电解铜渣的综合利用新途径

王永贤++张启明

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.093

摘 要：电解锰铜渣是电解金属铜后产生的过滤酸渣，是电解铜行业的重点污染物。目前，企业尚未找到妥善处理电解铜渣的方法，一般将电解铜渣运输到堆场筑坝露天堆放，占地面积大、安全系数低，长期在风化淋溶的作用下，污染了大片耕地和地下水源，对生态环境造成严重破坏，因此对其进行科学合理利用势在必行。本文针对铜陵市在实际应用领域的创新发展加以阐述并对今后的应用前景做出展望。

关键词：电解铜渣 缓凝剂 微晶玻璃

中图分类号：X75 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（a）-0093-02

安徽省铜陵市是以铜矿开采、铜冶炼加工为主导产业的重工业城市，年产电解铜100万t，电解铜过程产生大量固体废弃物——电解渣，2016年产生电解铜渣400万t，加上历年累积堆存量超过8000万t，这些电解铜渣分别堆放在3个不同的露天堆场，不仅占用土地还严重污染环境，破坏生态资源，与周边村民纠纷不断，为了减少污染保护环境，铜陵有色公司经过30多年艰苦的探索和不懈的努力，探索出了电解铜渣的较好出路。

1 电解铜渣的主要成份分析

电解铜渣含水量大，pH值为4.57～4.77，呈酸性，将其烘干粉碎后的结晶主要是石英、水和石膏，含有30多种元素。包括植物生长需要的钙、镁、锰、硅、磷、硫等16种化学元素，其中S（SO3）约占18%～20%，Fe（Fe2O3）占15%～18%，Si（SiO）平均占40%左右，最高达60%，铝（Al2O3）占6%～7%，每吨铜渣中含银2～7g，含金0.17g，其他元素硒、硼、锰、铜、锌、钙、镁等元素含量甚微，无放射性元素存在。

2 电解铜渣的主要应用途径

2.1 电解铜渣固化处理技术

早期是将电解铜渣中的有害成份包裹在惰性的固化基础材料中，是一种无害化处理方法。用水泥作为固化添加的基础材料，但是这种方法不能根本解决渗漏问题，往往造成土壤和地下水源二次污染。

2.2 电解铜渣化学处理技术

由于铜渣呈酸性，部分有害可溶性重金属和氮氧化物在酸性条件下析出。采取在电解铜渣中添加生石灰，将可溶性的重金属盐转变为残渣，将氮氧化物转变为氨气，从而基本实现有害物质的去除或分离。此法适用于酸性较大并且出渣量较小的生产企业。

2.3 用作水泥添加料

电解铜渣具有潜在的活性，其主要矿物为水和石膏。目前，铜渣可以作为水泥添加料的轻骨料、缓凝剂、矿化剂[1]等。添加电解铜渣不仅能改善混凝土的各种性能，还能将部分重金属离子固化在混凝土中，减小其对环境的危害。尽管如此，实际中，电解铜渣最高掺入量只有5%，较合适的掺入量为3%。电解铜渣掺入量如此之少，本地两家水泥企业每年只能消耗10t左右。仍有大量电解铜渣无法处理。

2.4 制备微晶玻璃

电解铜渣是SiO2-CaO-MgO-Al2O3多元渣系，适合制备微晶玻璃。目前铜陵有色集团公司正与鲁西玻璃建材股份公司联合研究，采用烧结法制备微晶玻璃的工艺流程为：混合配料—高温熔化—成核晶化—切割抛光—成品。利用电解铜渣可制出蓝色的微晶玻璃，铜渣掺入量可达到15%以上。目前这一研究成果已经基本成功，不久即可推广批量生产。电解铜渣微晶玻璃的制备方法具有工艺简单、能耗低和环保等特点，可以成为电解铜渣资源化利用的重要方向。

