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镍钴冶炼中典型重金属污染识别与防控对策研究

李静  
【摘要】:镍和钴在工业中应用广泛,有“工业味精”和“工业牙齿”之称,是重要的战略资源之一。镍、钴冶炼工艺复杂,排污节点众多,污染控制难,在冶炼过程产生的重金属污染问题越来越严峻的形势下,加快对其典型重金属污染识别及防控技术的研究,减少重金属给环境带来的污染,对维护群众环境权益,确保环境安全,促进社会和谐稳定起到积极作用。目前,随着对重金属污染问题的重视,虽然我们国家也加大了镍钴冶炼行业重金属污染的研究力度和管理,国家环保部针对镍钴冶炼行业发布了污染物行业排放标准、最佳污染防控可行技术等标准与技术政策。但是,我国尚未形成有针对性、系统性的重金属污染防治制度,现有的规定不能满足目前重金属污染防治的要求,从而使得重金属污染防治工作很难有效地开展。鉴于此,本文以典型镍钴冶炼企业为研究对象,针对镍、钴冶炼企业开展排污节点调查和监测,在此基础上分析主要节点重金属污染物排放特征,确定重金属污染源;讨论镍火法冶炼含重金属烟(粉)尘的无组织扩散模式;最终提出我国镍钴金属冶炼行业重金属污染源监管方案与建议,为我国控制镍钴冶炼行业重金属污染防治提供技术支撑,实现冶炼企业可持续发展发挥积极的作用。论文中主要调查的镍钴冶炼企业的产能占我国镍钴生产企业的85%以上,在我国镍钴冶炼行业其生产工艺及产排污情况具有典型的代表性,占有重要地位。论文中调查实测了金川集团有限公司、新疆有色喀拉通克铜镍矿、新疆有色众鑫矿业公司、吉林吉恩镍业股份有限公司和江西江锂科技有限公司五家镍冶炼企业,调研的生产工艺组合包括:①鼓风炉熔炼+转炉吹炼生产高冰镍工艺、②富氧顶吹+沉降电炉+转炉吹炼生产高冰镍工艺、③电炉熔炼+转炉吹炼生产高冰镍工艺、④闪速熔炼+转炉吹炼生产高冰镍工艺、⑤高锍磨浮+镍熔铸+镍电解生产电镍工艺、⑥加压-浸出电积镍生产工艺、⑦常压酸浸-氢氧化镍-萃取电积工艺。论文中主要调研的钴冶金厂家包括金川有色金属公司、浙江嘉利珂钴镍材料有限公司和赣州逸豪优美科实业有限公司三家钴冶炼企业,调研的生产工艺组合包括:①氯化钴生产工艺、②电积钴生产工艺、③氢氧化钴系统生产工艺、④草酸钴生产工艺。论文中重点调研和实测这7家典型企业的11条生产线,其范围包含了硫化镍矿制取高冰镍和电镍所有典型工艺,以及钴盐和电钴生产的所有典型工艺,覆盖典型工艺所有排污节点的汞、铬、铜、镉、砷、铅、钴和镍等8种典型重金属的排放量。通过辨析镍、钴冶炼行业重金属污染源,得到重金属污染物排放节点及排放节点的污染源清单:①需要重点防控的含重金属废水排放节点包括:P204萃取除杂、沉铜、沉镍、镍钴分离、P507除杂、脱氯、CN过滤器、离子回收、碱液洗涤、过滤洗涤;②需要重点防控的含重金属废气排放节点包括:鼓风炉、富氧顶吹熔炼炉、电炉、闪速炉、反射炉、贫化炉、沉降电炉、转炉、回转窑、制酸;③需要重点防控的含重金属废渣排放节点包括:鼓风炉、闪速炉、沉降电炉。在硫化铜镍矿焙烧、熔炼过程中,重金属元素pb、cd、as、hg、cr、zn、cu、ni等氧化或升华后进入烟气,部分进入烟尘,从而造成冶炼过程中的环境污染。本文通过采集4家镍冶炼企业的鼓风炉熔炼+转炉吹炼生产高冰镍工艺、富氧侧吹+沉降电炉+转炉吹炼生产高冰镍工艺、电炉熔炼+转炉吹炼生产高冰镍工艺、闪速熔炼+转炉吹炼生产高冰镍工艺的备料工段废气、熔炼炉废气、吹炼炉废气的收尘灰进行重金属烟(粉)尘组分分析。