鍍鋅廢棄物的綜合處理
王傳璐1王偉2鄭曉華1張明熹1李鋒鋒1蔡永豐1楊文毅1李晶華1沈毅3
(1．河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院，河北省無機非金屬材料重點實驗室，河北唐山063000;2．唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金系，河北唐山063000;3河北聯(lián)合大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;河北省無機非金屬材料重點實驗室，河北唐山063009)
摘要：主要針對鍍鋅廢棄物，包括廢氣，廢水和固體廢棄物，闡述其特點及對人體和環(huán)境的危害。并分別就近年來國內(nèi)外對鍍鋅廢棄物的處理方法和再利用進行了綜述。
關(guān)鍵詞：鍍鋅廢棄物綜合利用三廢處理
鍍鋅作為黑色金屬的優(yōu)良防護性鍍層，應(yīng)用相當(dāng)普遍，在機電、建筑、五金等行業(yè)幾乎占各鍍種的60%～70%。各種顏色的鈍化膜的使用，不僅增加了裝飾效果，而且也提高了耐腐蝕性［1］。但隨著人們對鍍鋅工藝不斷的開發(fā)和推廣，產(chǎn)生了大量對環(huán)境、人體有害的物質(zhì)。工業(yè)三廢對環(huán)境質(zhì)量的影響日益嚴重，尤其是重金屬污染。進入土壤中的重金屬不但影響土壤肥力和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)［2，3］，同時會經(jīng)水、空氣、作物等傳輸途徑在動植物體內(nèi)富集。其中的一些重金屬劇毒物質(zhì)，具有致癌、致畸和誘發(fā)基因突變的作用，從而給人類帶來健康風(fēng)險［4，5］。所以對工業(yè)三廢的回收處理工作迫在眉睫，工業(yè)三廢的回收處理及再利用不僅可以實現(xiàn)不可再生資源的回收利用，同時也減輕了對環(huán)境的污染和對人類健康的危害。
1·鍍鋅的方法分類
鍍鋅分為兩種:熱鍍鋅(熱浸鍍鋅)和冷鍍鋅(
電鍍鋅)。電鍍鋅就是利用電解，在制件表面形成均勻、致密、結(jié)合良好的金屬或合金沉積層的過程。其分為氯化物鍍鋅、氰化物鍍鋅、鋅酸鹽鍍鋅。熱鍍鋅是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法。其中熱鍍鋅有國家標(biāo)準(zhǔn)，冷鍍鋅是國家不提倡的，其污染性較大。
2·鍍鋅廢棄物和處理方法
2．1廢氣處理方法
對于廢氣的處理，應(yīng)從源頭上減少廢氣的產(chǎn)生，才能真正的解決實質(zhì)問題，可采取的措施有:盡可能避免有毒有害的原輔材料使用;工藝過程中盡量采用低濃度的酸液，從而減少酸霧的產(chǎn)生;在鉻酸溶液，鹽酸溶液等易揮發(fā)酸液中添加酸霧抑制劑、對酸液容器加蓋等來抑制酸霧的產(chǎn)生等。將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)運用在源頭控制和生產(chǎn)過程中。
2．1．1優(yōu)化收集裝置處理法
劉克［6，7］融合質(zhì)量機能展開(QualityFunctionDeployment—QFD)和對發(fā)明問題解決理論(TＲIZ)在設(shè)計方面的理論優(yōu)點，對批量熱浸鍍鋅池上方廢氣收集裝置的總體方案設(shè)計進行研究，并結(jié)合模糊綜合評價(FCE)進行總體方案的評價，最終歸納出適宜新產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新的QFD/TＲIZ/FCE設(shè)計模型。為批量熱浸鍍鋅池上方廢氣收集裝置建立了一套比較完善的設(shè)計方法，為提高我國批量熱浸鍍鋅池上方廢氣控制和收集裝置的設(shè)計水平奠定了理論和設(shè)計基礎(chǔ)。
