工業(yè)固廢往往含有多種有價元素,主要包括硅、鎂、鋁、鐵、鋅、銅、鈣及微量的貴金屬等。在以濕法冶金工藝對其進(jìn)行精細(xì)化、高值化綜合利用時,大家常比較關(guān)注其中價值相對較高、如鎂、鋁、鋅、銅及微量貴金屬的利用,而對價值相對較低的硅、鐵、鈣元素則沒有引起應(yīng)有重視。筆者認(rèn)為,忽視低值素的利用,不僅會造成有價元素的流失,由此產(chǎn)生的二次廢渣、廢水會對環(huán)境造成二次污染,影響固廢利用的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益,而且還會給鎂、鋁、鋅、銅及其它貴金屬元素的分離與提取造成不利影響。
這里,首先以石棉尾礦為例進(jìn)行淺要分析。
大家知道,石棉尾礦是一種積存量很大的工業(yè)廢棄物,其化學(xué)組成主要是SiO2、MgO、Fe2O3和少量的CaO、NiO。以四川雅安石棉尾礦為例,其化學(xué)組成為MgO 35.74%、NiO 0.37%、SiO2 41.81%、Fe2O3 6.22%、CaO 0.70%,從各元素含量看,尾礦的主量元素為SiO2和MgO,占總質(zhì)量的77.6%,中量元素Fe2O3占6.22%,其余為微量元素。從經(jīng)濟(jì)價值看,NiO最高,但含量偏低,MgO、Fe2O3為次之,品位適中,SiO2較低,但含量高。在進(jìn)行綜合利用時,投資者往往較為關(guān)注其中的鎂及價值較高的鎳元素,而忽視了對硅和鐵的利用,以至造成研究及產(chǎn)業(yè)化過程工藝思路上的偏差。
從環(huán)境,效益和工藝相關(guān)性角度看,對尾礦中價值較低的硅、鐵元素的利用是十分必要的。如果不對其中的硅、鐵進(jìn)行利用,而單純的利用其中的鎂和鎳,則會引出以下問題:
一是成本與效益問題:分離鎂和鎳需要首選對石棉尾礦進(jìn)行粉碎和酸解,這個過程所發(fā)生的能源、分解劑、勞動、設(shè)備消耗約占處理總成本的25%,而這個過程鐵也被溶出,所收得的酸浸出液主要化學(xué)組成為鎂、鐵和鎳的硫酸鹽。其中的硅雖然不與酸反應(yīng),形成了酸浸殘渣,但硅酸鹽晶格中所嵌容的金屬元素被浸出后使硅呈多孔狀結(jié)構(gòu),具有較大的比表面積和較高的化學(xué)活性,使后續(xù)處理變得較為容易。就硅而言,對金屬元素的浸出相當(dāng)于一個高效的化學(xué)活化過程。這個過程奠定了對鐵、硅綜合利用的基礎(chǔ)。如果不對鐵、硅進(jìn)行利用,那么將使前期處理成本由鎂和鎳的產(chǎn)物承擔(dān),最終造成鎂、鎳產(chǎn)品生產(chǎn)成本的上升。如果對鐵、硅元素進(jìn)行利用,則可實現(xiàn)對前期處理成本的分流并顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。
二是環(huán)境問題:硅在石棉尾礦諸成份中含量最高,更是酸浸殘渣的主體組成,這種酸浸殘渣的堆存會給環(huán)境造成嚴(yán)重影響。
在碳酸鎂、氫氧化鎂的生產(chǎn)過程,需要首先分離出酸浸出液中的鐵、鎳及其它金屬元素以實現(xiàn)對酸浸出液的凈化,制備純凈的硫酸鎂溶液, 這是實現(xiàn)對鎂元素的綜合利用, 制得合格鎂鹽產(chǎn)品的前堤。在鐵的分離過程,會產(chǎn)生一定量的鐵沉淀物,以雅安石棉尾礦為例,每處理1000kg尾礦大約產(chǎn)出含F(xiàn)e2O3 25%左右的鐵沉淀物250kg。如予廢棄,不僅會造成鐵資源的流失,更會由此給環(huán)境造成污染。
對石棉尾礦中的鐵, 硅進(jìn)行綜合利用, 不僅產(chǎn)品符合市場需要, 而且可以創(chuàng)造十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益. 。
將酸浸出液凈化工序所得鐵沉淀物進(jìn)一步加工利用,既可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)環(huán)保材料——聚合硫酸鐵,也可以生產(chǎn)附加值較高的無機(jī)顏料——氧化鐵紅、氧化鐵黃和氧化鐵黑等。以生產(chǎn)氧化鐵紅為例,每處理1000kg石棉尾礦約85kg(雅安礦,考慮了處理過程所加入的還原劑),以目前鐵紅價格,價值553元,生產(chǎn)成本277元,可獲利276元。與之相比,每處理1000kg石棉尾礦可獲得鎳2.7kg,按現(xiàn)行價格計價值202.5元,生產(chǎn)成本約60元,可獲利142.5元??梢钥闯?鐵的實際利用價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鎳的利用價值。
當(dāng)然,一些單位目前在采用磁選的辦法從石棉尾礦中提取鐵精粉,如果以85%的選出率,每處理1000kg石棉尾礦可選出含F(xiàn)e2O3為75%的鐵精粉71kg(以石棉縣石棉尾礦為例),出售價格按0.8元/kg計,產(chǎn)出為56.8元。在處理過程需要對石棉尾礦進(jìn)行超細(xì)粉碎,選礦過程也需要消耗一定的能源,利潤空間十分有限。因此,由石棉尾礦中分離鐵精粉,從經(jīng)濟(jì)效益的角度看不是一項最佳選擇。
石棉尾礦酸浸廢渣主要成份為SiO2和少量CaSO4·2H2O。所含SiO2具有較大的比表面積和較高的化學(xué)活性,可以在常壓和中溫條件下與堿反應(yīng)生產(chǎn)中/高模數(shù)的水玻璃,再以所得水玻璃為原料,采用硫酸法工藝,控制特殊的工藝條件生產(chǎn)附加值較高且市場前景廣闊的高分散性輪胎專用白炭黑。以雅安石棉尾礦為例,每處理1000kg石棉尾礦,可以產(chǎn)出高分散性輪胎專用白炭黑430kg,按現(xiàn)行高分散性輪胎專用白炭黑價格,價值3655元,生產(chǎn)成本1667元,可獲利1998元。
每處理1000kg石棉尾礦可產(chǎn)出含量為97.5%的MgO330kg,出廠價按12元/kg計,產(chǎn)出3960元,生產(chǎn)成本2718元,可獲利1242元。顯然,對硅綜合利用所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鎂。而且,市場對工業(yè)級以上氧化鎂的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對高分散性輪胎專用白炭黑的需求, 應(yīng)用與發(fā)展前景也不象高分散性輪胎專用白炭黑那樣廣闊。