涉重危廢概念的提出及其資源化利用探究

傅翠利，肖智

1.連云港高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)新浦工業(yè)園管理辦公室；2.江蘇洋井環(huán)保服務(wù)有限公司

危險廢物作為影響生態(tài)環(huán)境的重要因素之一，會導(dǎo)致廣大人民群眾的生命安全受到威脅。因此，應(yīng)了解涉重危廢概念以及重要意義，根據(jù)固體廢物的構(gòu)成情況選擇更加科學(xué)合理的金屬提取技術(shù)，以此確保固體廢棄物能夠?qū)崿F(xiàn)資源化利用。

一、涉重危廢概念的提出及其意義

（一）涉重危廢概念

涉重危廢通常是指重金屬含量較高的危險廢物，所顯現(xiàn)的危險特性主要來自重金屬毒性。從另一層面而言，涉重危廢大致分為材料源危廢以及工業(yè)源危廢兩種類別。材料源危廢主要是指重金屬功能材料或者產(chǎn)品失效后最終形成的危險廢物，例如廢舊電池、廢催化劑等相關(guān)材料；而工業(yè)源危廢主要是指重金屬生產(chǎn)、加工以及處理過程中所生成的各種重金屬危險廢物，其中包含電鍍污泥以及酸洗污泥等。

金屬基功能材料通常運(yùn)用在儲能以及通信等各個領(lǐng)域，現(xiàn)如今，已然成了現(xiàn)代工業(yè)正常生產(chǎn)以及社會生活正常運(yùn)作的重要基準(zhǔn)。如若這類金屬基功能材料的運(yùn)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，各種失效或者廢棄材料就會不斷增多。而金屬作為工業(yè)制造行業(yè)極其重要的基礎(chǔ)材料，支撐著我國工業(yè)制造世界第一大國的地位。例如，我國鋁以及銅等20多種有色金屬以及黑色金屬產(chǎn)量均在全球首位，所以，重金屬生產(chǎn)以及加工處理等流程致使我國各類工業(yè)源危廢產(chǎn)排量也是全球最高。再加上我國工業(yè)生產(chǎn)的整體規(guī)模仍在不斷擴(kuò)大，對于金屬材料的需求也在持續(xù)提升，由此可見，我國工業(yè)涉重危廢的產(chǎn)排總量也在逐漸增加[1]。

（二）涉重危廢概念提出的意義

涉重危廢概念的提出，不僅明確了該類別危險廢物的內(nèi)涵以及外延，還能夠充分體現(xiàn)出概念要求的科學(xué)合理性。并且這一概念與關(guān)聯(lián)概念“危險廢物”以及“固體廢物”在具體形式上大致相同，相關(guān)內(nèi)容也有著更深層次的關(guān)聯(lián)，由此可見，涉重為廢品概念的提出既能夠充分彰顯出固體廢物學(xué)科的整體性，還能將各種危廢物分成三種等級。2021年頒布的《國家危險廢物名錄》有46種大類、467種小類，其中涉重危廢占了18種大類以及148種小類，涉重危廢無論從大小類別還是產(chǎn)排量而言，都大約占危險廢物總量的1/3。從另一種角度而言，涉重危廢概念包含了金屬冶金生產(chǎn)、金屬加工處理以及廢棄再生循環(huán)全產(chǎn)業(yè)鏈，并且彰顯出了類別共性特征，同時實(shí)現(xiàn)了科學(xué)分類，促使危險廢物風(fēng)險評估以及管理工作能夠順利開展，資源化利用也能夠?qū)崿F(xiàn)最大化[2]。

由于環(huán)境污染具備極強(qiáng)的滯后性以及隱蔽性，這就導(dǎo)致固體廢物在環(huán)境科學(xué)以及工程整體學(xué)科中發(fā)展較為落后，致使最終創(chuàng)設(shè)的固體廢物學(xué)科體系尚不健全。通常情況下，危險廢物不僅屬于固體廢物中對環(huán)境危害較大的類別，也屬于危險廢物中資源回收價值和環(huán)境污染危害都是極為突出的類別，由此可見，重金屬所顯現(xiàn)的不可降解性既說明了涉重危險廢物有著時間較長的環(huán)境污染性，同樣也決定了涉重危廢資源的回收價值。

