铜锌冶炼废渣处理与资源化利用技术研究

摘要：有色金属冶炼对于现代工业体系的发展十分重要，但在新时期，国家正在大力发展绿色经济与循环经济，旨在实现对各项资源的高效、循环利用，降低污染排放，保护自然生态环境，以此来促进环境、经济的可持续发展。因此，需要针对金属冶炼过程中产生的废渣进行处理，特别是铜、锌这两种金属冶炼废渣的处理，这两种金属每年产生的冶炼废渣量十分大，通过采取适当的工艺技术对其进行处理，实现对其的资源化利用，能够有效推动金属冶炼行业向着低污染、低排放的方向发展，也能有效促进金属冶炼循环经济的进一步发展。本文将简要介绍铜锌冶炼废渣的特性与危害，并针对铜锌冶炼废渣处理与资源化利用常见技术以及资源化利用领域进行深入的研究。

关键词：废渣处理；资源化利用技术；铜锌冶炼

引言：有色金属作为现代工业发展的基础资源，在建筑、电子等领域都具有不可或缺的作用，其中，铜锌金属的作用十分重要，这也导致了铜锌冶炼产业规模正在持续扩大。这种大规模的冶炼产业同样也带来一定的难题，冶炼过程产生了大量的废渣，如果只是通过简单堆存、填埋等传统方式进行处理，不但会造成大量土地资源浪费的情况，这种废渣还具有一定的污染性，会严重破坏周边的生态环境。这是因为这种废渣中含有重金属等有害物质，如果这些重金属物质渗入土壤和水体中，就会破坏水质和土壤，对人类健康和农业发展带来不良影响。因此，需要高效处理铜锌冶炼废渣，应用相应的工艺技术来回收其中的有价金属，这样能够实现高效资源利用。例如20世纪80年代，位于河北省武安市境内，占地12平方公里的九龙山被大大小小20余家煤矿企业“蚕食”。山的西北部还有一处高70米、占地65亩的煤矸石堆，时常自燃，黑烟飘荡，满目疮痍。曾经的武安由于长期粗放开采，像九龙山这样的很多矿区生态破坏问题日益严重，资源粗放型发展的弊端暴露无遗。新时代，武安市委、市政府深入践行“绿水青山就是金山银山”理念，痛定思痛，全面实施九龙山矿山修复工程，倾力打造邯郸市西部的生态屏障、武安市东部的生态新区。2019年，武安市投资5.5亿元，按照5A景区标准将九龙山建设成生态休闲体验区，实现美丽蝶变。

一、铜锌冶炼废渣的特性与危害

铜锌冶炼废渣是在铜锌冶炼过程中所产生的固体废弃物，其通常呈现出颗粒状或块状，具有较为坚硬的质地，其密度一般在保持在2.5到3.5g/cm³范围之间。铜锌冶炼废渣中的主要成分包括硅、钙、铁、铝等的氧化物，还含有少量的铜、锌、铅、镉、汞等重金属以及砷、氟等有害元素。根据冶炼原料、工艺等因素的不同，这些成分在废渣中也会表现出不同的含量。例如，针对铜渣来说，一般其中铜的含量在2%到55%之间，而铁的含量一般在30%到45%之间，并且研究发现，一般铜渣中有近70%的比例都是二氧化硅和铁[1]。这就给铜锌废渣的资源化利用提供了较大的可能。

但同时，如果对铜锌废渣没有进行恰当处理，也会表现出较大的危害。第一，会占用较多的土地资源。铜锌冶炼废渣产生量较大，通常需要专门的场地进行堆放。而随着冶炼行业的不断发展，废渣的积累量越来越多，占用了大量的土地资源。第二，会污染土壤、水体和大气环境。废渣中的重金属和有害元素容易通过雨水淋溶、地表径流等方式进入土壤和水体，造成土壤污染和水体污染。土壤中的重金属会被植物吸收，通过食物链传递，最终危害人体健康。同时，废渣在堆放过程中会产生扬尘，其中的有害颗粒物会进入大气环境污染空气。

