有色金属的绿色环保冶金方法

714 编辑：中冶有色技术网来源：刘会建

2024-03-06 16:59:44

摘要：本文系统阐述了植物冶金、绿色化学冶金、细菌冶金三种绿色环保冶金技术，并指出其具有的优点及存在的不足。

关键词：有色金属,绿色,环保,植物冶金,生物浸出

中图分类号： X37 文献标识码：A 文章编号：1007-0370（2011）11-0183-02

资源、环保、人口是当今社会三大核心。“绿色、环保是目前全社会、全世界最关心的话题，因为这关系到我们以及子孙后代的生存环境。有色金属冶金工业是国民经济支柱产业，随着规模的增大，人们往往注重产量而忽视了环保，大量的金属废液、废渣无法有效的彻底回收处理，致使环境污染事件频繁发生。如：云南最近发生的铬渣污染事件，铬渣是在生产铬盐过程中产生的工业废渣，属于重金属危险废物。另外，不锈钢酸洗、镀铜、印刷电路板等企业产生的含铁、铜等重金属废液，都属于难于处理的金属污染源。这些金属污染物直接排放，不仅对人体健康和生态环境造成了严重威胁，而且还造成了有价金属的流失。目前我国受重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占耕地总面积的1/5。全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万吨。采用无污染的清洁生产工艺，从源头上预防环境污染、提炼金属的方法，被称为“绿色环保冶金技术。研究和利用“绿色环保冶金技术是保证有色冶金工业可持续发展的有效途径。目前，全世界“绿色环保冶金技术主要有以下三种。

1 植物冶金

土壤重金属不仅直接影响作物产量和品质，而且还通过食物链影响到人体健康和安全。重金属引起的环境污染问题正在日益成为环境、土壤学家研究的热点问题，越来越受到人们的高度关注。利用超积累植物对受到重金属污染的土壤进行清理，把植物中重金属回收的方法，称为植物冶金技术，在国外已有植物冶金方面的专利。将富集高浓度重金属的作物进行再生产，得到重金属，称为植物采矿（即植物冶金）。其主要工艺是：将植物中的水分干燥以后，用农业器械收集，焚烧成灰分，然后将有机质通过烧结、煅烧、熔炼等方法进行深度加工，如电解冶金法、酸解冶金法，用来回收重金属。干植物材料的有机物冶炼温度一般在260℃到816℃之间。如：从富含金的干植物材料中提取金，是将含金量1000mg/kg的植物灰分溶解在酸里，随后萃取，纯金便能够从有机成分中提取出来。火冶炼法能够提取飞灰中的、Ni。通过电渗析、电磁技术、湿法冶炼、火法精炼等可以提取灰分中的As、Se。

植物采矿作为一种绿色的冶金方式与传统的湿法和火法冶金相比，具有很多优点。露天开采造成水土流失、环境破坏，植物冶金可以防止这些问题，同时净化地下水，美化环境,植物焚烧的灰分中不含硫，进行冶炼时可节省能量。另外，对开采过的废矿石也可以再进行开采，不仅具有经济价值，而且节省了资源。目前，植物冶金仍有许多局限性，如冶炼过程中会产生二次污染,添加物的使用会使成本提高等等。总之，植物冶金是一种环保型的新工艺，针对不同重金属、不同植物的具体冶金方法需要我们更系统、更深入的研究，更需要从降低成本方面想办法，需要更多的田间试验来验证其可行性。我国矿山现有尾矿总量达到80亿吨左右，但全国尾矿的平均利用率只有8.2％,另外，由于冶金工业的发展，大面积土地被重金属污染。因此，深入开展植物冶金研究，利用即环保又经济的植物冶金方法，将这些东西“变废为宝，具有深远的意义。

2 绿色化学冶金

绿色化学冶金即原子经济化冶金。绿色化学又称环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry）、环境友好化学（Environally Friendly Chemistr qy）、清洁化学（Clean Chemistry）。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。利用绿色化学思想来实现冶金过程的绿色化，可以从源头上阻止污染。在响应人类可持续发展战略上，化学家们提出了一个十分响亮的口号——原子经济化。特别是在21世纪提出这一概念，对于发展化学化工科学以及有色金属冶金具有特别重要的意义。原子经济化概念是美国化学家特勞斯特（B.M.Trost）于1991年提出的，其主要内容是化学反应应该最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使它们都结合到目标分子（目标中的产物）中去，从而达到零排放（即没有副反应，不生成副产物，更不能产生废弃物）。原子经济化的目的就是物尽其用，更具体来说，便是一个节约自然资源和防止环境污染的问题。它主要包括：

