側(cè)吹爐處置危險廢物若干問題的探討

杜 龍，楊衛(wèi)嚴，唐 斌，王紅軍，肖 鵬

（1．中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038；2．江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司，江西豐城 331100）

側(cè)吹爐處置危險廢物已在行業(yè)內(nèi)得到推廣和應(yīng)用[1]。行業(yè)內(nèi)對側(cè)吹爐處置危險廢物的性質(zhì)判定等問題存在一些爭論。 本文擬針對這些爭論提出探討。

1 國民經(jīng)濟行業(yè)分類問題

筆者在從事工程設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)管理部門和專家對使用側(cè)吹爐處置危險廢物的國民經(jīng)濟行業(yè)分類有著不同的理解。有的管理部門和專家認為屬于“有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)（32）”，其主要依據(jù)是《2017國民經(jīng)濟行業(yè)分類注釋》（網(wǎng)絡(luò)版）（以下簡稱 “《注釋》”）[2]。 該《注釋》第602 頁危險廢物治理（7724）類別中寫明：固體廢物提煉金屬的活動，列入31（黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)）和32（有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)）相關(guān)分類中。然而，特別的是：如果回收了銅，個別省份的管理部門和專家認為也適用于《銅冶煉行業(yè)規(guī)范條件》（以下簡稱“《規(guī)范條件》”）[3]；廣東、浙江等省份的管理部門和專家審查該類項目時，則認為屬于危險廢物治理（7724）。筆者認為，側(cè)吹爐處置危險廢物屬于危險廢物治理（7724），理由如下：

1）《注釋》第202 頁中明確給出了銅冶煉的定義，即指對銅精礦等礦山原料、廢雜銅料進行熔煉、精煉、電解等提煉銅的生產(chǎn)活動。顯然危險廢物不屬于礦山原料，也不屬于廢雜銅料。

2）《規(guī)范條件》[3]中也明確銅冶煉企業(yè)的原料是銅精礦和含銅二次資源。 含銅二次資源一般認為是廢雜銅，同時《規(guī)范條件》[3]已不具有行政審批的前置性和強制性。

3）從危險廢物中提取銅并同時滿足2014 版《規(guī)范條件》[4]中最低100 kt 規(guī)模的要求難度較大。 這是因為危險廢物中的含銅量較低，除非加入雜銅，否則不太可能收集到年產(chǎn)100 kt 銅所對應(yīng)的危險廢物，如果2014 年～2019 年按此要求建設(shè)，勢必造成成本高、能耗高，形成浪費，不利于節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設(shè)。

4）如果屬于有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，則選址時應(yīng)滿足工業(yè)園區(qū)的規(guī)劃，這不利于在化工園區(qū)等其他類別的工業(yè)園內(nèi)建設(shè)采用側(cè)吹爐的危險處置線。 筆者認為利用側(cè)吹爐處置危險廢物應(yīng)屬于危險廢物綜合利用和處置的一種方式，和回轉(zhuǎn)窯工藝相比，主要是爐型和是否有固廢資源化的區(qū)別，不宜將其認定為“提煉金屬”，將“提煉金屬”理解為“提煉單質(zhì)金屬”更合適。因此建議對《注釋》中的危險廢物治理（7724）類別進行修訂。

2 玻璃化問題探討

側(cè)吹爐處置危險廢物過程包括了氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)，存在著高溫熔融狀態(tài)。水淬渣是該爐處置危險廢物過程產(chǎn)生的大宗固體廢物。 部分管理部門和專家很關(guān)切側(cè)吹爐產(chǎn)生的渣是否為玻璃態(tài)物質(zhì)，這是因為《國家危險廢物名錄》[5]中明確“危險廢物等離子體、 高溫熔融等處置過程產(chǎn)生的非玻璃態(tài)物質(zhì)和飛灰”屬于危險廢物。如果渣屬于玻璃態(tài)物質(zhì)則不屬于危險廢物， 然而國家尚未公布玻璃化的相關(guān)標準和定義，因此無從判定。

部分管理部門和專家從嚴要求， 將側(cè)吹爐產(chǎn)生的渣直接定為危險廢物，且依據(jù)《危險廢物鑒別標準通則》（GB 5085．7-2019）[6]第4．2 條認為不需要再進行鑒別。 如果將渣定為危險廢物則勢必影響到側(cè)吹爐處置危險廢物的工藝可行性。

對高溫熔融處置危險廢物過程產(chǎn)生的爐渣性質(zhì)，陽楊[7]等人的研究表明回轉(zhuǎn)窯溫度控制在1 000～1 100℃，二燃室溫度控制在1 150℃左右，可以使得焚燒殘渣具有較好的熱灼減率，焚燒較為徹底；通過加入添加劑（試驗時分別選用了玻璃渣、粉煤灰和石英石）調(diào)節(jié)堿度和酸度，渣淬火方式采用水驟冷淬火，可以實現(xiàn)較好的玻璃化固化效果，結(jié)論為焚燒殘渣浸出毒性極低。 孫紹鋒[8]等人的研究表明：高溫熔渣玻璃化的影響因素主要有二氧化硅含量、堿性物質(zhì)含量（CaO、MgO 等）和淬火方式，玻璃晶格常見的有CaO·SiO2、CaO·MgO·2SiO2、CaO·A12O3·2SiO2、Fe2O3、Fe3O4。

