1、 本科毕业论文 文献综述 环境科学 有色金属行业的环境污染问题及其防治现状 摘要： 随着世界经济的发展，有色金属行业也在不断进步和科技改进，但带来的环境污染问题也在随之增加。本文简要介绍铜铅等有色金属行业在运营过程中产生的环境污染现状，分析污染造成的环境问题。根据国内外的各种先进技术，总结对有色金属行业产生污染的防治措施和方法，达到最终的环境保护目的。 关键词： 有色金属；环境问题；防治现状 有色金属是重要的基础原材料，广泛应用于国民经济和国家安全的各个领域1。 航空 、 航天 、 汽车 、 机械制造 、 电力 、 通讯 、 建筑 、 家电 等绝大部分行业都以有色金属材料为生产基础。 随着全球
2、经济的发展，特别是中国国民经济稳定、持续、快速发展，作为经济和高新技术发展支柱性原材料的有色金属材料需求旺盛、发展迅猛 2。我国 是 世界上重要的铜材生产、消费和贸易大国，产量已连续五年居世界第一位，铅锌产业经过近 10多年的快速发展，产业规模迅速扩大，产能和产量均居世界第一位，成为全球铅锌主要生产国和出口国 3。在国外有色金属行业也在不断发展的同时，国内有色金属行业的快速发展为企业和国家带来的经济效益，使得我国的国际地位得以较大提升，在国际市场中，有色金属行 业的地位也在不断提升中。 然而，与国外的有色金属工业相比较而言，我国有色金属工业还存在着较大差距， 矿山资源处于劣势、工业结构不平衡、
3、生产规模集中度较低及技术装备较落后、工业结构性污染较严重等已成为制约中国有色金属工业可持续发展的主要问题 4。我国 有色金属行业在不断进步的同时也在不断产生环境问题，特别是环境“三废”废水、废气和废渣的污染，污染物内的重金属元素通过对水体、大气和土壤的污染间接或直接进入人类体内，严重影响了人类的工作和生活，给人类的健康带来有害影响，本文是对有色金属行业的环境现状及其防治措施的简 要分析。 1有色金属行业环境现状 1.1 “三废 ”排放状况 有色金 属冶炼、生产、加工过程当中，产生大量的废气、废水、废渣。从以前到现在 ， “ 三废 ” 排放问题从未停止 过 ， 据中国统计年鉴 2003统计 ，
4、全国有色金属矿山一年外排工业废水 27715万 t， 工业废气 652亿 m3( 标态下 )， 工业固体废物产生量 14451万 t。 金属还会 随废水 被 带到环境中 ，如： 汞每年排放 5-6t， 镉排放 30-50t， 砷 120-150t， 铅 150-200t， 这些物质对一些企业所在地区河段或湖泊的水环境造成了相当大的污染 1。 故 企业 应对“ 三废”的排放进行控制与治理，这也是企业实行节能减排方针，走可持续发展道路上必经的过程。 1.1.1 废水排放情况 近年来 , 由于技术进步、清洁生产工艺的推行 ,落后生产工艺和设备的淘汰以及污染源的治理 , 我国有色金属工业污染物的排放量
5、得到有效控制 , 但由于有色金属工业产能的迅速发展 , 其废水排放量仍在不断增加 5。有色金属行业的废水排放物主要为工艺流程中产生的含 金属 废水，该废水中含有一些悬浮固体 , 有时还会有低浓度的氛化物和其他离子 6。废水 具有 排放量大，持续性强 的特性 ，而且其中含有大量的重金属离子、酸、 碱、悬浮物和各种选矿药剂 , 甚至含有放射性物质等 ，对人体具有较大伤害。目前，国内仍存在部分企业直接将未达到排放标准甚至未处理的废水排放到附近的河流或湖泊中的现象，污染十分严重， 对附近居民和环境同样也造成巨大影响。 1.1.2 废气排放情况 有色金属工业企业排放的废气成分非常复杂 ，主要包括工业废气