2.5 在原有铜渣堆积场植树造林

20世纪80年代，由于铜渣处理利用技术落后，大量电解铜渣只能堆放，在铜陵市与南陵县交界处一天然矿坑（大约2万m3）经过硬化（即用水泥等混合建材对矿坑底部和周边进行固化），在铜陵市东北角也有两处堆场，总面积达6～7km2，在冬季和春季因干旱少雨天气，时常飞沙弥漫，而梅雨季节则泥沙顺流而下，冲向农田严重影响农业生产和美丽乡村建设，附近民多次投诉。随着科学技术的飞速发展和环保工作的需要，2009年，铜陵市政府组织有关专家技术人员对铜渣场进行勘察取样分析，结果表明铜渣成份有较大变化，酸度降低了，有机质增加，烧失量大增，微量元素变化不大，比较适合树木生长，成份见表1。

由表1可见酸度下降了13%以上，烧失量增加56%以上，特别是东湖大坝南堆场因为地处水库下游，水份和有机质含量大增，而酸度下降是由于长期雨水冲刷和风蚀的影响，这些成份基本适合植物生长，2010年首先在东湖大坝南堆场种植耐酸的酸枝树和大岩桐树各500株，到2012年底，大岩桐成活率达92%以上，而酸枝成活率只有50%，大岩桐当年枝干平均生长15cm，最大生长达35cm。大岩桐比酸枝更适宜铜渣的生长环境，其根系生长平均达40～50cm，须根发达具有防风固沙和保持水土的作用。但是傅东村堆场和焦村堆场大岩桐成活率还不足三成并伴有倒伏现象，此后走访林业部门被告知土壤的密度和凝胶性差，后经取样通过高温处理分析结果显示密度为1523kg/m3，基本符合要求，而凝结时间从初凝到终凝需2.5～3.5h，达不到植物生长要求[2]，为了解决这一难题，技术人员采取覆盖黏土，首先在焦村堆场覆盖40～50cm厚度黏土，这一项耗资近5万元。但是经过覆盖黏土的渣场大岩桐成活率达到60%，取得初步成效之后将另一渣场进行覆盖。如今在傅东村渣场除种植大岩桐外还试种了广玉兰、仙人掌、菊松，其中广玉兰和菊松成活率达到60%以上，而仙人掌死亡率高的原因还有待研究。截止到目前三处堆场均实现了绿化，植被覆盖率达80%以上，实现了沙坑变绿洲。

2.6 注意事项

要保持树木成活率，就是要尽可能让树木能吸收地下水分，在铜渣上直接植树的具体做法是挖穴90～110cm，穴直径70cm，如果地下水位较高可适当降低深度，其深栽目的就是让树木能吸收地下水分，在高温干旱期不至于脱水死亡。另外，覆盖黏土厚度不能低于40cm，覆盖黏土后经过一个夏季才能植树，主要是使黏土与铜沙充分融合。

3 结语

（1）通过多年的努力探索，铜陵市在铜渣固体废物处理利用领域取得了一定的成绩，积累了很多经验，但是铜渣的综合利用仍然不尽如人意，在利用量、处理成本、环保效果方面还有待进一步研究。

（2）有报道称用铜渣用作铺路混合材料，笔者认为铜渣酸性大而且含有有毒有害元素，如果用在铺路，可渗透进入地表水和地下水，甚至进入地下管网，污染水源，对铜渣进行改性利用是最好的出路。

（3）首先对酸性中和，有学者提出提取有用贵重金属，有学者研究出制作紫砂陶瓷和硅酸盐水泥，但仅限于实验室技术，在工业上推广还有难度，主要是成本高、工艺复杂。

（4）如何大量消耗铜渣且操作简单，无二次污染将是笔者和广大科技工作者努力的方向。

参考文献

[1] 王永贤，刘静.铜矿尾沙滩植树造林取得成[J].科技信息，201（24）：367-368.

[2] 周长波，何捷，孟俊利.电解锰废渣综合利用研究进展[J].環境科学研究，2010（8）：1045-1047.

[3] 周中元.铜冶炼渣综合回收研究[J].低碳世界，2015（19）：153-154.endprint