，達(dá)到變廢為寶的目的，成為了社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。

從工業(yè)廢料的種類來看，雖然種類繁多，難以進(jìn)行統(tǒng)一的分類，但是從回收處理的方法來看，其主要分為以下4個(gè)大類：（1）不含油脂的橡膠塑料金屬混合物，比如廢舊塑料產(chǎn)品、玩具、電線、生活用品等；（2）含油脂的橡膠塑料金屬混合物，比如電動(dòng)機(jī)、水泵、滑輪、電纜等；（3）電子產(chǎn)品，比如電話、電路板、集成器、電腦等；（4）廢棄液體，比如機(jī)油、工業(yè)廢水、廢酸、廢堿等。上述工業(yè)廢料具有腐蝕性、易燃性和毒性的特征，不僅會(huì)直接危及到人們的身體健康，而且隨意丟棄和排放會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染。但是這些工業(yè)廢料并未一無是處，如果能夠進(jìn)行有效的回收，重新對(duì)其進(jìn)行萃取和提煉，往往能夠節(jié)省工業(yè)生產(chǎn)的成本，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。

從工業(yè)廢料回收的方法來看，其主要分為物理和化學(xué)兩種方法。物理方法主要包括了粉碎、攪拌、過濾、蒸餾和結(jié)晶等，該方法由來已久，在廢棄液體處理方面依然有很大的體現(xiàn)。相比物理方法而言，化學(xué)方法經(jīng)過不斷的發(fā)展，已經(jīng)成為了較為精細(xì)的工業(yè)廢料回收方法，并且在眾多領(lǐng)域得到了很好的利用，有效促進(jìn)了工業(yè)廢料的回收和利用。

2 工業(yè)廢料回收中的化學(xué)方法

2.1 濕法冶金

濕法冶金主要利用溶劑和化學(xué)反應(yīng)來對(duì)原料中金屬物質(zhì)進(jìn)行提取和分析，所以濕法冶金也被稱為水法冶金。早在西漢時(shí)期，就有關(guān)于濕法冶金用于提取銅的記錄，相對(duì)于火法冶金而言，濕法冶金的出現(xiàn)時(shí)間雖早，但是其一直發(fā)展比較緩慢，直到化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)原理逐漸得到了科學(xué)界的廣泛認(rèn)可后，濕法冶金才得以成為冶金領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，其雖然利用的是化學(xué)反應(yīng)原理，但是也與礦物學(xué)、金屬學(xué)和工程學(xué)息息相關(guān)。具體而言，濕法冶金就是將工業(yè)廢料中有用的成分溶解到溶液里，在對(duì)殘?jiān)腿芤哼M(jìn)行分離后，一方面對(duì)殘?jiān)M(jìn)行回收和利用，另一方面在溶液中通過離子交換和溶劑萃取的方法來獲取化學(xué)沉淀，達(dá)到凈化液體或提取高價(jià)金屬的目的。比如，利用濕法冶金可以對(duì)低品位的物料、尾礦進(jìn)行處理，有效回收其中的稀貴金屬伴生物。當(dāng)前，濕法冶金成為了我國重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，世界上全部的氧化鋁、氧化鈾、約74%的鋅、近12%的銅都是用濕法冶金的方法生產(chǎn)得來，特別是在地球資源有限的情況下，在對(duì)工業(yè)廢料進(jìn)行回收和利用時(shí)，如何降低資源的消耗，避免對(duì)環(huán)境的二次污染，最終達(dá)到資源的可持續(xù)開發(fā)和工業(yè)廢料的可循環(huán)使用，成為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要領(lǐng)域。基于此，在工業(yè)廢料的回收過程中，需要進(jìn)一步完善濕法冶金的工藝流程，提高高價(jià)金屬的回收利用率和礦物資源的綜合利用，在冶金過程中要注重對(duì)環(huán)境的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的清潔生產(chǎn)。除此之外，還需要有效開發(fā)各種冶金新材料和新型設(shè)備，提高濕法冶金的勞動(dòng)生產(chǎn)效率，促進(jìn)該工藝流程的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

2.2 電化學(xué)沉積法

電化學(xué)沉積是指金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學(xué)沉積的過程，比如金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍、電鑄等，該過程往往在電解質(zhì)的條件下實(shí)現(xiàn)，一方面受到電流大小和金屬沉淀物的性質(zhì)影響，另一方面與電解質(zhì)的組成成分、溫度、pH值等有關(guān)?？梢哉f，電化學(xué)沉積是電化學(xué)理論和電化學(xué)技術(shù)得以不斷發(fā)展的結(jié)果，特別是在電能得以廣泛普及的當(dāng)下，電化學(xué)沉積法在化工領(lǐng)域、能源領(lǐng)域和材料領(lǐng)域方面都得到了廣泛的應(yīng)用。首先，電化學(xué)沉積的實(shí)施條件相對(duì)簡(jiǎn)單，相比熱裂解和焚燒而言，其能夠在常溫、常壓的條件下進(jìn)行；其次，電流和電壓的大小容易控制，所需的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，通過電化學(xué)沉積法來實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢料的回收，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益；然后，無論是氣相沉淀還是液相沉淀，其基本原理都是通過電荷的正負(fù)極將工業(yè)廢料中的物質(zhì)分布于電源的兩極，充分利用了氧化還原反應(yīng)的作用，最終得到有用物質(zhì)；最后，電化學(xué)沉積不僅可以在工業(yè)廢水中提取有用物質(zhì)，滿足工業(yè)生產(chǎn)中的原材料或半成品材料的需求，而且能夠通過電化學(xué)沉積來降低工業(yè)廢水中的毒性，比如氰化物、重金屬離子、苯酚等，因此電化學(xué)沉積在水資源凈化和餐飲行業(yè)都得到了很好的體現(xiàn)，具有非常廣闊的發(fā)展前景。但是需要注意的是，雖然電化學(xué)沉積法對(duì)環(huán)境的污染小，不需使用大量的試劑和催化劑，得到的有用物質(zhì)也比較純粹，但是該方法需要消耗大量的電能，所以不太適用于電力匱乏的地區(qū)。另外，電化學(xué)沉積法的前期資金投入較大，收回成本的周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)經(jīng)營容易受到市場(chǎng)環(huán)境的影響，風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.3 熱裂解法

