工业固废的若干处理方法
薛世峰
现代工业生产为现实生活提供了众多商品，满足了人们的各类需求。然而，在生产合格产品的过程中，我们会副产一些工业固废。其中，部分工业固废得到了合理利用。但还有一些工业固废，要么处理起来较为困难，要么处理费用较高，所以只能进行无奈的堆放处理。例如“赤泥”“六价铬渣”“钢渣”以及各种尾矿。这些废弃物进行堆放后，给环境带来了极为沉重的负担。为了达成环境友好以及人类可持续发展的目标，必须探寻新的且切实可行的工业固废处理办法。接下来，将把笔者近些年来的研究成果与大家分享，希望能起到抛砖引玉的作用。
1、赤泥加工项目
1.1概述
金属铝的生产原料为氧化铝。氧化铝是著名的耐火材料，其熔点高达 2054 度。因此不能通过一般的还原办法来生产金属铝，只能采用电解的办法来生产铝，正因如此铝厂被称作电老虎，生产一吨金属铝需耗电一万多度。电解铝的原料是从铝土矿中用氢氧化钠抽提出来的。剩余部分因含有三氧化二铁而发红，并且呈现泥巴状，所以被叫做赤泥。赤泥含有强碱氢氧化钠，所以不容易当作其他材料来使用，只能进行堆放处理。而被堆放的赤泥成为了重大的污染源。仅在山东省境内就有数亿吨赤泥被堆放，山西省、广西省、重庆市以及内蒙古也有相当大的堆放量。可以讲，赤泥是一个全球性的公害。
现在有一些单位想出了处理赤泥的办法。例如，有一家山东的企业通过用粘接剂将赤泥粘接在一起，接着把它用作修路的建筑材料。这项技术在 2019 年于中央电视台二套节目的《创业英雄会》上成功融资五百万人民币。然而，这个办法并未真正解决赤泥的污染问题，因为大家都清楚粘结剂是有使用年限的。到了特定时间它会分解，这些强碱会随之被释放到环境里！赤泥中的强碱只有到达界面，才能够释放到环境中。原本是大堆堆放，强碱扩散到界面较为困难，部分强碱或许永远无法扩散到环境中。而将它们制成小块后，就容易通过界面扩展到环境，加快了赤泥的污染。一大堆赤泥，对环境的影响程度较小。把他们做成小块儿后，都铺到路基里面去了，这样就增加了混乱程度。也就是我们平常所说的“熵”增大的过程，而这是我们不想看到的。因为种种原因，目前赤泥的利用率不足 5%，这是一个非常严峻的问题。
1.2我们的处理方法
我是在赤泥处理这条道路上的先行者。2017 年，我们就开始对赤泥的处理进行实验室研究。2018 年，我们购进了电弧炉，并且建设了一套用于赤泥加工的工业示范装置。因为效果非常理想，所以在 2019 年，我们申报了国家专利《一种利用氧化铝工业废料（赤泥）生产铁基微合金的冶炼工艺》zl.2.6。当山东的技术在中央二套融资的时候，我们已经申报国家专利。
我们的办法是把赤泥中的三氧化二铁通过强磁选使其达到 45 到 50%的品位，接着把三氧化二铁还原成铁，这是一项变废为宝的举措。
这个时候出现了一个小插曲。有一家河南的企业卖给我们电弧炉。在配合我们试生产以及电弧炉出现故障赶来抢修的时候，他们看清了我们所使用的主料。然后他们将这项技术转移到了重庆的一家企业，这家企业只是单纯生产电弧炉，根本没有研究冶炼的机构。他们只能自我解嘲地表示，是听了东北大学的教授说的。可是很遗憾，他们仅仅知晓我们的主料，却不了解我们添加了何种催化剂。因此废钢筋回收价格今日价2023，重庆的那一家企业仅仅能够生产不合格的铁，而无法生产出我们的铁基微合金！到现在，都未曾见到东北大学对赤泥进行加工的相关报道。我还亲自询问过东北大学的相关教授，这件事情完全是没有根据的。
