国外有色金属开发与资源循环

1、划策文|黎建平众所周知,所有材料都必须以资源为依托,有色金属材料也不例外,必须有丰富的有色金属矿产作为资源储备和来源。刚刚过去的20世纪是人类大量消耗资源、快速积累财富、高速发展经济的世纪,科技的进步和发展使人类焕发出前所未有的创造力。在短短的100多年间,全球GDP 增长了18倍,人类所创造的财富超过了以往历史时期的总和。与此同时,地球资源消耗的速度和数量也随着科技的进步和经济的发展而迅速增长。为了更有效地利用资源,世界各国都将可持续发展作为21世纪的发展战略。有色金属产业要实现可持续发展,就必须走资源循环之路,实现人与自然和谐、健康发展。有色金属资源循环的理论基础1.有色金属资源循环的特点

2、与一次原矿产资源的开发利用相类似,二次资源的循环利用同样涉及到选矿、湿法冶金、电化学冶金以及高温冶金等多元复杂过程;但和一次原矿产资源不同,二次资源存在如下的特殊性:(1原料来源的不确定性;(2资源的丰富性和多样性;(3组分的高度复杂性;(4组元含量的高波动性;(5材料的高致密性和复合性;(6高的综合回收利用价值。正是这些特殊性,导致现有的常规选矿、湿法冶金、电化学冶金以及高温冶金等方法均无法满足处理此种物料所要求的经济性、生态性、高效性和综合性等方面的基本要求。因此,从二次资源的特殊性方面着手,有必要进行二次资源循环利用的应用基础研究,构建有色金属二次资源的生态分离和转化机制,为开发出技术先

3、进、经济合理的二次资源循环利用工艺提供理论依据,实现二次资源循环过程的生态性、经济性、高效性和综合性。2.有色金属资源循环的目标原则在循环经济“减量化、资源化、再利用、无害化”原则的基础上,实现有色金属资源循环的总体思路是:以提高资源利用率为核心目标,以降低能耗、原材料消耗和减少“三废”为任务,大力利用再生资源,以最少的能耗和材料消耗获得最好的经济效益和社会效益。在二次资源的循环过程中,力求实现循环流程最短、直接利用率最高、能耗和物耗最少、环境负荷最低;就有色金属资源循环利用而言,具体的目标为:(1 提高资源利用率;(2 充分利用国内外有色金属再生资源,大幅度增加再生资源循环利用量,以取得巨大

4、的资源效益、经济效益和环境效益;(3 加强资源综合利用,提高资源化率,扩大资源利用范围;(4节能降耗,实现清洁生产。有色金属资源循环的原则主要有以下几点:(1 资源输入减量化;(2 资源高效化;(3 工艺清洁,流程短;(4 环境材料开发利用。国外有色金属开发与资源循环 有色金属资源循环是有效解决有色金属工业中资源短缺、耗能巨大、污染严重等问题的有力措施,是促进有色金属工业健康发展和人类社会经济可持续发展的有效途径。2009年第9期 世界有色金属23划策3. 有色金属资源循环的基本理论有色金属二次资源的循环利用以物质守恒定律为基础,在资源的回收分离方面则遵循基本的物理化学热力学和动力学原理。(1

5、 物质守恒定律物质守恒定律表明:物质既不能凭空创造(如生产,也不能任意消灭(如消费,只是物质形态的转变。因此,根据物质守恒定律,一定时期内输入一个系统的物质量等于同时期该系统的存储量与输出该系统的物质量之和。对于社会经济系统来说,自然环境所提供的输入物质(input进入该系统,经过加工、贸易、使用、回收、废弃等过程,一部分成为系统内的存储(net accumulation,其余部分输出物质(output返回自然环境中去,而整个过程中的输入量恒等于输出量与存储量之和,即input=output+net accumulation,计算公式可表示为“输入=输出+累积-释放”。同时,有色金属无论经历多

6、少次生命周期,其元素性质稳定,不会因为使用而发生衰变。对于二次资源,只要经过必要的物理化学过程,其所含的有色金属元素都可转变为纯物质态,这是有色金属资源循环的前提和基础。(2 热力学在实现有色金属二次资源的循环过程中,有效分离和提取废弃物中的金属物质及非金属物质是至关重要的一环,其中必然涉及到物质分选、高温挥发、化学溶出和元素分离等一系列物理化学过程,如:某一反应在给定的条件下能否自发向预期的方向进行;某反应在理论上能够达到何种程度,即分离提取过程的反应率(或转化率能达到多少;为促使某分离反应进一步向有利的方向进行,从而提高反应效率应采取何种措施等等。作为有色金属资源循环科学的重要理论基础,热

7、力学三大定理等基本理论能够为这些过程提供有力的理论支持,即通过计算给定条件下反应的吉布斯自由能值,根据其正值或负值的数值大小可判断给定条件下该反应能否自发地向预期方向进行,以及反应发生的趋势大小;通过计算反应的平衡常数,判断反应进行的限度即反应转化率的大小;通过热力学理论分析,研究该反应标准吉布斯自由能变化值 和平衡常数的影响因素,进而开发出具体途径和措施以促使反应向有利的方向进行,进一步提高分离效率,并为有色金属资源循环过程中工艺的开发指明方向。(3 动力学热力学理论为有色金属资源循环中各个分离提取工艺的可行性和最大反应限度提供了理论支持,但它只解决了反应的平衡问题,而不能解释反应达到平衡所