（1）采用无毒、无害的原料,

（2）采用无毒、无害的催化剂,

（3）采用无毒、无害的溶剂,

（4）利用可再生的资源合成化学品,

（5）LAc+k+BCDl0bpl/sYlhr9ioJXS86XF61dtH1r1eipLg=得到环境友好产品。

事实上，在研究一个新的化学反应和设计一种新的冶金工艺流程时，自然和必然地会想到原子经济化的问题，专家们也想尽量利用原料中的每一个原子，将它们完全转变为目标分子。可是，工业生产又要考虑到生产效率问题，也就是说，要考虑产率高、反应速率快、反应容易进行、原料易得价格便宜等诸多因素。这样一来，原子经济化的反应往往达不到这些要求，而原子非经济化的反应却能达到这些要求，缺点只是浪费一点原料，并带来一点废弃物，或者给环境造成污染。于是，如果单纯从经济效益和发展经济方面考虑，就会把原子经济化原则放在脑后。现在，人类已经十分重视环境污染问题，节约自然资源和减少环境污染是首要的选择。因此，原子经济化当然成为有色冶金的首要选择。

3 细菌冶金

又称微生物浸矿，主要是运用细菌法溶浸贫矿、尾矿、废矿和炉渣等，回收贵重金属和稀有金属，防止矿产资源流失，充分利用矿藏的一种冶金方法，是近代发展起来的一种新工艺。之所以称其为“绿色冶金技术，是因为其与传统冶炼方法相比，对环境的污染小且可处理品位较低的矿物，基建投资少、操作成本低。

其典型的反应原理和步骤如下：

（1）氧化硫杆菌、聚硫杆菌将矿石中的硫氧化成硫酸，而氧化亚铁硫杆。菌将硫酸亚铁氧化成硫酸铁。其反应方程式如下：

2S+3O2+2H2O→ 2H2SO4

4FeSO4+2H2SO4 → 2Fe2（SO4）3+2H2O

（2）通过以上反应，细菌得到需要的能量，硫酸铁可将矿石中的铁或铜等，转变为可溶性化合物，从矿石中溶解出来，其反应方程式为：

FeS2（黄铁矿） + 7Fe2（SO4）3 + 8H2O → 15FeSO4+8H2SO4

Cu2S（辉铜矿）+ 2Fe2（SO4）3 →2CuSO4 + 4FeSO4 + S

（3）金属硫化物经细菌溶浸，含酸溶液收集，然后利用萃取、置换、离子交换、电解等方法把各种金属加以浓缩和沉淀。

生物浸出于1955年开始工业化，于20世纪80年代中期取得突破性发展。随后生物浸出的处理规模不断增加，工业化水平不断提高。工业化生物浸出工艺主要有两种：槽浸和堆浸。实现大规模工业化生物浸出的金属主要是金、铜等，正处于工业化研究阶段的是镍、钴、锌等。现有的工业化生物浸出技术为国外几家大型公司所有，其工业化比较成熟。尽管近年来我国生物浸出技术已经有了较大发展，但与国外相比还有较大差距，主要是在浸出基本理论和工业化技术方面存在缺陷，而且已建立的工业生产厂规模小、产量低。在矿产资源日益匮乏的今天，我国自主开发并实践工业化的浸出技术刻不容缓。

“十二五是加快转变经济发展方式的攻坚时期，要加快转变工业发展方式，推动工业转型升级，促进工业由大变强。有色金属工业是“十二五推进节能降耗技术升级的重点行业。因此，研究发展植物冶金、绿色化学冶金、细菌冶金等“绿色环保冶金方法，淘汰环境污染严重的冶金工艺，充分利用资源和废物，对企业和社会意义重大。目前，我国与国外相比，在此领域的研究和工业化差距还比较大，还需要我们付出更多的努力。

参考文献

[1] 邓立新.绿色冶金[J]．化学教学，2002年，第3期：20．

[2] 范麦妮，王海娟，戴文娇.植物冶金的研究进展[J]．安徽农业科学，2007年，35（34）：10958—10959．

[3] 杨海麟，康文亮，张玲等.生物浸出工艺工业化进展[J]．现代矿业，2002年，第491期2010年3月第3期：6．

收稿日期：2011-08-22

作者简介：刘会建（1973-），男，监测站副站长，研究方向：环保监测.

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