环境论文 简析钢铁工业粉尘处理回收及再利用

简析钢铁工业粉尘处理回收及再利用 摘要 钢铁工业是国民经济的支柱工业，钢铁工业产品也是国民生活的必需品。当今绝大部分工 业 都依赖于钢铁工业产品。但是钢铁工业的污染在各工业的污染中属于危害较大的，其副 产物 处理也是当今环境保护的一项重大课题。我国钢铁工业固体废物产生量约为 4 亿吨,， 约合利 用率为 51 65 % 【1，利用率仍待有一定提高。本文针对以粉煤灰为主的钢铁粉尘， 采用较为简 单的改变酸碱度进而提取废液中各种元素，最终实现资源回收与再利用 关键词 粉煤灰 金属提取 资源再利用 2002 年中国共产党第十六次全体代表大会以来，党中央立足于国情，提出了科学发展观 这 一战略。中共中央总书记胡锦涛更是在在 2003 年 7 月 28 日的讲话中提出“坚持以人为 本， 树立全面、协调、可持续的发展观，促进经济社会和人的全面发展，按照“统筹城乡 发展、统筹 区域发展、统筹经济社会发展、统筹人与自然和谐发展、统筹国内发展和对外 开放”的要求推 进各项事业的改革和发展的方法论-科学发展观，也是中国共产党的重大 战略思想。自此，环 境保护工作便成为了我国经济建设中最为重要的一部分之一。2006 年，党中央在中央人口资 源环境工作座谈会上首次提出了建设环境友好型社会的号召。之 后在 10 月召开的中国共产 党第十六届五中全会上，中央正式将建设资源节约型和环境友好 型社会确定为国民经济与社 会发展中长期规划的一项战略任务。 对于已经受到破坏的环境系统， 就必须采取治理的方法来恢复环境系统的平衡。 但是这 属 于比较传统的，也是十分被动的“先污染，后治理的老路。 ”环境一旦被破坏，或是系统 平衡被 打破，从严格意义上分析，完全恢复就已经不再可能。仅仅从中国近三十年以来灭绝 的动，植物种群数量来分析，这一观点就完全可以被证明。生态环境系统中任何一个部分的 缺 失都会造成严重的生态不平衡， 甚至对整个系统带来毁灭性的灾难。 而一旦出现重要环节 的缺 失，这一破坏就是无法恢复的。因此，环境工作的重点应该放在减少破坏环境，停止破 坏环境 上。 在当今社会，工业生产给环境带来的破坏是极为严重的。之所以在改革开放之后，中国 大 陆地区的生态环境被严重破坏， 甚至部分地区性环境系统几乎遭受灭顶之灾。 其主要原因 在于 近年来中国工业的迅速发展而没有及时的对工业废物进行处理而直接排放到自然环境 系统 当中。 2012 年以来，北京，河北，河南，辽宁等地在现了严重的雾霾现象。这一现象的主要原 因就 是工业生产过程当中没有对粉尘等废物进行处理。 在雾霾事件发生后， 国务院颁布相当 一系列 法律法规对于粉尘处理和治理进行了严格的规定和控制。2014 年之后，我国固废处 理领域出现了诸多新趋势：垃圾焚烧竞争加剧、污泥处置受到重视、土壤修复开始启动、水 泥 窑协同引起热议、PPP 模式加快推进、村镇垃圾处理出台行动计划，新常态下固废处理领 域正 面临重要的机遇期和发展期。【2】 粉尘的处理主要分收集和收集后处理两个部分。 仅以刚铁产业的 粉尘再利用为例，简述对于粉尘的再利用过程。 一 对钢铁粉尘成分进行分析 钢铁粉尘主要包括主要以粉煤灰为主，粉煤灰的化学成分主要包括 CaO，SiO2 Al2O3， MgO ，Fe2O3，MnO 等，主要元素以 Ca,Al,Mg,Fe,Mn,等金属元素为主，但同时也含有一定 O,Si 等 非金属元素。