二、不同類型危險廢物有價金屬提取的技術(shù)原理和技術(shù)體系

（一）火法工藝技術(shù)原理及其在涉重危廢資源化利用中的適用性

火法冶金主要是指通過高溫反應(yīng)熱動力學(xué)調(diào)控，充分運(yùn)用金屬以及金屬化合揮發(fā)性差異或者熔融體密度的差異，對金屬以及金屬化合物實(shí)施分離提取作業(yè)。從另一種角度而言，此種工藝技術(shù)較為成熟，主要優(yōu)勢在于處理量大、物料適用范圍較廣，但缺點(diǎn)在于投資成本過高、能耗情況過于嚴(yán)重以及煙氣治理工作開展難度較大，通常適用于處理組分穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單以及金屬含量較高的各類物料。與此同時，此種處理工藝重點(diǎn)在于將目標(biāo)金屬通過揮發(fā)以及熔體方式分離過后，有毒金屬處于高溫環(huán)境時就會固化在熔渣之中，最終生成相應(yīng)的水淬渣，促使物料脫離危廢等級[3]。雖然此種工藝技術(shù)不僅能夠促使組成穩(wěn)定、構(gòu)成成份簡單以及金屬含量較高的廢物脫離危廢等級，還能充分顯現(xiàn)更為優(yōu)秀的實(shí)用性，但對于多金屬混合、中低濃度含量以及構(gòu)成成分較為復(fù)雜的廢物并不適應(yīng)，嚴(yán)重時，各種類型的金屬以及劇毒金屬還會與其他有害元素同步揮發(fā)到煙氣中，導(dǎo)致煙氣治理作業(yè)的整體難度等級不斷提升，再加上部分昂貴金屬經(jīng)常固化在水淬渣中，就會出現(xiàn)極為嚴(yán)重的金屬資源流失的狀況。由此可見，這種工藝技術(shù)主要體現(xiàn)為無害化處理功能，并非資源化回收作業(yè)。再加上此種工藝最終產(chǎn)生的金屬富集煙灰以及金屬富集熔體仍然是多元素混合種類廢料，還要通過實(shí)施濕法工藝對目標(biāo)金屬實(shí)施分離提純作業(yè)。

（二）濕法工藝技術(shù)原理及其在涉重危廢資源化利用中的適用性

濕法冶金工藝通常是以運(yùn)用強(qiáng)酸以及過氧化氫為介質(zhì)，從原本的固相原料中提取目標(biāo)中富含的金屬，再通過選擇性萃取、專性吸附以及蒸發(fā)等相關(guān)步驟開展分離、提取作業(yè)，最終支取單質(zhì)態(tài)金屬或者相應(yīng)的高純金屬鹽。從另一種角度而言，此項(xiàng)工藝技術(shù)的主要優(yōu)勢在于，操作難度較低、投資成本較少以及靈活性較強(qiáng)等，這就促使此種工藝技術(shù)能夠仔細(xì)處理組分復(fù)雜多變以及多金屬含量較高的物廢料，但缺點(diǎn)明顯在于整體處理流程過長、處理量較小以及占地面積較大等，再加上需要有著配套的廢水處理系統(tǒng)，此種工藝技術(shù)才可以順利開展。同時涉及較多的涉重廢污類型，例如，污泥類以及煙灰類都屬于氧化物粉體的主要物料之一，并不需要相應(yīng)的處理工作就可以運(yùn)用濕法溶釋目標(biāo)金屬，這就促使固液浸提成本極低。除此之外，雖然此種工藝的整體流程較為繁瑣，尤其萃取工序需要較大的占地面積，但可以通過萃取以及電積（蒸發(fā)）作業(yè)將金屬富集液中的各類金屬分離并提純出來，從而保證金屬能夠?qū)崿F(xiàn)同步回收，最終獲得相應(yīng)的資源化產(chǎn)品[4]。

通常情況下，此種工藝技術(shù)主要運(yùn)用在電子線路板以及廢棄鋰電池等多種金屬組分涉重危廢中有價金屬的分離以及提取過程中。我國新實(shí)施的《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則》(GB5085.7-2019)也曾明確提出，毒性危險廢物利用過后所剩的殘?jiān)稍俅芜M(jìn)行鑒別工作，從而為保證運(yùn)用此種處理工藝的廢物能夠脫離危廢等級。傳統(tǒng)形式的濕法工藝最終顯現(xiàn)的浸提效率大約為60%-90%之間，殘?jiān)腥杂?.5%-2.0%的有毒以及有價金屬，即便對殘?jiān)鼘?shí)施二次鑒定也難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。所以，應(yīng)注重研發(fā)浸提效率更高的工藝技術(shù)，尤其針對金屬含量較低的物料金屬，如若能夠運(yùn)用更加科學(xué)合理的工藝技術(shù)，就能夠?qū)τ袃r金屬進(jìn)行最大程度回收，從而保證最終獲得的殘?jiān)_(dá)到托標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

