电子垃圾重金属废弃物高值化无害化关键技术及产业化示范.pdf

电子垃圾/重金属废弃物高值化/无害化关键技术与产业化示范 中国科学院过程工程研究所 (联系人：曹宏斌博士，010bcao@home.ipe.ac.cn) 概述 含重金属离子的危险废弃物（如电子垃圾、工业过程废渣、废水）主要来源 于电子电器废弃、机械加工（如电镀、酸洗）、矿山开采、有色及黑色金属冶炼， 以及部分化工企业等行业，常见的重金属离子主要有Cr(VI)、Pb(II)、Zn(II)、 Ni(II)、V(II)、V(V)、Mo(VI)、Cu(II)或 As(III/V)等。这些重金属离子多为 剧毒性，如六价铬容易通过消化道、皮肤侵入人体，导致便血、腹泻、鼻中隔糜 烂、支气管哮喘、肺癌和支气管癌等病灶；三价砷在人体内积累及易导致细胞癌 变；钒可导致细胞凋亡、癌变；镍被摄入人体后，容易抑制酶系统，导致呕吐、 腹泻等症状。 近年来，以我国为首的世界经济高速发展对重金属矿产资源的需求正呈现加 速增加趋势，造成一方面有限的资源被加速开采，另一方面，重金属相关产业对 环境的危害也在同步线性增长，造成环境、经济、社会难以协调可持续发展。 以 2005 年为例，国内仅有色金属矿采选业和有色金属冶炼及压延加工业所 属典型企业年排放重金属废水高达6.487亿吨、危险固体废弃物292万吨，进入 环境的毒性重金属超过 30 万吨，不仅浪费资源，而且造成范围更大的土壤、地 下水污染，导致生物多样性受到破坏。 一、 现有技术分析 处理废水中重金属离子的方法很多，常见的有化学沉淀法、氧化还原法、电 解沉淀法、物理吸附法、蒸发浓缩法、反渗透法、电渗析法等。通常情况下，针 对同一种离子可以采用多种方法处理，但最终选择需要考虑设备投资、处理费用、 处理效率、过程二次污染等等。以六价铬为例，亚铁还原法、亚硫酸盐还原法、 电化学还原法、生物法、反渗透法等均能将水中六价铬解毒，其中亚铁还原法设 备投资少，工艺流程比较简单，而且运行费用较低，但过程产生大量含三价铬的 铁泥，成为二次污染；亚硫酸盐还原的优点是将铬完全回收成高附加值的铬产品， 但过程需要加入亚硫酸盐和酸，处理成本较高；电化学还原法的优点过程清洁， 而且可获得高附加值的铬产品，缺点三电解设备投资大、而且处理费用高；反渗 透法仅适合处理低浓度六价铬废水，而且不能彻底解毒六价铬；生物法是近年来 新发展起来的一种新型处理技术，解读彻底、几乎无二次污染，而且运行费用低， 但设备投资较高、技术需要进一步完善。对于水中的钒，常用处理技术有加钙沉 淀、离子交换或铵盐沉淀，其中加钙沉淀技术虽然简单，但几乎无法回收高价值 的钒；铵盐沉淀只能将水中的钒浓度降低到 100—300mg/L；离子交换树脂则适 合深度回收钒。对于水中的镍、锌、铜等重金属离子，理想的方法是用离子交换 法分别进行回收。 以上介绍仅针对含单一金属的废水，然而大部分情况下，废水中是多种金属 离子共存，如电镀废水、酸洗废液等中通常含有镍、铬、锌等重金属离子；含钒 废水中除了钒外，还含有六价铬。对于这类废水，传统回收技术要么成本高，企 业无法接受（如离子交换、萃取），要么过程产生大量含重金属污泥的二次污染 （如加钙沉淀），急需开发复杂重金属废水的资源化/无害化处理的清洁工艺。 对于含重金属的固体废弃物，常用处理方法有三种，第一种是采用湿法或火 法冶金的技术将废弃物中的重金属分别回收；第二种方法是首先将重金属离子一 次性全部转移到水相，然后再处理重金属废水；第三种方法是首先将渣中毒性重 金属进行解毒、降毒处理后，再进行固化、安全填埋。总的来说，第一种处理方 法是重金属固体废弃物资源化处理的首选方法。流程简单、二次污染少，具有一 定经济效益，但不适合处理含量过低的废弃物；第二种方法比较合适处理含附加 值高元素但其浓度较低的废弃物；第三种方式主要用于处理重金属价值低，但毒 性强的废渣。 二、 过程所相关成果简介 上世纪 70 年代末，中科院过程所利用在火法、湿法冶金方面的研究积累， 在国内率先开展重金属危险废弃物资源化/无害化新工艺、新设备及技术集成研 究。经过近三十年的发展，过程所已形成了处理多种重金属固体废弃物、废水的 资源化/无害化平台治理技术，并实现了多项关键技术的产业化示范。下面对其 中的几个典型技术进行介绍： （1） 电子废弃物资源化/无害化