我们要把相近的技术拉开更大差距，于是立刻对赤泥加工技术进行升级改版。将赤泥加工与我们另外开发的“非高炉冶炼钢铁”（《一种分步还原非高炉生产钢铁的方法及系统》zl2.0）进行了融合。处理结果很理想：不但让强碱参与了冶炼过程废钢筋回收价格今日价2023，实现了变废为宝，还在冶炼过程中把多余的强碱回收，送回赤泥抽提工段。这样一来，解决了赤泥含碱而不能做水泥掺和料的问题。众所周知，现在的砂子大多是机制砂，原因是河沙不让挖且海沙不让用。海沙虽大量存在，但因其含盐会腐蚀钢筋而被禁止使用。酸碱中和产生的盐，腐蚀性大大降低。既然含盐海沙都被禁止使用，那么含强碱的赤泥就更不能使用了。我们将赤泥加工后的残渣送至沈阳建筑大学进行分析，其结果完全满足水泥掺和料的要求。更为惊喜的是，在赤泥的冶炼过程中，我们运用了赤泥原本含有的一些微量元素以及添加的稀土元素，二者相互作用，使得产品的硬度直接达到了 hrc55 至 60 之间，这为我们下一步开发耐磨材料提供了基础材料。我们曾经制造过磨煤机的耐磨衬板。这种耐磨衬板的耐磨程度达到了德国材料的水平，比国产材料的耐磨度高出数倍。然而，因为这种产品的需求量较少，在耐磨度提高后，其更换周期也变长了。从综合成本来看，包括所有投入等方面算账，有点不划算。所以这个产品就没有再继续进行下去。但是，要是一旦有了较大的需求量，这些耐磨产品还是能够赚取利润的。大家都知道：我们日常使用的撬棍、凿子等工具这种工具钢，是由 45 号钢制作而成的。这种工具钢在经过淬火处理之后，其硬度能够达到 hrc45 左右，绝对无法达到 hrc55 到 hrc60 那样的硬度。
2、硫酸烧渣处理
硫酸烧渣是制取硫酸后黄铁矿剩余的工业废渣。它普遍呈暗红色，因为含有三氧化二铁。经过浓缩后，其含铁量接近 60%。它除含铁外，还含有硫、铜、铅、锌等金属，同时也含有金银等贵重金属。不过，它金银的品位不高，利用价值不是很大。硫酸烧渣含有氧化铝以及氧化硅等盐类，同时还含有氧化钠和氧化钾等强腐蚀性介质，处理起来较为麻烦，有的像赤泥那样被堆放，从而直接污染了环境。
我国目前硫酸烧渣的主要用途为炼铁的补充原料。然而，硫酸烧渣在作为炼铁原料时，存在诸多自身难以克服的弱点，正因如此，它无法大面积被使用。如此一来，便导致了硫酸烧渣的利用率不足。
硫酸烧渣即便经过了磁选，其品位要达到 60 以上也是很困难的。大家都知道：铁矿石的品位每下降 1%，高炉的焦比和费用就会大幅上升。品位低于 60%的铁矿，通过高炉是无法进行加工的。除了费用会升高之外，高炉加工低品位铁矿还存在风险，有可能导致渣铁不分，从而形成泡沫渣。一旦形成泡沫渣，高炉就无法正常生产了。被迫停工之后，高炉下部会连渣带铁焊成一个整体，从而致使高炉报废。如今处理硫酸烧渣的一个办法很无奈，那就是将其掺入高品位的铁矿中进行冶炼。这种办法的经济效益非常不理想。
像这种品位约为 60 的铁矿，在我们国家有很多。它们都处于很尴尬的状况。别说它们是工业废渣了，就连一些含钒钛的铁矿，也很难将其品位选到 60 以上。如果一定要把它们选到 60%以上，就必然会导致甩尾情况严重，损失也会增大。前段时间，和同时找到我。他们手中都有品位接近 60%的铁矿。这些铁矿与 66 品位的铁矿仅相差 6 个百分点（10%），然而其价格却大幅下跌。当时 66 品位的矿粉售价约为 1000 元。而黑龙江的这家给出的报价仅为 500 元一吨，西藏的报价更低，只有 400 元。我认为他们这种报价存在一定的余地。黑龙江公司已将建厂计划上报，正在等待政府批复。
硫酸烧渣自身呈蓬松的状态，并且不存在粘接力，所以无法制作成用于烧结的球团。倘若我们将其制成冷固球团，那么它就无法在经过烧结之后进入高炉。
即使不存在上述问题，品位为 66 的铁粉，经高炉加工后也会出现亏损。我们鞍钢的铁矿采购标准是 65%，低于 0.1%都不予采用。即便如此，2024 年的官方数据显示亏损达 70 多亿元。这直接导致了鞍钢总经理的更换！低品位铁矿的加工本身就是一个难题，若加工后仍有经济效益，那可真是一个意外！