（三）生物瀝浸技術(shù)原理及其在涉重危廢資源化利用中的適用性

生物瀝浸通常是指借助微生物以及其產(chǎn)生的代謝物酸解、氧化以及還原作用，將固相材料中的金屬離子最終溶釋到液相中去。此項(xiàng)技術(shù)能夠在常溫常壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對固相介質(zhì)中目標(biāo)金屬離子的浸提，具備設(shè)備簡單、操作簡便以及經(jīng)濟(jì)高效等各種特征。從另一種角度而言，此項(xiàng)技術(shù)主要針對目標(biāo)為（超）低品位、難處理以及多金屬共生的硫化礦，促使硫化礦中的有價金屬能夠從中分離出來，最終獲得產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。近些年來，應(yīng)用自養(yǎng)/異養(yǎng)生物瀝浸技術(shù)能夠從各種二次礦產(chǎn)以及固體廢物中提取或去除相應(yīng)的有價金屬以及有毒金屬。再加上二次礦產(chǎn)以及固體廢物中富含大量的氧化物以及氫氧化物，這就需要相關(guān)人員在開展瀝浸作業(yè)時，需要加入適量的硫黃以及黃鐵礦等各種無機(jī)能源底物，在催化劑（硫以及鐵氧化菌株）不斷催化下，這類能源底物會通過相應(yīng)的生化反應(yīng)，最終生成H+、Fe3+以及Fe2+等各類活性小分子，而活性小分子在酸溶以及氧化等各類作用下，就會促使固相材料的有價金屬從中脫離出來，具體情況如圖1所示。如若使用異養(yǎng)生物就要添加適量的葡萄糖以及酵母膏等各種有機(jī)碳源，在催化過程中，有機(jī)碳源就會生成相應(yīng)的草酸以及乙酸等各種有機(jī)酸，借助這類代謝產(chǎn)物就能將目標(biāo)中的有價金屬溶釋而出[5]。

圖1 生物瀝浸技術(shù)浸提涉重危廢中目標(biāo)金屬的作用機(jī)制和溶釋過程

自養(yǎng)生物瀝浸主要以硫黃以及黃鐵礦等各類廉價無機(jī)能源底物為主，并且活性分子的轉(zhuǎn)化效率極其優(yōu)秀，對于大多數(shù)有價金屬都可以實(shí)現(xiàn)極其高效的浸提效能，但是對于部分頑固類金屬（鉛金銀砷）所顯現(xiàn)的浸提效率明顯難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，自養(yǎng)瀝浸相較于異養(yǎng)瀝浸，明顯具備更為優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)性以及適用范圍，但是對于金屬種類較為豐富的二次資源以及固體廢物，尤其對于金屬屬性差異較為嚴(yán)重的復(fù)雜物質(zhì)，使用單一的瀝浸方式難以對多金屬進(jìn)行回收作業(yè)。因此，應(yīng)將自養(yǎng)與異養(yǎng)方式充分結(jié)合，促使能夠?qū)Χ嘟饘傥镔|(zhì)實(shí)現(xiàn)金屬回收作業(yè)。除此之外，還應(yīng)重視實(shí)際的瀝浸時間，倘若瀝浸時間超出10-60d范圍內(nèi)，就會對技術(shù)造成極為嚴(yán)重的困擾。所以，工作人員應(yīng)適當(dāng)增加菌體密度，合理優(yōu)化菌體活性，縮短瀝浸時間，確保瀝浸工作能夠順利實(shí)施。

總而言之，涉重危廢的資源化利用主要張現(xiàn)在兩種方面，其一，昂貴金屬的深度提取能夠從多方面、多角度實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，其二，高毒以及劇毒金屬能夠充分脫離危險屬性。因此，相關(guān)人員應(yīng)重視涉重危廢資源化利用的作用價值，根據(jù)物料的實(shí)際情況，選擇更加科學(xué)合理的金屬提取技術(shù)，確保固體廢物能夠彰顯出最高的經(jīng)濟(jì)收益。