二、铜锌冶炼废渣处理与资源化利用常见技术

2.1物理选矿技术

在对铜锌冶炼废渣进行处理，通过从中提取有价金属能够实现资源化利用，可以通过应用选矿技术来进行有价金属回收提取。该技术表现出了污染小、简单易行等方面的优势，同时还具有处理量大的特点，能够针对大规模废渣进行处理。该技术可以依据不同的分离原理进行分类，主要分为以下三种。第一，重力分选。由于铜锌冶炼废渣中具有各种不同的成分，而这种成分表现出的密度不同，重力分选法就是利用不同成分密度不同的原理对其进行分离，利用其不同的重力作用进行分离。利用该原理进行分选的设备主要有摇床、螺旋溜槽等，摇床设备的优点是分选精度高，可以将废渣中的小粒径铜锌矿有效分离出来，但是处理效率较低；螺旋溜槽的优势是处理量大、结构简单，但该设备分选细粒级物料效果较差。第二，磁选。该方法主要是利用废渣中组分不同的磁性来进行分离，根据不同成分表现出的不同磁性进行分离，从而可以得到铁的氧化物等含磁性矿物。磁选法常用设备为磁选机，通过应用该设备能够有效分开铜锌废渣中的非磁性物质和磁性物质，可以将铁等磁性金属回收出来，也能为后续废渣的处理减少干扰[2]。该设备的优点为运行稳定性高，结构复杂度不高，但同时对废渣中磁性矿物的磁性强度和含量具有一定要求，如果存在磁性太弱或磁性矿物含量过低的情况，则分离效果会大打折扣。第三，浮选。这种方法主要是利用了废渣中不同物质氧化程度、亲水性等的不同来进行分选，颗粒表面电性的不同也可以对其进行浮选，这些物质会表现出不同的浮性。这种方式能够将铜锌等有色金属的氧化物以及硫化物选择性地回收出来，能够有效提高铜锌的回收率。浮选法适用设备为浮选机，该设备可以分为充气搅拌式、机械搅拌式等。对于机械搅拌式浮选机，该设备能够自吸矿浆和空气，具有操作简单、辅助设备少的优点，但同时该设备需要消耗较高的两点，具有磨损大、充气量小的缺陷。对于充气搅拌式浮选机，能够根据实际需要对充气量进行调节，使用中磨损更小，功率消耗少，但需要外加压气系统，并且产生的中间产品返回要用砂泵扬送。

2.2湿法冶金技术

要想将铜锌冶炼废渣中的合金元素有效提取出来，可以应用湿法冶金技术，该技术主要原理为化学原理，通过不同的浸出方法来提取废渣中有价金属，主要需要使用到电解水溶液方法。这种处理技术具有环境友好、回收率高的特点，并且可以针对特定金属元素进行回收提取，是当前对铜锌冶炼废渣进行处理以及资源化利用的最常用技术之一。应用该技术对铜锌冶炼废渣进行处理时，主要分为三个步骤，第一步进行浸出，第二步进行净化，第三步进行金属沉积。该技术主要是根据使用浸出剂不同的特点进行分类，主要可以分为以下几种。第一，酸浸法。这主要是对废渣使用盐酸、硫酸等酸溶液，该溶液能够与废渣中的金属硫化物以及金属氧化物发生化学反应，进而使金属离子进入酸溶液中，这样能够有效分离金属离子与不溶性杂质，然后再通过一系列萃取等工艺将浸出的金属回收出来，能够有效回收铜锌冶炼废渣中的金属。第二，碱浸法。如果铜锌冶炼废渣中含有较多的锌元素，并且其主要是以氧化锌等形式存在的情况，使用碱浸法能够有效回收其中的锌元素。这是因为碱浸法主要是使用氢氧化钠等碱性溶液，而氧化锌能够与其发生反应，生成锌酸盐，这种物质具有可溶性，能够将锌离子从废渣中提取到溶液中，将废渣中的锌元素有效分离出来，同时，铜等金属会在溶液中表现为沉淀形式，能够对其进行进一步回收[3]。第三，微生物浸出法。一些微生物的代谢作用能够分解金属硫化物，因此可以利用这些微生物来提取相关金属，将金属离子释放到溶液中，后续再对其进行净化和金属沉积。这种浸出法优点为成本低、环境友好，但是同时也表现出了浸出周期较长的缺点。

2.3火法冶金技术

在对铜锌冶炼废渣进行处理过程中，火法冶金技术的应用十分广泛，并且其表现出了相对较成熟的工艺。在应用该技术时，主要是在废渣高温状态下使用一定的还原剂来对其中的有价金属元素进行提取，也可以通过使用辅助剂的方式进行提取。在处理铜渣时，可以应用富氧侧吹熔池熔炼技术，在应用过程中需要向将装有铜渣的熔池内喷入燃料和富氧空气，需要通过多通道喷入，然后对混合物进行剧烈搅动[4]。这样能够利用不同金属熔点不同对其进行分离。该方法表现出了操作简单、适用性广的特点，能够实现高效率的有价金属回收。与还原熔炼法相比，能够显著降低处理过程中的能耗，帮助企业降低成本，实现了高效的资源利用。在处理锌渣时，可以应用电炉处理工艺，这种方法主要是利用电极来产生高温，通过这种方式来对废渣进行熔融回收，提取其中的有价金属，这种方式的优点为控制难度小、炉温高，并且表现出了较为灵活的工艺。

2.4选冶联合技术

由于铜锌冶炼废渣具有较为复杂的成分，如果使用单一的处理技术可能无法将其中的合金元素高效会收起来，所以可以将多种处理技术结合起来应用，通常会将冶金技术与选矿技术结合起来应用，这样能够将两种方法的优势结合起来，利用其中不同金属成分以及废渣表现出的结构特点进行针对性分离，这样能够实现对铜锌废渣的高效、处理，也能提高处理工作的灵活性，从而能够实现对铜锌冶炼废渣的资源化回收利用。例如，云南某铜渣就应用了“浮选-高温还原焙烧-磁选”的方法，通过浮选的方式能够有效回收其中的银和铜金属，其回收率分别为30％和35％，通过对磁选铁精矿进行还原焙烧，能够达到89％的铁回收率。西北某湿法炼锌则使用了“酸性焙烧-浮选”工艺，主要是回收期铅银渣中银和铅，铅银精矿中银和铅的回收率分别达到了84.06％、75.89％[5]。