鍍鋅廢氣主要為含金屬的白煙及工業(yè)鹽酸揮發(fā)產(chǎn)生的酸霧。對于對人體健康有威脅的氣體，成都電力線路器材料廠目前設(shè)計了槽邊吹吸式排氣裝置以加強抽氣效果，就是將酸霧集中通過氣體洗滌器凈化后再排入大氣［8］。廣西送變電建設(shè)公司鐵塔廠對產(chǎn)生的白煙進行側(cè)面抽風(fēng)、移動罩收集、固定罩收集系統(tǒng)的收集處理;然后用布袋式過濾系統(tǒng)再對煙塵進行過濾處理，最大限度地減少排放;酸霧通過抽風(fēng)收集再進行噴淋處理［9，10］。
2．2廢水處理法
鍍鋅廢水中的主要污染物有Cr6+、總鉻、Zn離子，尤其是Cr6+屬于國家控制的一類污染，規(guī)定必須在車間內(nèi)進行處理，達標(biāo)后才能排放。鍍鋅廢水的治理方法有很多種，從生產(chǎn)工藝上對鍍鋅廢水進行處理的較為常見，也有利用一些手段對鍍鋅廢水進行處理，如化學(xué)處理法、微生物技術(shù)法、離子交換法。
2．2．1改造工藝處理法
較多企業(yè)選擇了從改造生產(chǎn)工藝方面對鍍鋅廢水進行處理。河北省衡水市王計彬［11］發(fā)明了一套鍍鋅液回收裝置，此實用新型采用鍍鋅液回收裝置，液體帶出量極低，從而降低了材料消耗，減少了污水排放的污染，由于帶入的殘余液體很少，故可采用固定水清洗，每班更換一次，排出的水完全返回鍍槽重新利用，從而達到真正的零排放，操作簡單，安裝方便，適用于各種線材鍍鋅機。日本鹿島鋼鐵廠用水和廢水處理采用一套有較完整的用水、廢水處理和回用系統(tǒng)，其主要應(yīng)用的是《閉路循環(huán)》技術(shù)［12］。
2．2．2化學(xué)處理法
化學(xué)處理也是鍍鋅廢水處理的一種常用手段，具有操作簡單、投資小、且能夠達到理想效果的方法［13～16］。蔣仁德等［15］將石灰乳漿制為散灰溶于廢水，沉淀Zn(OH)2膠體，另含有微量的鈣，用硫酸溶解后，完全可回用于鍍槽，其處理后的排放水達到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。焦永俠等［16］采用活性炭、石灰乳和鐵屑處理電鍍鋅廢水，由于鐵屑與活性炭可以形成原電池加速了鐵屑還原Cr6+得到Cr3+的過程，加入石灰乳調(diào)節(jié)pH值至7～8，使Cr3+、Zn2+等重金屬離子發(fā)生沉淀，另外，可以通過控制鐵屑與焦炭的投放比例，廢水中的酸堿度控制及接觸時間達到處理鍍鋅廢水最佳效果。
2．2．3固化微生物處理法
固定化微生物技術(shù)是指固體廢棄物經(jīng)過微生物經(jīng)固定化后，對有毒物質(zhì)的承受能力及降解能力都明顯提高。固定化微生物是一種新興而有效的廢水處理技術(shù)，并發(fā)展了多個分支，包含無載體固定化法、吸附法、包埋法、共價結(jié)合法、介質(zhì)截留法［17，18］等。其中，內(nèi)聚營養(yǎng)源SＲB污泥固定化技術(shù)是基于SＲB污泥在處理重金屬廢水過程中對內(nèi)、外環(huán)境的營造，在苛刻環(huán)境下(酸性、金屬離子等)能夠快速、高效處理重金屬廢水，同時，極大地降低出水有機物的濃度，避免外加營養(yǎng)源帶來的二次污染［19］。其中，混合種群固定化生物反應(yīng)器用于處理含鋅廢水。采用內(nèi)聚營養(yǎng)源SＲB污泥固定化技術(shù)，不但能夠去除重金屬離子，而且能保證出水COD達標(biāo)排放，更能夠?qū)崿F(xiàn)多次循環(huán)使用。
2．2．4離子交換處理法
離子交換法［20，21］是利用陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂處理電鍍工業(yè)各種含鉀鹽鍍鋅廢水。李健等較為詳盡地評述了近年來沸石、腐植酸物質(zhì)、離子交換樹脂、黃原酸酯、離子交換纖維等各種離子交換材料的發(fā)展，以及離子交換技術(shù)在治理重金屬電鍍廢水中的應(yīng)用。
2．3固體廢棄物
金屬鋅冶煉、熱浸鍍鋅和鋅鑄件加工等生產(chǎn)過程中都會產(chǎn)生大量含鋅廢渣，其中包括鋅煙、鋅灰、鋅渣、鋅浮渣等。目前，對鋅灰、鋅渣的處理工藝按最終產(chǎn)物大致分為再生金屬鋅和生產(chǎn)化工產(chǎn)品兩大類。
2．3．1再生金屬鋅處理法