6、、冶炼废气和有色加工废气。 工业废气含工业粉尘 ， 冶炼废气含硫、氟、氯等 ， 有色加工废气含硫酸、碱和油等 7。在高温烟气中 ， 有的还含有汞、镉、砷等污染物 ， 治理非常困难。近几年来 ， 有色金属工业二氧化硫排放量呈增长态势 ， 2003年至 2008年期间二氧化硫排放量平均增长 5-45%。工业烟尘和工业粉尘的排放量在逐年降低 ， 控制较好。其中二氧化硫的排放量浓度较高，企业往往在其浓度小于 3%的烟气时不加处理直接排放至大气中 ， 对周边环境和人体造成较大影响。 1.1.3 固体废物排放情况 我国大多数有色金属矿山资源的品位较低，必须经过破碎、磨矿和分选等多道工序 ， 分选出含有用金
7、属的精矿后 ， 便排弃出尾矿 ， 这就是选矿过程中的固体废物。有色金属工业采矿、选矿、冶炼及加工过程中排出的工业固体废物主要包括采矿废石、选矿尾矿、冶炼渣、炉渣、脱硫石膏等。采矿 活动因大量剥离或开拓 ， 会产生大量废石 ， 每采出 1 t矿石平均产出 1.25t废石 ， 露天开采 1t矿石通常削离 5-10t覆盖的岩土 ； 选矿会产生大量尾矿，约 0.92 t/t8。近几年来 ， 有色金属工业固体废物产生量呈增长态势 。 据统计 ， 已由 2004年的 14966万 t增加到 2008年的30786万 t， 平均增长率达 19.8%。 不过由于重视固体废弃物综合利用 ， 其排放量逐渐降低。
8、然而， 我国有色金属工业受传统工业和经营方式所限 ， 至今仍 存在 把大量废石、尾矿等废渣弃于地表 的现象， 不但占用土地资源 ， 往往会占用农田、耕地 ， 破坏植被 ， 大 量的固体废物往往还是泥石流的物源 ， 直接威胁人民生命财产安全 。 1.2 能源 、资源 消耗 情 况 有 色金属工业是一个高能耗工业 ， 有色金属工业是国民经济的重要基础产业 ， 也是高耗能、重污染的工业部门。目前，我国平均每吨有色金属综合能耗与国际先进水平相比，差距仍然明显。近 15年来 ， 我国有色金属采选业能源消耗总量增加了 2倍左右 ， 有色金属冶炼及压延加工业能源消耗总量增加近 4倍多 ， 可以看出 ， 有色
9、金属行业能源消耗数量显著增加 ， 尤其是有色金属冶炼及压延加工业对能源消耗增加讯速。更重要的是，随着矿石的品味逐年下降，能耗量随之增高。加 上生产工艺复杂 ， 致使有色金属工业生产成本高 ， 在国际市场竞争中处于劣势 。 有色金属工业在采矿、选矿、冶炼及深加工等各个生产工序都需要消耗资源，包括水资源、电资源及煤等燃料资源。其中水资源消耗较大，有色金属矿业工艺流程中的冷却水及酸洗过程需要较大量的用水 ， 工艺设备运行时消耗的电以及发动设备所需的燃料燃烧时消耗的煤资源 ， 都是有色金属矿业运营中所不可或缺的资源。目前 ，在水资源的利用方面， 随着循环用水率和废水回用率的不断提高 ，企业对 新鲜水用
10、量逐渐减少 ， 降低了生产成本 ， 产生了良好的经济效益和环境效益。 电资源主要消耗在企 业的设备运行方面以及企业办公区、宿舍区方面。 2有色金属行业环境问题治理现状 人类在充分利用自然资源和自然环境创造物质财富的同时 ， 却又过度地消耗资源 ， 造成资源短缺和环境污染问题，这就需要我们实施可持续发展战略，推行清洁生产。清洁生产是指通过节约资源和能源 ， 淘汰有害原料 ， 减少所有废弃物和有害物质的产生和排放 。 可以概括地说清洁生产就是 : 低消耗、低污染、高产出 ， 是经济效益、社会效益与环境效益相统一的生产模式 9。利用清洁生产进行对有色金属行业产生的污染物处理是解决目前有色金属行业产生
11、的环境问题的根本途径。 2.1 “三废 ”治理现状 2.1.1 废水 治理 近 年来 ，国内 对于有色金属行业废水处理方法 ， 中和法和微生物法一直是研究的热点 ， 但中和法的研究已经从单纯的石灰中和法发展到现在的石灰法的改良技术 ， 2005年以来膜法和其他一些新技术被广泛的应用到废水处理中 ， 逐渐成为新的研究热点 10。 国外方面， 美国是世界上最大的环境技术生产者和消费者，治理废水方面的技术质优量大 11。美国已研制成能清除水中重金属冶污的新材料。美国西北大学和能源部阿尔贡国家实验室，共同开发出一种多孔的新材料，可以像海绵一样吸收水中的重金属，将诸 如水银或铅这样的污染物从水中清除掉。