结果显示,所有收尘灰中含重金属废气中颗粒物的cu、ni、co金属含量较高,与精矿中这三种重金属的品位十分接近,具有较高的回收利用价值,可直接返回相应工序回收利用;同时,熔炼炉含重金属废气、吹炼炉含重金属废气以及贫化炉含重金属废气的收尘灰中重金属as、pb、zn、cd的含量也较高。本文还以富氧侧吹工艺中的熔炼和转炉工序的收尘灰作为重点研究对象,在烟(粉)尘组分分析的基础上,还对其收尘灰中重金属污染物进行了重金属烟(粉)尘粒度特征分析和烟尘表面特征分析。可以看出烟(粉)尘由大量微米级细小晶体颗粒构成,表面重金属含量均较低,远低于体相中重金属含量。因此,提高现有的环境集烟系统的集烟效率是控制含重金属烟(粉)尘逸散的关键。在对逸散烟粉(尘)排放污染物特征分析的基础上,本文以生产规模为10万t/a高冰镍的某镍冶炼企业为研究对象,在车间下风向布点研究其污染源无组织扩散模式。通过现场监测,获得车间的含重金属部分逸散烟(粉)尘的重金属无组织排放数据,然后通过高斯模型反推得到的重金属排放源强,并通过现场实测对模型进行了验证,结果证明此方法具有较高的精密度与准确度。重金属是工业废渣中最重要的污染成分,重金属污染物质所具有的不可降解性决定了其将长期存在并可能对环境构成极大的潜在威胁。本文以我国最大的镍生产企业的主要火法工艺冶炼中排放的废渣为试验样品,通过采用国内外固体废物浸出毒性的浸出方法,对废渣进行全量溶取,进行对比试验研究;分析镍冶炼废渣中cu、pb、zn、as、cr、cd、co、hg、ni主要离子的浸出行为。通过正交试验设计对液固比、振荡时间、浸提剂ph值和振荡方式等因素的研究,试验结果表明:随着液固比的增加,废渣与浸提剂混合后的ph值均下降;废渣中浸出的重金属浓度先增加后减小,浸出总量不断增加。随着振荡时间的增加,重金属的浸出浓度逐渐增加,很快到达平衡状态;采用hac/naac溶液浸提时,金属的浸出浓度在8-12h达到最大。浸提剂ph是影响重金属浸出的主要因素。在强酸条件下,浸出浓度普遍较高,随着浸提剂ph的增大,浸出浓度逐渐减小,到一定程度后,浸出浓度逐渐趋于稳定。同一种镍渣样品使用不同浸出方法,其浸出的重金属污染物总量差距明显。以HAc/NaAc缓冲溶液为浸提剂,其络合作用对金属浸出的影响明显,且浸出后体系的酸度变化幅度较小,金属的浸出量很高;以H2SO4/HNO3为浸提剂,浸出后混合液的pH反映的是废物的酸度,金属的浸出量远低于浸提剂为HAc/NaAc的浸出量,但二者均高于去离子水。采用HJ/T300-2007与TCLP方法镍渣浸出总量差距不大。根据《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)浓度限值,本试验镍渣样品不属于危险废物,属于第Ⅱ类一般工业固体废物。最后,论文通过从我国重金属污染防控的政策、法规和标准现状,重金属污染源的监管现状,重金属污染防控措施、方法现状三个方面概述了我国镍钴冶炼行业重金属污染防控环境监督和管理的现状,总结镍钴冶炼行业中重金属污染防控环境监督和管理存在的问题,从而提出了镍钴冶炼行业重金属污染防控的法律、法规、政策和标准的对策建议,讨论了镍钴冶炼中的重点监管节点与污染物,及监管主体及频次。


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