我國每年金屬鋅大量用于鋼材鍍鋅防腐，鍍鋅過程中產(chǎn)生大量的鋅渣，這是重要的再生鋅原料來源。對高含量的含鋅廢渣直接熔鑄成鋅渣陽極再通過電解精煉制備高純鋅，采用的電解液體系主要有ZnSO4－H2SO4和Zn(//)－NH3－NH4CI體系。李運剛［22］從理論上分析了可溶陽極電解處理熱鍍鋅廢渣新工藝的可行性。對陽極中鐵的行為、電解液中的鐵離子對電流效率的影響和陰極析出質(zhì)量的影響、鐵離子的最高允許濃度、電解液中硫酸的最佳濃度這四個問題進行了試驗研究。袁訓(xùn)華等［23］根據(jù)鋅蒸氣壓在其熔點附近呈指數(shù)關(guān)系增加的物理、化學(xué)特性，在常壓下制備研究了再生回收方法。董安平等［24～26］通過研究高頻高變磁場作用下分離去除鋅液中Fe－Al－Zn渣相的方法，發(fā)現(xiàn)鋅渣分離效率與電磁力的改變成正比關(guān)系。即當(dāng)磁場頻率為17．5kHz，磁感應(yīng)強度0．1T，于0．8～2．0s內(nèi)10μm粒度鋅渣的分離效率從55．05%提高到82．49%。
2．3．2生產(chǎn)化工產(chǎn)品處理法
生產(chǎn)化工產(chǎn)品是含鋅廢料另外一種有效的回收利用方法。劉俊等［27］以含鋅廢渣為原料，制備鋅產(chǎn)品的工藝條件，主要對酸浸取，氧化除鐵、錳和置換除去重金屬元素等過程的工藝條件進行了研究，制得了堿式碳酸鋅和氧化鋅兩種鋅產(chǎn)品，其純度分別大于96%和95%，鋅回收率達到80%以上。張寒霜［28，29］針對蘇州鋼廠廢鍍鋅板煉鋼粉塵中鋅主要以氧化鋅和鐵酸鋅形式存在的特點，從熱力學(xué)，動力學(xué)方面分析，探索了氧化鋅和鐵酸鋅的浸出機理，在此理論基礎(chǔ)上進行了二段浸出、除鐵、萃取鋅的試驗研究。另外，近年來納米材料在光、電、熱、力等方面表現(xiàn)出了體相材料無法比擬的性能，因此采用工業(yè)廢棄物制備高性能的納米功能材料也為研究的熱點［30］。馬紅周等［31］通過對熱鍍鋅渣的浸出液采用直接沉淀法制備納米氧化鋅的工藝進行了研究，主要對影響納米氧化鋅粒度的一些因素進行考查。
3·結(jié)語
中國鍍鋅行業(yè)必須推行潔凈生產(chǎn)，實現(xiàn)走可持續(xù)發(fā)展道路的戰(zhàn)略目標(biāo)，熱鍍鋅工業(yè)的清潔生產(chǎn)實施還面臨著許多的挑戰(zhàn)，如執(zhí)行的動力不足，缺乏資金及技術(shù)來源等。但最重要的是讓企業(yè)管理者建立環(huán)保，節(jié)約的思想觀念，只有這樣才能使清潔生產(chǎn)真正在鍍鋅行業(yè)中得到推廣，在保護生態(tài)環(huán)境的同時，持續(xù)，快速，健康地發(fā)展。
參考文獻
［1］蘇毅，曾昭望．日用瓷器的綠色包裝［J］．中國陶瓷，2008，44(7):49～51．
［2］BushovenJT，JiangZ，F(xiàn)ordHJ．，etal．Stabilizationofsoil
nitratebyreseedingwithperennialryegrassfollowingsuddenturfdeath
［J］．Journalofenvironmentalquality，2000，29(5):1657～1661．
［3］VulkanＲ，MingelGrinU，Ben－AsherJ，F(xiàn)renkelH．Copperand
zincspeciationinthesolutionofasoil－sludgemixture［J］．Journal
ofEnvironmentalQuality，2002，31:193～203．
［4］鐘道旭，韓存亮，蔣金平等．鍍鋅廠周圍農(nóng)田土壤－水稻中重金屬污染及其風(fēng)險［J］．土壤(Soils)，2011，43(1):143～147．
［5］常學(xué)秀，文傳浩，王煥校．重金屬污染與人體健康［J］．環(huán)境科學(xué)，2000，19(1):5～61．
［6］劉克．批量熱浸鍍鋅池上方廢氣的收集裝置研究及數(shù)值模擬［D］．昆明理工大學(xué)，2008．
［7］楊婧．基于清潔生產(chǎn)的電鍍工業(yè)園區(qū)可持續(xù)發(fā)展探索［D］．南昌大學(xué)，2007．