三、铜锌冶炼废渣处理与资源化利用领域

3.1制作建筑材料

由于铜锌冶炼废渣中通常还有铁、硅等成分的氧化物，这些成分又正好是传统建筑材料需要的主要成分，因此在对其进行资源化利用的过程中，可以将其用于制作建筑材料。并且废渣中还可能含有一些矿物质以及微量元素，通过对其进行一定的处理，制造出的建筑材料可能具备一定的特殊性能。首先，可以将其应用于制作混凝土和水泥。铜渣和锌渣中普遍含有铝、钙、硅等元素的氧化物，对其进行熔融并急冷后能够得到大量的玻璃相，因此这些废渣表现出了一定程度的水硬性，根据该废渣的这个特性，可以将其用于制作混凝土掺合料，也可以将其用作水泥混合材料，这样不但能够对铜锌废渣进行有效的处理，能够减少应用的生石灰石矿，最终达到了循环利用资源的目的。其次，可以将其用于制作砖材。砖材的主要制作材料为黏土，而黏土的的成分与铜锌冶炼废渣相似，同时两者还具有相近的物理性质，因此将其用于制作砖材具有较强的可行性，透水砖、烧结砖等砖材都能够使用该废渣作为原材料。再次，可以将其用于生产路基材料。通过在制作路基材料的过程中以铜锌冶炼废渣作为原材料，能够有效减少生产中应用的石灰等材料，这类材料属于不可再生资源，不但能够实现资源化利用好，也能帮助生产企业降低成本，减少废渣处理中产生的二次污染，有效将大宗废渣消耗掉。利用该废渣能够制作沥青混合料等材料，通过在铜渣中加入一定量的胶凝材料，比如石灰等，最终得到的材料不但不容易吸水，还具有较高的力学强度，因此可以在路基施工中进行广泛应用。最后，可以将其用于制作微晶玻璃。要想有效制作出微晶玻璃，需要在热处理原材料的过程中进行控制，使得玻璃能够发生晶化，形成许多的微小晶体，这种材料不但具有玻璃的特点，同时也会表现出陶瓷的特点。玻璃本身属于一种硅酸盐材料，而铜锌冶炼废渣中的硅酸盐含量很高，根据这个特点就可以将其用于微晶玻璃的制作。

3.2用于矿山充填

矿山矿石资源才挖掘完毕后，还需要回填采矿留下的矿山坑洞，这主要是为了确保山体的稳定性，维持足够的地表强度，以免后续该矿山出现地面下沉以及坍塌等情况。由于铜锌废渣本身具有一定的胶凝特性，因此可以将其应用于矿山回填中，以此来代替成本较高的充填料，这样不但能够有效消耗大宗铜锌冶炼废渣，也能实现矿山充填成本的降低，该废渣在矿用充填材料领域具有较大的发展潜力。但同时需要注意，应用该废渣进行矿山回填需要进行一定的处理，确保其满足无害化要求和标准，以免出现地下水污染等问题，从而对周边的环境造成危害。

3.3用于环保领域

环保领域也可以有效利用铜锌冶炼废渣，这是因为该废渣具有孔隙结构丰富、比表面积大的特地，同时，其中还有较大量的过渡金属氧化物，这种特性决定了该废渣对有机物、重金属离子等污染物具有一定的吸附能力，因此可以将其用于废气、废水处理中。再加上铜锌废渣中含有许多植物生长需要的微量元素，因此在对其进行无害化处理后，可以对土壤进行施用，进而能够实现土壤修复进而改善，促进植物的生长。例如，经过适当处理的废渣对废水中的铅、镉、汞等重金属离子的吸附率可达80%以上；并且经研究发现，经过改性处理的废渣脱硫效率可达到90%左右，具有较好的脱硫效果。这种方式能够实现对污染物的低成本治理，但该种只能消耗有限量的废渣，对于大宗铜锌废渣固废无法有效消耗。

四、结语

综上所述，随着铜锌冶炼废渣的产生量不断增加，对其进行有效处理和资源化利用变得越来越重要，需要充分利用废渣的价值，实现对其的无害化处理，以免其对环境造成危害。

参考文献：

[1] 艾珠玉.砷碱渣资源化利用及无害化处理技术应用进展[J].资源节约与环保,2024,(12):137-142.

[2] 严迎燕,王文祥,吴建东,等.镍铁渣资源化利用现状及其固化含砷废渣新思路[J].广州化工,2024,52(20):107-109+120.

[3] 刘慧,郝显福,郭小芳,等.含镍固废资源化利用与无害化处置技术探讨[J].甘肃冶金,2022,44(06):34-37.

[4] 陈曦,代文彬,陈学刚,等.有色冶金渣的资源化利用研究现状[J].有色冶金节能,2022,38(05):9-15.

[5] 陈玲玲,韩俊伟,覃文庆,等.铅锌冶炼渣综合利用研究进展[J].矿产保护与利用,2021,41(03):49-55.