機(jī)械金屬表面酸洗污泥的資源化梯級(jí)利用新工藝

季愛兵

（江蘇柏瀚環(huán)境科技有限公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

近年來(lái)我國(guó)金屬資源產(chǎn)量逐年增加，2019年我國(guó)金屬材料產(chǎn)量2940萬(wàn)噸，2020年達(dá)3013.9萬(wàn)噸，同比增加73.9萬(wàn)噸，增長(zhǎng)2.51%[1]。金屬表面酸洗污泥的堆積量將會(huì)越來(lái)越多。隨著資源的日益枯竭和環(huán)保要求的不斷提高，金屬行業(yè)的資源化利用面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。機(jī)械金屬表面酸洗產(chǎn)生的污泥量約為金屬產(chǎn)量的3%～5%，污泥中含有Ni、Cr、Fe等有價(jià)金屬元素，同時(shí)含有CaF2、CaO、SiO2、CaSO4等物質(zhì)；污泥中的Cr6+如不妥善處理會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生潛在的危害[2]。

2 機(jī)械金屬表面酸洗污泥傳統(tǒng)處置工藝及不足

針對(duì)金屬表面污泥的處置方法，目前傳統(tǒng)的處置工藝主要分為3種：減量化、無(wú)害化和資源化處置利用。

2.1 金屬表面酸洗污泥無(wú)害化處置工藝[3-5]

酸洗污泥的無(wú)害化處理的主要方法是還原法。還原法又可分為火法還原和濕法還原兩種。

（1）火法還原是將污泥與還原劑按照一定的比例混合后進(jìn)行高溫還原，使Cr6+還原成不溶性的Cr2O3（Cr3+）?；鸱ㄟ€原工藝的可操作性較強(qiáng)，但是不能將Cr6+的含量完全還原成Cr3+，且生產(chǎn)過(guò)程中能耗過(guò)大，污泥量處置量較小。

（2）濕法還原就是將污泥溶解在酸液或者堿液之中。再向混合液中加入FeSO4、Na2S等還原劑使得Cr6+還原成為Cr(OH)3或者Cr3+。濕法還原工藝生產(chǎn)費(fèi)用高，污泥量處置量較小。

2.2 金屬表面酸洗污泥減量化處置工藝

金屬表面酸洗污泥減量化處置工藝主要是將污泥固化處置后進(jìn)行填埋；目前最主要的固化劑有水泥、石灰等，污泥固化后進(jìn)行堆積填埋，此法簡(jiǎn)單快捷，成本低廉，但會(huì)造成金屬材料資源被占用，同時(shí)，在對(duì)金屬材料進(jìn)行加工時(shí)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生潛在的危害，后期危害性較大，不推薦使用。

2.3 金屬表面酸洗污泥的資源化處置工藝

金屬表面污泥的資源化利用主要分為無(wú)機(jī)物利用和金屬回收利用。

2.3.1 建材產(chǎn)品

機(jī)械金屬表面污泥制作建材產(chǎn)品，主要是將表面污泥中的有害物質(zhì)固化在建材（磚、攪拌料）內(nèi)，但由于污泥中存在Cr3+極有可能被氧化為Cr6+存在于工程材料中，在后期使用過(guò)程中存在污染地下水的可能性，而且添加比例不宜過(guò)大，否則會(huì)影響建材質(zhì)量；因此污泥制作工程產(chǎn)品受到使用范圍和使用量的限制。

2.3.2 污泥中金屬回收利用

機(jī)械金屬表面污泥中主要存在Ni、Cr、Zn等有價(jià)金屬；污泥的金屬回收主要是回收相關(guān)金屬，回收工藝主要分為火法還原和濕法浸出兩種。

（1）濕法浸出工藝

濕法浸出工藝分為酸浸法和氨浸法。濕法浸出污泥中金屬元素的缺點(diǎn)是工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，浸出液消耗量很大，操作很復(fù)雜。因此濕法回收污泥中的金屬作為大規(guī)模工業(yè)化處理污泥的方法存在很大的局限性。

（2）火法還原工藝

火法還原工藝主要采用高溫還原設(shè)備進(jìn)行處置，高溫是火法還原的重要因素，由于污泥中存在大量硅酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物等成分，導(dǎo)致火法回收金屬元素成本高，能耗大，經(jīng)濟(jì)效益較差；極大的限制了火法還原工藝的發(fā)展。