其中，Fe，Mn 等重金属元素以离子形式或是化合态形式无处理直接排入自然会造 成较为严重的水污染和土壤污染。 从而会导致食品安全问题和生态破坏问题， 并且直接排放也会 造成一定的浪费。Mg 元素属于贵金属，直接排放损失巨大。而 Ga，Al 的直接排放也会造成一定 损 失。Al 元素进入人体也会严重影响人体健康，因而不处理直接排放是一种得不偿失，极不负责 任的 行为。 二 钢铁粉尘主要利用 （1）作水泥混合材; （2）作混凝土掺和料; （3）作工程填筑材料; （4）作烧结砖; （5）作粉煤灰陶粒; （6）公路路基材料【3】 三 钢铁粉尘主要利用的元素分析 钢铁工业固废含有大量可回收的金属和石灰石等原生矿物，再生利用潜能大、价值高，其成 分与制备水泥的基料相似，可替代水泥工业的部分生产原料混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结 成整体的工程复合材料的统称。【4】 混凝土一般用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，之后与水（同时掺入一些混合材料添加剂） 按一 定比例配合，经搅拌而制成的材料。其主要成分仍然以 Ca，Si，O 为主。而水泥的混合添加 剂主要包 括某些金属，像 Mg，Al 等。 对于工程填筑材料而言， 其主要成为几乎可以尽其用， 因为建筑当中所需求的元素成分有众 多种，因而粉煤灰中多种做样的成分课以物尽其用。但是分离其中的化合物成分和元素是一 项较为困难的技术。而且如果该技术成本过高，也不便于推广使用。一旦其成本超过回收价 值， 就不再再具有工程可实施性。 烧结砖，粉煤灰陶粒，公路路基材料等等用处均属于较为简单的工业手段。不再具体介绍。 四 钢铁粉尘中贵重金属的提取再利用 钢铁粉煤灰中含有一定的 AL，Fe，Mg 等元素。其中以 Mg 元素价格最高。如果能在此中提 出一部分 Mg 元素，不仅可以节约资源，减少环境破坏，还可以创造更多的经济价值。 Mg 元素的简要提取步骤 1 收集溶解 此步骤是将粉煤灰回收后，溶于水后加 H+过滤。目的在于去除粉煤灰中的不溶解部分。注意， 在 此步骤中应加入以稀盐酸，稀硫酸等具有弱氧化性的稀酸，而不能加入浓硫酸，稀硝酸，浓硝 酸等 强氧化性酸。 也不可以加入氢氟酸， 因为在此步骤中如果加入氢氟酸会造成部分硅酸盐类氧 化物的 溶解，为后来的提存造成繁琐。 但是值得一提的是，此步骤中的废渣即使含有大量硅酸盐化合物， 可以用于生产上述中的水泥， 混凝土建筑材料等等。也可以用于玻璃的生产。如果在此过程中，能 将环保，艺术价值赋予玻璃 制工艺品，作为一种环保文化的宣传手段，将工艺品的收入价值在此用 于环保的建设和研究，环 保事业将有更好的发展。同时，部分碳元素在此过程中 2 改变酸碱度沉淀提取 （1）钙元素的分离提出 首先通入大量的 CO2，利用碳酸根遇钙离子回生成大量沉淀的原理，加入 CO2 目的分离滤液中 的 钙离子。 生成的沉淀经过滤后为较为纯净的碳酸钙。 碳酸钙作为一种极为广泛使用的建筑材料， 在建 筑工业中有极宽的应用范围。 （2）铝和铁元素的分离提出 紧随其后，向滤液中加入适量氢 氧根，并实时监测 ph 值。 当 PH 值达到 1.5 时，3 价铁离子开始以金属氢氧化物形式析出；当 PH 值达到 3.3 时，3 价铝离 子开始析出金属氢氧化物。