12、 化学沉淀法 12是向废水中投加沉淀剂 ， 使重金属离子形成碳酸盐、氢氧化物和硫化物等沉淀 ， 重金属离子以含水金属氧化物、氢氧化物 ， 硫化物等形式从废水中分离出来 ， 从而使得废水得以净化的方法。 化学法处理废水具有技术成熟、投资少、处理成本低、适应性强、管理方便、自动化程度高等诸多优点。其不足之处在于产生含重金属污泥，若污泥没有得到妥善的处理还会产生二次污染 13，同时还会造成废水处理设备的堵塞等问题。国内企业普遍使用化学沉淀法进行金属废水的治理： 葛丽颖 14等用氢氧化钠中和酸 性含铜电镀废水，在适当的条件下，处理后的废水中铜离子的质量浓度显著低于国标规定的污水排放标准。 目前国内外运
13、用较多的还有膜分离法中的反渗透法 15，它是通过对废水施加较高压力 ， 溶剂水透过特种半透膜而溶质难以透过的原理对废水进行浓缩。该法投资少、占地面积小、操作方便 ， 可回收有用材料 ， 多用于镀镍、镀铜废水的处理。国内对反渗透法的应用广泛， 王立国 16等采用膜集成技术 （ 超滤、反渗透 、 离子交换等 ） 对重金属废水进行循环回用处理 ， 处理后水中铜的质量浓度由140. 1mg/L降到 1.58mg/L， 出水水质达到了生产工 艺用水要求 ， 所产生的浓缩水经再浓缩后进入萃取系统 ， 回收电解铜 ， 实现了废水处理的闭路循环。 Wenrui Zuo17等研究学者采用三段膜过程 ， 提高水的
14、回收利用率。第一段为超滤或微滤 ，第二段为电渗析 ， 第三段为反渗透，处理后水中重金属质量浓度低于 0. 01mg /L。 国内外处理废水方法多种多样，各种处理方法因废水中的污染物质不同而不同，有些企业因单一的方法效果不理想而使用联合技术 18完成废水的处理，如多级化学法联合工艺、电解 电渗析联合工艺、化学法与膜分离技 术联合工艺等。曾小君 19联合采用中和沉淀法 、 混凝沉淀和硫化沉淀法处理印制电路板生产厂含铜废水 ， 处理后废水中 Cu2+的质量浓度小于 0.5mg/L。 Bodzek M20等采用聚丙烯酸 ( PAA)对 Cu2+、 N i2+、 Zn2+的络合行为 ， 用聚己内酰胺膜在
15、适宜 pH条件下处理实际废水 ， 金属离子截留率可达到 85%-97%。 研究如何选用既满足废水处理的需要 ， 又实现废水中 金属 和处理后出水资源化的技术 ， 是当前 有色金属 废水处理的一个重要方向 21。根据实际情况选择合适的处理工艺或工艺组合 ， 以强化处理效果 ， 同时兼顾处理成本最低化、经济和环境效益最高化等原则，相信 就会有很好的最终处理效果，达到净化并且资源利用废水的最终目标。 2.1.2 废气治理 对于矿业活动来说 ， 采、选业废气主要是粉尘 ， 主要体现在对岗位操作工人工作环境产生影响。冶炼企业外排废气主要为烟尘、 SO2等 ， 通过强化收尘和 SO2制酸的综合回收利用措施
16、 进行治理 22。 治理烟尘一般把含尘的烟气通过除尘设备后达标排放 ， 除尘设备一般可分为机械式除尘器、洗涤式除尘器、过滤式除尘器、电除尘器和声波除尘器五类 23。 目前 ，袋式除尘器用于有色金属冶炼炉烟尘治理 ， 历经 10年的艰辛探索 ， 已经有了相当成熟的工艺 ， 为国内有色金 属生产企业的污染治理提供了新的技术保证 24。 与国内的废气治理技术相比，国外治理废气的方法更多并且新颖。以色列本古里安大学利用海藻吸收废气，提炼生物燃料 25。其基本思路为把收集的气体导入能生存海藻的系统，废气中的部分有机物可供海藻繁殖。 另一方面，通过 湿式作业、洒水降尘、抑尘 ， 合理调节尾矿排放口保持其尾