3 機(jī)械金屬表面酸洗污泥資源化梯級(jí)利用新工藝

3.1 機(jī)械金屬表面酸洗污泥特性

采用X射線熒光光譜儀（美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司）對(duì)金屬表面酸洗污泥的化學(xué)成分進(jìn)行分析，采用D8 Advance多晶X-射線衍射儀（德國(guó)Bruker AXS公司）對(duì)酸洗污泥的礦物組成進(jìn)行分析，結(jié)果表1和圖1。

表1 污泥原始物料化學(xué)成分

圖1 金屬表面酸洗塵泥原始物料XRD圖譜

從表1和圖1可以看出，機(jī)械金屬表面酸洗污泥中含有大量的水合硫酸鈣，鉻（Cr）、鎳（Ni）等金屬元素賦存于復(fù)雜的酸式鹽中。

根據(jù)所研究的污泥成分和物相分析，污泥中的氧化鈣主要以硫酸鈣（石膏CaOSO4·2H2O、CaOSO4·0.5H2O）形式存在，總量約67.02%；將污泥中的鎳等金屬類的物質(zhì)分離將會(huì)大幅提升污泥處置能力并有效的降低后期處置難度。

3.2 機(jī)械金屬表面酸洗污泥資源化梯級(jí)利用工藝

根據(jù)金屬表面污泥的成分和物相特點(diǎn)，污泥資源化梯級(jí)利用工藝的分為污泥預(yù)處置工段、還原焙燒工段和熔分冶煉工段。

圖2 機(jī)械金屬表面酸洗污泥梯級(jí)利用工藝流程圖

（1）污泥預(yù)處置工段

此工段主要流程為：定量給料→細(xì)磨→調(diào)漿→浮選→壓濾脫水→出料儲(chǔ)存。

（2）還原焙燒工段

此工段主要流程為：烘干→配料→混合造粒→還原焙燒→出料熱送。

（3）熔分冶煉工段

3.3 機(jī)械金屬表面酸洗污泥資源化梯級(jí)利用工藝成本分析

金屬表面酸洗污泥年處理量：20萬(wàn)噸/年，總投資成本約1.2億元；項(xiàng)目占地面積約70畝（約4.7萬(wàn)m2）；1噸酸洗污泥處置費(fèi)用約1000元/年。

4 結(jié)語(yǔ)

本技術(shù)將礦物分選技術(shù)、直接還原技術(shù)和熔分冶煉進(jìn)行耦合，形成了全新的機(jī)械金屬表面酸洗污泥的資源化梯級(jí)利用新技術(shù)；本項(xiàng)目技術(shù)不僅可將污泥中的有價(jià)元素（Ni、Cr、Pb、Zn等）進(jìn)行綜合回收利用，而且可對(duì)危廢中的硅酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物進(jìn)行無(wú)害化處理，生產(chǎn)水泥添加劑、建筑材料等物料。

本技術(shù)采用污泥預(yù)處理的方式，將污泥中的硫酸鹽類和金屬料進(jìn)行分離，得到石膏產(chǎn)品和金屬料半產(chǎn)品；金屬料半產(chǎn)品進(jìn)入后續(xù)的還原焙燒系統(tǒng)提煉有價(jià)金屬，有效實(shí)現(xiàn)了污泥的分層梯級(jí)使用。

本技術(shù)中的直接還原+熔分冶煉技術(shù)是處理含金屬粉塵、爐渣的特有技術(shù)，其主要特點(diǎn)是：在直接還原工段中，爐內(nèi)1200℃～1300℃還原區(qū)內(nèi)，可對(duì)堿金屬進(jìn)行還原回收，如鉛（Pb）、鋅（Zn）等進(jìn)入熔分冶煉工段中，爐內(nèi)1600℃ ～1300℃還原區(qū)內(nèi)可對(duì)鉻（Cr）、鉛（Pb）、鎳（Ni）等重金屬進(jìn)行還原回收原料，通過(guò)水淬后成為水渣，作為建材添加料。

本技術(shù)危廢處理種類多：可處理污泥、粉塵、廢渣等多種形式的原料；固廢、危廢比例隨意匹配，可100%處理危廢；處理能力大：?jiǎn)螚l生產(chǎn)線可年處理危廢量30萬(wàn)噸；環(huán)保指標(biāo)先進(jìn)：配置先進(jìn)的脫硫、脫銷裝置，煙塵排放中的粉塵、SO2、NOx、重金屬排放指標(biāo)均能滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)生產(chǎn)廢水外排。