当 PH 值达到 7.2 时，铝和铁都已经完全析出，此时可采用过滤方法 将 氢氧化铁和氢氧化铝分离出来。关于分离此两种化合物的方法，将在后续介绍。 （3）锰元素的分离提出 当 PH 值达到 7.8 时，锰离子开始沉淀，至 10.4 时，沉淀完全。此时应立即过滤，并严格控制 ph 值。 因为 10.4 也是镁离子的沉淀开始值，因此，要严格控制，一般将 PH 值达到 10.5，使锰离子 更好沉 淀，以分理处更为纯净的镁金属。 （4）镁元素的分离提出 当 PH 值达到 12 时，完全沉淀，此时即可过滤出较为纯净的镁的氢氧化物。之后，将氢氧化镁 溶 于稀盐酸，干燥后得到氯化镁晶体，经过电解即可得到纯净镁元素。 （5）铁铝分离以及废液利用 之前提到的， 关于氢氧化铝和氢氧化铁的分离， 将其溶于过滤后的废液， 此中含有大量的氢氧根， 可将在碱性环境下溶解的氢氧化铝溶于溶液中， 此时即可过滤分离出氢 氧化铁， 之后再加酸将铝 析出即可，完成废液分离。 （6）废液最终处理 最终废液呈现微酸性，可用于做微酸性环境，也可少量加入碱液跳河平衡，蒸馏 的氯化钠后做蒸 馏水。 五 以上方法的综合评价以及发展 以上方法仅仅利用了较为单纯的酸碱度调控进行分离滤液， 并将滤液中的金属成功分离， 在 过程当中，没有外排。根据质量失衡定律和物质守恒定律，如果不考虑经济因素，以上方法属于 无 本万利的方法，既不会造成环境污染，而且反而带来了更大的经济效益。且在此过程中，所有 操作 仅仅是过滤， 干燥， 蒸馏等较为简单的操作方法。 方便与工业化生产。 特别是镁金属的提取， 由于是 贵金属，有着较大的经济价值。每年我国都会有一定的镁金属走私，由此可以看出镁金属 的巨大价 值。 但是，此方法提纯的金属仍有一定的不纯净，而且通过电解镁，电解铝的制取的方法仍有着 很高的成本。如果不能大规模生产，此方法仍有一定的经济待估计性。 零排放” 是环境保护的重要对策, 是资源有效利用的重要标志。【5】以上方法设计采取的是 废液 处理“一条龙”的思路，意在将废液内各种元素一一分离出，最终的废液在循环使用，实现 无排放无 污染，在当今时代实为所需的方法。该方法将钢铁工业的粉尘进行了处理和再利用。反 映了人与自 然和谐相处的基本原则，也响应了可持续发展的号召和国策。 六 该方案的未来发展方向 在当今互联网+智能工业的大背景下， 无污染的智能工业成为未来传统工业发展的主要方向。 对于这种简单操作，完全可以实现无人化和智能化。对于液体 PH 值进行实时电子监测，并通过 网 络将数据传到管理部门。这可以实现 EHS 安环一体的最终想法。 在经济方面，由电子检测系统可以随时检测生产的各产品的质量，优劣度，并可以随时上传 网 络用于销售，节省了推销，洽谈等等商务行为的时间与花费。 结语 十二五”期间，我国废固处理行业投资明显加速，占环保投资比重显著增加，中国废固处理 行业将迎来快速发展期。【6】该方法设计中采用最简单的操作和原理，将废液中等等元素提取出， 在 消灭污染和排放的同时创造了经济价值。在互联网时代有着巨大的发展潜力。 参考文献 1 朱桂林，加快钢铁工业固体废物“ 零排放” , 促进循环经济与节能减排，第七届(2 0 0 ) 9 中 国钢 铁年会论文集 2 张益，2015 年固废处理八大预测，前沿观察 bservation 3 朱桂林，加快钢铁