17、矿库表面湿润 ， 尽量选用密闭设备 ， 进行个体防护 ， 加强绿化工作等措施 ， 能有效降低环境尘量 。 对工程所在地加强地面硬化工作 ， 减少地面扬尘对大气的污染 ，同时加强矿区绿化工作 ， 形成绿化带 ， 净化矿区空气环境 也是防 治废气的有效方法之一 。 2.1.3 固废治理 固 体废物应对其进行综合利用，最大程度上的 “ 变 ” 有色金属行业工艺流程中产生的废弃物为 “ 宝 ”， 国内对于 “ 变废为宝 ” 的实例很多。 江西铜业集团公司在铜冶炼的生产过程中 ， 不断回收废水喷淋矿石 ， 磨矿选矿 ， 每年重复用 水量达 2. 9 亿吨 ， 复用率达 85%以上。铜陵有色利用生产电解铜
18、的废弃物回收金、银等贵重金属 ， 用冶炼炉渣加工造船厂需要的磨料 ， 用铜尾矿掺入水泥生料烧制成水泥熟料 ， 利用硫酸在生产过程中产生的热量发电等 ， 都取得了良好的经济效益。 国内学者对于铜冶炼工业固体废物开展了大量 研究，但研究的重点大多集中在固体废物如炉渣的综合利用方面，相对地， Agrawal A26、 Tsai W Ta27等 国外学者则更注重于铜冶炼企业如何进行固体废物的环境管理的研究。 与国内相比，国外在固废管理方面，德国、美国始终走在世界前列，都早在20世纪 70年代颁布了固体废弃物处置的相关明确且谨慎的法律制度，对固废进行环境管理。同时，在日本、德国、美国对循环经济的影响下，
19、 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，通过废弃物的再资源化减少废弃 物的排放对生态环境的破坏28，对固体废物进行最大限度的利用。这也正是国内与或外目前在固废利用方面的差距之一。 2.2 资源、能源的综合利用情况 我国对资源和能源的消耗实施节能减排政策，以节能、节水、降低消耗、提高资源综合利用和发展循环经济为重点 29，推进技术进步，这是实现有色金属行业可持续发展的必经之路，也是目前中国有色金属工业企业着力解决的问题。 我国目前尚有一部分矿藏资源属复杂难选多金属矿 ， 有害杂质含量高 ， 受环境污染所限 ， 常规的选冶技术不能利
20、用 ， 不少企业、科研、设计单位已经着手开展对这类矿进行试 验研究工作 ， 并取得了初步成果，今后将会进一步加强工业化研究进程 ， 解决复杂矿的冶炼工艺 ， 使这类资和能源源得到合理的综合利用。 国外对资源及能源综合利用方面具有较多经验，其中日本最为突出。众所周知，日本现有的繁荣经济是以过去对资源、能源及环境的严重破坏为代价的。在经过惨痛的环境污染教训后，日本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 28，重视废弃物的回收利用和再资源化，不仅为环保产业创造产值，也为失业人员提供了更多的就业机会。 3结语 综上所述 ， 中国有 色金属工业在快
21、速发展的同时 ， 带来了严重的环境污染和生态破坏。我国有色金属行业是一个高能耗、污染重的行业，与其他行业相比，其产生的污染物种类繁多、污染重、危害大，是形成全球环境问题的重要因素之一。因此 ， 加强技术工艺改造 ， 采取清洁生产工艺 ， 降低能耗指标 ， 从源头减少废弃物排放量 ， 大力开展资源循环利用和清洁生产 ， 对有色金属工业可持续性发展具有重要的意义。相信随着全国污染普查的开展和实施，各企业会进一步加各个污染源的治理工作，获得更好的环境与经济效益。 参考文献 1 张梅 .中国有色金属工业环保问题与可持续发展对策 J.矿冶 ,2006,15(4):91-94. 2 萧今声 .国内外铜加工
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