2023 年 12 月 8 日，在位于北京的黄河会议中心举办的“第 2 届矿业投融资大会”上。通过我的会议路演，他们了解到了我的专利技术。之后他们主动联系我，想要看看能否为他们加工硫酸烧渣。原来他们的硫酸烧渣经过磁选磁铁后，浓缩到了接近 60%，但仍然不能够作为铁精矿出售。他们只得去国外购买品位约 70%的铁精矿。接着，将硫酸烧渣勾兑至 65%的品位后进行出售。他们给我寄来了硫酸烧渣的样品，想看看我的办法能否单独加工硫酸烧渣。加工的结果表明：能够 100%地加工硫酸烧渣，并且还能带来很好的经济效益！如此一来，原本需要贴钱才能出售的硫酸烧渣，就变成了企业的摇钱树。硫酸烧渣的铁收率能达到 98%以上，比高炉的铁收率还要高。硫酸烧渣中硫含量较高，在 0.3--1.0%之间，而我们的产品硫含量很低，仅有 0.024%，能够直接满足各种钢铁产品的硫含量要求。对方对这个结果感到十分满意。
2024 年全年，我都在为铜陵项目而工作。该公司规模较大，年流水达几百亿。其决策程序相对复杂一些。起初他们的要求是只要能炼出铁就行。炼出铁之后，他们又提出提升要求，而我按照他们的要求逐一做到了。之后我建议他们参加 2024 年 6 月份的防城港会议。防城港会议是由中国“还原网”主办的“非高炉冶炼”高峰论坛。中国“还原网”派出了以技术部长为首的人员参加了该会议。在会议期间，他们得知没有人能够达到我的水平。在防城港会议结束之后，他们再次派出以技术部长为首的 4 个人来到鞍钢，要求我当面为他们进行表演。这 4 个人把我冶炼的产品和冶炼渣都带回了他们所在的地方。
他们要求我为他们建设一套万吨级的工业示范装置。我已经做好了所有的技术方案和投资规划。然而，因为铜陵位于长江沿岸，环保要求较为严格，所以至今尚未通过环评。我不知道他们是否还能够通过环评。
3 铜矿尾矿的最新处理方法
自然界中的氧化铜矿因含有氧化铜而呈现绿色。将氧化铜选出后，因其含有四氧化三铁而呈黑色。在中国，铜矿尾渣在云南、江西、山东和辽宁等地大量存在。内蒙古赤峰有一家企业提供了铜矿尾矿的样品，该样品全铁为 51.25%，硫含量为 0.093%。他们起初把价格定为 255 元/吨卖给唐山，之后价格降到了 230 元/吨，现在更是讲到了 200 元/吨以下，并且销售情况不佳！该企业迫切需要解决铜矿尾矿的加工事宜。
我们进行了攻关并成功解决了该问题。我们的冶炼结果显示，铁的收率在 95%以上，硫含量为 0.22%，碳含量是 2.11%。这个碳含量很有趣，因为 2.11%正好处于钢和铁的分界线位置。它既是钢含碳量的最大值，又是铁含碳量的最小值。这也就从另一个角度证明了，用铁矿既能炼铁，也能炼钢，还能炼半钢。在钢铁的含碳量方面，我可以实现“无极变速”般地调整。
内蒙古的电价较为便宜，煤也价格低廉。利用这样的铜矿尾矿来加工一吨铁，大约能获得 1000 元左右的毛利。建设一个 10 万吨/年规模的小铁厂，每年能够获得约一亿元的毛利。倘若参照中国所允许使用的最小高炉（1280 立方米），每年可以产出 200 万吨铁。它的投资额大概在 100 亿元，我们的投资额还不到 10 亿元；高炉能加工 51.25%的铁矿，从理论上来说，品位低于 60%的铁矿石是不能进入高炉加工的，即便要赔钱也不可能。而我们不但能够加工，还能获得约 20 亿元的毛利。内蒙古的这家企业要求我提供一套万吨级示范装置的设计和投资规划，年前我已经将其提交给他们了。
4 内蒙古含稀土钢渣的处理
众所周知，炼铁的冶炼渣是很好的建筑材料，水淬后的水渣是良好的水泥原料。然而，钢渣情况不同，因为炼钢的助剂中有氧化钙和氧化镁，这些物质遇到水后会发生水合反应，使其体积膨胀约一倍。这样就会使钢渣基础和钢渣水泥胀坏，所以大量的钢渣只能无奈地被堆放起来。
内蒙古有一种钢渣，这种钢渣含有稀土元素，其稀土含量为 4.42%。其中绝大部分是“镧”“铈”“镨”和“钕”，这几种元素占稀土总量的 96.69%。我们将这种钢渣用作钢铁冶炼的添加剂，从而回收了宝贵的稀土资源。这些稀土使得我们冶炼的钢种使用性能得到大大提升，尤其是对我们生产的超硬钢，其硬度有所提升。现在我们冶炼面包铁硬度就可以达到 hrc, 55~60。