［8］張珠．實驗研究熱浸披鋅“三廢”治理［Ｒ］．成都電力線路器材料廠．
［9］謝孟良．淺談批量熱浸鍍鋅的三廢治理［Ｒ］．廣西送變電建設(shè)公司鐵塔廠．
［10］熊雪貞，吳慶文，吳永開．簡易煙氣處理裝置在陶瓷窯爐上的應(yīng)用［J］．中國陶瓷，2005，41(6):45～46．
［11］王計彬．鍍鋅液回收裝置［P］．中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局CN201785543，2011．04．06．
［12］許景文．鋼鐵工業(yè)用水和廢水處理的《閉路循環(huán)》技術(shù)［Ｒ］．上海市環(huán)境保護科學(xué)研完所．
［13］(蘇)盧里耶．工業(yè)污水的化學(xué)分析［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1989．
［14］蔡榮慶．加壓氣浮法處理鍍鋅廢水［Ｒ］．湖北省十堰市環(huán)保研究所．
［15］蔣仁德．石灰乳漿治理電鍍鋅廢水及鋅回收［J］．電鍍與保護，1991，6(11)27～30．
［16］焦永俠．活性炭、石灰乳和鐵屑處理電鍍鋅廢水的探討［J］．淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007，7(4)96～98．
［17］UtgikarVP，TabakHH，HainesJＲ．，etal．Quantification
oftoxicandinhibitoryimpactofcopperandzinconmixedculturesof
sulfate‐reducingbacteria［J］．Biotechnologyandbioengineering，
2003，82(3):306～312．
［18］張培玉，曲洋，尹文華等．介質(zhì)截留法固定化微生物技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用［J］．工業(yè)水處理，2010(011):12～15．
［19］王建龍，施漢昌，錢易．固定化微生物技術(shù)在難降解有機污染物治理中的研究進展［J］．環(huán)境科學(xué)研究，1999，12(1):60～64．
［20］車榮春．離子交換法處理電鍍工業(yè)含鋅廢水［J］．天津化工，1991(2)．
［21］李健，石鳳林，爾麗珠等．離子交換法治理重金屬電鍍廢水及發(fā)展動態(tài)［J］．電鍍與精飾，2003，25(6)．
［22］李運剛，周士權(quán)．可溶陽極電解處理熱鍍鋅廢渣新工藝的理論分析［J］．濕法冶金，2000，2(19)38～42．
［23］顧正海，鄭華均．從工業(yè)廢渣中濕法回收鋅的研究進展［J］．濕法冶金，，2007，26(2):67～70．
［24］董安平，疏達．高頻交變磁場作用下熱鍍鋅中Fe－Al－Zn相的連續(xù)分離研究［A］．第七屆亞太鍍鋅大會論文集(中文版)［C］．北京:［出版者不詳］，2007:159～164．
［25］馬春，余仲興．熱鍍鋅渣電解稿煉制取純鋅［J］．上海大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，8(2):56～61．
［26］劉燦樓，張雪華，張啟富等．當(dāng)前國內(nèi)外批量熱鍍鋅研究的熱點問題［A］．第七屆亞太鍍鋅大會論文述評［C］．材料保護2008，9(41):39～42．
［27］劉俊，趙一先，陳秋則．從電鍍鋅廢渣中回收制備鋅鹽的研究［J］．上海環(huán)境科學(xué)，2002，11(21):672～675．
［28］張寒霜．從廢鍍鋅板煉鋼粉塵中回收鋅的工藝研究［D］．中國北京有色金屬研究總院，2011．
［29］丁德玲，劉家祥，韓躍新．熱鍍鋅渣堿性電解法制備鋅粉［J］．有色金屬2007(5):43～45．
［30］李明．納米氧化鋅的生產(chǎn)和應(yīng)用進展［J］．化工文摘，2007(5):32～35．
［31］馬紅周，蘭新哲，王耀寧．熱鍍鋅渣的利用［A］．有色金屬(冶煉部分)［C］．2010(3):56～58．