側(cè)吹爐處置危險廢物時需要加入石灰石（主要成分SiO2、CaO、MgO）造渣，有時也會加入鐵粉，其主要控制參數(shù)如下：溫度1 250 ℃，二氧化硅投入量（含危險廢物中的二氧化硅量）:危險廢物處置量（干基）=0．12～0．20。側(cè)吹爐處置危險廢物的工藝參數(shù)、添加的造渣劑以及冷卻方式和形成玻璃態(tài)物質(zhì)的條件有相近之處，通過對側(cè)吹爐產(chǎn)出的渣型進行選擇控制，有望產(chǎn)生浸出毒性極低的渣。 采用METCAL 軟件，模擬某富氧熔煉側(cè)吹爐處置危險廢物的爐渣成分見表1。 爐渣中m（Fe）=28．46%，m（Si）=11．57%，m（Ca）=11．00%；m（Pb）=0．48%，2FeO·SiO2、FeO、Fe3O4、SiO2的 質(zhì) 量 分 數(shù) 合 計 為61．5%；Cu2O、Cu2S、As2O3、PbO 的質(zhì)量分數(shù)低于1%。

表1 水淬渣化合物形態(tài)及質(zhì)量分數(shù) %

需要強調(diào)的是：1）陽楊[7]等人的研究成果可以說明形成玻璃態(tài)物質(zhì)并不是溫度一定要超過4 000 ℃；2）胡佳慧[9]等人使用焚燒飛灰的玻璃化研究給出了玻璃化的照片，玻璃化并不意味著完全透明，顏色也可以是黑色等其他顏色；3）入爐危險廢物的種類、來源、成分復雜，產(chǎn)生的水淬渣性質(zhì)具有一定的不確定性，首先應(yīng)通過鑒別判別渣的性質(zhì)，待數(shù)據(jù)積累較多時， 似應(yīng)從控制渣中2FeO·SiO2、FeO、Fe3O4、SiO2等的含量來定義玻璃態(tài)更為高效簡潔。

3 水淬渣性質(zhì)問題

盡管側(cè)吹爐處置危險廢物具備產(chǎn)生玻璃態(tài)物質(zhì)的條件，但不能通過表1 的成分直接判別水淬渣的性質(zhì)，宜參考孫紹鋒[8]等人的建議：開展玻璃態(tài)殘渣的危險廢物性質(zhì)鑒別，如不屬于危險廢物，則按一般工業(yè)固體廢物進行管理。 筆者收集了部分工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的水淬渣危險特性鑒別報告[10-11]，工廠1采用側(cè)吹爐處理廢棄鉛蓄電池；工廠2 采用頂吹爐處理電子廢料；工廠3 采用側(cè)吹爐處置表面處理廢物、焚燒飛灰、含銅廢物、有色金屬冶煉廢物等，處置過程均需要加入石灰石，均屬于熔池工藝處置危險廢物，區(qū)別主要是原料有所不同。 3 個工廠的鑒別結(jié)論表明水淬渣不具有腐蝕性、易燃性和反應(yīng)性，浸出毒性試驗結(jié)果分別見表2～表4， 浸出毒性試驗結(jié)果表明水淬渣不具備危險廢物特性，屬于一般工業(yè)固體廢物。由于不同實驗室儀器設(shè)備的檢出限不同，因此表2～表4 中同一種元素的檢出限存在差異；同時不同地區(qū)鑒別時根據(jù)入爐原料成分的不同，檢測的元素也有差異。同時，筆者整理了部分已通過審批的建設(shè)項目環(huán)境影響報告書，這些環(huán)境影響報告書均將側(cè)吹爐產(chǎn)出的渣定為一般工業(yè)固體廢物，匯總結(jié)果見表5。

表2 工廠1 水淬渣危險特性鑒別試驗結(jié)果 mg/L

表3 工廠2 水淬渣水淬渣危險特性鑒別試驗結(jié)果 mg/L，pH 除外

表4 工廠3 水淬渣水淬渣危險特性鑒別試驗結(jié)果 mg/L

表5 采用富氧側(cè)吹爐工藝的爐渣性質(zhì)匯總

盡管表2～表5 的證據(jù)可以證明前期咨詢階段將水淬渣判定為一般工業(yè)固體廢物是可信的，但是由于側(cè)吹爐處置危險廢物是一種新興技術(shù)，入爐的危險廢物種類、來源、成分復雜，渣型及其危險特性也具有一定的不確定性，表2～表4 中同一種元素的檢測結(jié)果波動較大，因此宜從側(cè)吹爐的實際處置效果判定水淬渣的性質(zhì)，如固化重金屬的效果、水淬渣的浸出液濃度是否低于《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB5083．3-2007）以及GB8978 中的最高允許排放濃度且pH 值在6～9。

4 結(jié)語

側(cè)吹爐處置危險廢物應(yīng)屬于危險廢物治理（7724），其產(chǎn)出的渣具備形成玻璃態(tài)的條件，不宜將其直接認定為危險廢物，宜從實際處置效果如水淬渣的浸出液濃度是否低于《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB 5085．3-2007）、是否低于GB 8978 中的最高允許排放濃度且pH 值在6～9 來判斷水淬渣的性質(zhì)，在國家公布玻璃化的定義和標準前，不宜將水淬渣定為玻璃態(tài)物質(zhì)，不管其是否屬于玻璃態(tài)物質(zhì)，較為科學的方式應(yīng)當是投產(chǎn)后對水淬渣進行性質(zhì)鑒別，待鑒別數(shù)據(jù)積累較多時，應(yīng)從控制渣中2FeO·SiO2、FeO、Fe3O4、SiO2等的含量來定義玻璃態(tài)更為高效簡潔。