8、经历的反应历程以及速度问题。即使反应发生的趋势很大,还必须有足够并且合适的效率,因此要对影响反应效率的各个因素进行深入研究,从中找出限制环节,优化工艺参数,提高或控制反应过程的强度及生产率。因此,对于有色金属资源循环而言,动力学理论具有极其重要的实际意义。微观动力学从分子理论微观地研究了反应的速度和机理,宏观动力学则在有流体流动、传质及传热条件下研究反应机理,从而确定物理因素在反应过程中的作用。通过动力学研究可以知道各种因素,如浓度、压力、温度和催化剂等如何影响有色金属资源循环过程中各过程的反应速率;反应实际进行过程中要经历哪些步骤;如何控制反应条件以提高反应的速率并增加产量;如何抑制或减慢副

9、反应的速率以减少原料和能量消耗,减轻分离操作的负担。另外,通过反应速度的定量化研究,动力学理论还能为有色金属资源循环提供最佳的工业化设计和控制,为实际生产选择最适宜的操作条件。国外有色金属资源循环现状及发展1.日本日本是一个人多地少、资源匮乏、能源短缺的岛国。它的工业化和现代化是以沉重的环境破坏为代价换来的,在创造世界经济发展奇迹的同时,日本曾经被戴上“世界公害大国”的帽子。为摆脱这一“罪名”,同时也是自身生存和发展的需要,日本政府被迫较早地关注经济发展与生态环境的关系,探寻人与自然、经济与社会和谐发展的路径。在这一进程中,日本经历了四个阶段:一是20世纪70年代面对“大量生产、大量消费、大量

10、废弃”的社会经济模式所带来的环境污染和生态破坏,日本主要采取“末端治理”的环保方式;二是80年代以后,提出了从生产和消费源头防止环境污染的产生,称之为“管段预防”方式;三是20世纪90年代以来,在可持续发展的理念指导下,开始推动“循环经济”的发展,在生产过程中减少资源的消耗和废弃物的排放,重视废弃物的回收利用和再资源化,认为发展循环经济将使日本环保产业创造近37亿日元的产值,提供1400万个就业机会。2000年,日本政府颁布推进形成循环型社会 基本法,从法制方面建设循环型世界有色金属 2009年第9期24划策社会的行动准则;四是21世纪初,提出“环境立国”战略,即确立创建循环型社会的国家目标。

11、2.德国在有色金属资源循环利用方面,德国始终走在世界前列。早在1972年德国就制定和颁布了废弃物处理法,1986年修改为废弃物限制处理法,从以怎样处理废弃物转向避免产生废弃物为中心。1996年颁布循环经济和废物管理法,确定产生废弃物最小法、污染者承担治理义务以及政府与公民合作三原则。3.美国美国于1976年就制定和颁布固体废弃物处置法。美国加州于1989年通过综合废弃物管理法令,要求在2000年以前,50%废弃物通过源消减和再循环的方式进行处理,未达到要求的城市将被处以每天1万美元的行政罚款。2003年,美国城镇产生的废弃物为5.5亿吨,回收利用达到40%。4.其他国家在日本、德国和美国对循环

12、经济立法的影响下,欧盟和北美国家相继制定鼓励二手产品回收、绿色包装等法律,同时规定包装废弃物的回收、复用或再生的具体目标。如欧盟实施的家用电器回收方法,规定商业界必须回收90%的废弃电冰箱及洗衣机,并将此类大型电器用品的60%用于再生产利用。在个人电脑方面,其回收比例则按产品重量,由原定的60%提高到70%,再生率也由50%提高到60%。此外,法国政府要求应有85%的包装废弃物循环利用;荷兰政府规定废弃物循环利用率应达到60%;奥地利法规要求80%回收包装材料必须进行再循环处理或再利用;丹麦政府规定所有废弃物要由50%进行再循环处理。综上所述,德、日、美及欧盟等工业发达国家将发展循环经济的重点

13、领域放在废弃物的回收利用方面。西方发达国家经历了200多年的工业化发展,在资源和能源的利用率方面达到相当高的水平,通过废弃物的再资源化减少原生资源的消耗,同时也减少废弃物的排放对生态环境的破坏。常见有色金属资源循环11.从工业废渣中循环利用有色金属从锡炉渣中回收钽、铌、钨,其具体实施步骤:(1焙烧及水浸;(2脱硅及脱锡;(3氢氟酸分解;(4萃取分离钽、铌及产品沉淀;(5钨的回收。从氧化铝生产赤泥中综合回收有色金属。2.含锌烟尘循环利用有色金属3.废旧电池循环利用有色金属传统的废旧电池处理方法有:(1湿法冶金(2火法冶金废旧电池循环利用新技术与工艺:(1冶炼处理工艺(2锌锰废电池制备锌软磁铁氧体工艺(3Ni-Cd电池湿法处理新工艺4.有色金属铜二次资源循环利用(1传统领域 直接利用 就是对那些成分明确的纯废料,直接回炉配练成某种牌号或与之相近的合金的利用方法。 用黄铜屑净化硫酸锌溶液脱铜 从黄铜渣中生产七水硫酸锌 从氧化铜渣中生产硫酸铜 用废杂铜生产电解铜 电炉熔炼黄杂铜新工艺(2新兴领域 电子废弃物 从汽车水箱中回收焊锡5.从含钒固体废弃物中回收金属钒(1从废钒催化剂中回收钒 无添加剂焙烧弱碱浸取法 直接碱浸沉钒法