这种钢渣被用作钢铁冶炼的添加剂，能让原本过量的氧化钙和氧化镁释放出来，继续为钢铁冶炼提供溶剂。同时，去掉了氧化钙和氧化镁的钢渣，还可以像铁渣那样被充分利用。这是一种一举两得的办法。
5 钒钛磁铁矿铁矿及其冶炼尾渣的处理
用高炉冶炼钒钛磁铁矿，一直是世界性难题，且至今无人能够突破。上个世纪，中国发现了以攀枝花为主的钒钛磁铁矿分布区域。仅在攀枝花地区，就蕴藏着上百亿吨的钒钛磁铁矿。在钢铁元帅坐镇的那个年代，就如同抱了一个大金娃娃！然而遗憾的是，钒钛磁铁矿无法通过高炉进行加工。因为在这里，铁和钛的金属氧化物并非简单地混合在一起。形成了诸如三氧化钛铁这般复杂的化合物。通过磁选的方式，无法把铁和钛分离。在高炉还原的环境下，钛会与空气中的氮生成氮化钛，还会与还原剂中的碳形成碳化钛。而这两种物质，正是当下最为流行的耐火材料。它们在高炉冶炼渣里，无法溶解，仅能以微小颗粒的状态悬浮在炉渣当中。这就导致了炉渣的极度粘稠，堵死了高炉的通风通道，造成事故。
为了解决钒钛磁铁矿的冶炼问题，共和国总理亲自批准了巨额资金，达几千万之多，用于研究钒钛磁铁矿的加工方法。然而遗憾的是，到目前为止，钒钛磁铁矿的最佳加工办法仅仅是勾兑。倘若将它们沿着炉壁进行分布，还能够替代一部分护炉球团。最终得出的结论是：用高炉 100%加工钒钛磁铁矿是不可能的。
我开发的“非高炉冶炼钢铁”的专利技术能够 100%地冶炼钒钛磁铁矿。同时，我们可以让“钒”的一部分进入铁相，以此改善了钢铁产品的性质。
攀枝花某选场的“中渣”，其含铁量为 29%，含二氧化钛 38%。单看含铁量的高低暂且不论，仅这么高的二氧化钛含量，高炉就难以进行加工了！而 29%的含铁量到现在为止，没有任何一种方法能够对其进行加工。有一家生产钛白粉的企业，他们需要大量采购含二氧化钛 45%以上的高钛渣。他们公司期望我能将二氧化碳的含量提升至 45%之上。在我的操作下，高钛渣的二氧化钛含量达到了 47%至 50%。并且我们还回收了 85%以上的铁。
6 玄武岩的最新熔化方法
玄武岩是在火山喷发后，熔岩冷却而形成的。玄武岩处于高温状态时，流动性极佳，这是其容易从地壳中喷出的原因之一。玄武岩在常温下是一种很脆的材料，然而一旦将其重新融化并拉成纤维，就会变得十分柔软。这些纤维及其制品具备耐高温、防腐蚀和电绝缘等特性。正因如此，它们被制成了防火服、绝缘服乃至航天服。玄武岩纤维制作的钢筋替代品，其重量比钢筋轻。同时，它的强度比钢筋大很多。
玄武岩产品虽有诸多优点，然而制约人们使用玄武岩的原因在于熔化玄武岩极为困难。若用感应电炉对其进行加热，由于它们并非金属，无法在电场感应下产生磁涡流，所以无法被加热。倘若使用电弧炉来加热，通常需要使用石墨电极。玄武岩含有大量金属和非金属氧化物，一旦与石墨电极接触，其部分会被还原，从而不再是典型的玄武岩。为解决此问题，人们想到用带有钼电极的电弧炉来熔化玄武岩。这带来了麻烦后果：这种电弧炉不能做得很大，通常单台功率仅为 70 千瓦。一般规模的玄武岩加工厂需配备 100 多台这样的电弧炉，这是很繁琐的。加工一吨玄武岩，要消耗 4000 多度电。
为解决此问题，我们研发了新一代玄武岩熔化炉。该炉的处理规模能力比以往高 10 倍以上，每加工一吨玄武岩的电耗降低 1000 多度。
7 其他工业固体废物处理
7.1氧化皮处理
炼钢厂会产生很多氧化皮，其含铁量约 70%，高的能达 80%以上。锻造工厂也会产生大量氧化皮。这些氧化皮的含铁量因所在位置而不断变化。仅以轧钢的氧化铁皮为例：靠近外层含约 10%的三氧化二铁，中间层含约 50%的四氧化三铁，靠近内层含约 40%的氧化亚铁。这些氧化铁皮经过我们加工以后，铁的回收率高达95%以上。
7.2钢铁厂的除尘灰处理
钢铁厂有大量的除尘灰，然而其普遍含铁量较低。仅拿高炉的除尘灰、球团和烧结除尘灰来说，它们的含铁量仅为 50%至 60%。这些除尘灰不能够回掺到原料里。通过我们的加工，铁的回收率能够达到 95%以上。
往/期/回/顾