相對(duì)于焚燒而言，熱裂解法是通過加熱、加壓或負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)化合物的分解和重組的過程，將大分子的有機(jī)物熱裂解為小分子的有機(jī)物，比如汽油和柴油等。從傳統(tǒng)熱裂解法來看，其需要將工業(yè)廢料加熱到較高的溫度，加熱時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，生產(chǎn)效益比較有限。在經(jīng)過不斷的研究和開發(fā)后，當(dāng)下普遍在使用催化劑的情況下，通過低溫、低壓或負(fù)壓來加速熱裂解的過程，極大程度降低了生產(chǎn)成本和工藝要求。以聚酯為例，其主要是多元醇和多元酸縮聚而得的聚合物，在食品包裝行業(yè)得到了大量的使用，比如使用聚酯來制作食品包裝袋、塑料瓶等，聚酯的大量使用一方面消耗了大量的石油天然氣資源，另一方面因聚酯不容易降解的特性，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。所以，如何實(shí)現(xiàn)聚酯的循環(huán)利用，達(dá)到環(huán)保的效果，成為了社會(huì)廣泛關(guān)注的問題，隨著聚酯行業(yè)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)把聚酯的回收利用納入日程。比如，通過熱裂解法來處理塑料、輪胎、機(jī)油等物質(zhì)時(shí)，將廢料、廢板材或邊角料粉碎后放置于密閉空間中，通過高溫和負(fù)壓來將這類物質(zhì)中的大分子有機(jī)物裂解為高附加值的燃油、H2、CH4、甲醇、金屬物質(zhì)、炭黑和砂石等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料和油脂的回收利用，避免了這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染，還節(jié)約了寶貴的石油天然氣資源。

2.4 焚燒法

焚燒法主要是指通過高溫燃燒的方法來處理一些可燃工業(yè)廢料，工業(yè)廢料在經(jīng)過高溫燃燒和深度氧化后，可以把大量的有害物質(zhì)分解為無害物質(zhì)，比如灰塵和不可燃物質(zhì)等，一方面工業(yè)廢料在充分燃燒后可以極大程度減少體積和重量，有效減少了工業(yè)廢料的堆砌，還可以通過高溫來消除工業(yè)廢料中附著的細(xì)菌和病毒，減少工業(yè)廢料對(duì)環(huán)境和人體構(gòu)成的危害，另一方面在工業(yè)廢料可燃物比例逐漸加重的情況下，通過對(duì)工業(yè)廢料的焚燒，可以產(chǎn)生大量的熱能，這部分熱能可以用于發(fā)電，有效緩解社會(huì)的電力緊張。相對(duì)于焚燒工業(yè)廢料的諸多優(yōu)點(diǎn)來看，其依然存在一定的缺陷，首先，焚燒發(fā)電廠建設(shè)中的投入資金較多，短時(shí)間內(nèi)無法收回成本；然后，焚燒發(fā)電廠對(duì)工業(yè)廢料的燃燒熱值有一定的要求，一般不能低于5000kJ/kg，這極大程度上限制了可焚燒的范圍；最后，焚燒工業(yè)廢料，特別是一些塑料制品，會(huì)產(chǎn)生大量的二惡英，其具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，毒性強(qiáng)，危害大，難治理的特點(diǎn)，對(duì)人體而言具有較高的致癌性，所以對(duì)焚燒發(fā)電廠的選址帶來了極大的考驗(yàn)。雖然焚燒工業(yè)廢料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其實(shí)用性和可操性仍待商榷，對(duì)此，社會(huì)上存在諸多爭(zhēng)議，所以需謹(jǐn)慎實(shí)施。

3 結(jié)束語

綜上所述，工業(yè)廢料的大量出現(xiàn)勢(shì)必會(huì)對(duì)人們的日常生活和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅，所以對(duì)工業(yè)廢料的回收和利用成為了工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，只有積極應(yīng)對(duì)工業(yè)廢料所帶來的各種問題，對(duì)其進(jìn)行妥善的處理，才能變廢為寶，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。特別是上文所介紹的幾種化學(xué)處理方法，其具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉和方便快捷的特點(diǎn)，因此在工業(yè)廢料回收過程中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然在工業(yè)廢料的回收過程中會(huì)存在很多的不確定性因素，比如工業(yè)廢料的種類、成分、數(shù)量和回收成本等，但是只要對(duì)回收的工藝選擇和設(shè)備選擇進(jìn)行合理的應(yīng)對(duì)，才能充分拓寬工業(yè)廢料的回收途徑，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，工業(yè)廢料回收需要把握好資源化和無害化的兩個(gè)重要原則，避免對(duì)環(huán)境造成二次污染，所以要在工業(yè)廢料的處理工廠內(nèi)部建立健全監(jiān)測(cè)措施，對(duì)工業(yè)廢料處理過程中產(chǎn)生的氣體和粉塵進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，確保處理后產(chǎn)生的廢水、廢氣和固體廢棄物達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)工業(yè)廢料回收的工業(yè)流程得以不斷的完善和進(jìn)步。

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