废水中铅、镉、 汞、砷、铬产生量中约70%源于有色行业......现代有色冶金环境工程来解决

环境、资源和能源是影响中国有色冶金工业发展的主要因素。环境保护是有色冶金可持续发展的核心，是有色冶金企业的生命线。环境保护与有色冶金的发展如影随形，环境污染事件的发生影响了有色冶金企业的发展，而每一次环境保护标准的提高又倒逼并催生了一批有色冶金新工艺、新技术和新装备。提高自主创新能力，必须发展有色冶金环境工程的基础理论，突破制约有色冶金发展的资源、能源、环境共性技术、关键技术和核心技术，形成并示范推广系列有色冶金二次资源综合利用新技术及有色冶金“三废”污染物治理新技术，解决影响产业发展的瓶颈问题，保障与促进有色冶金工业健康绿色发展。

有色冶金环境工程是利用物理、化学、生物等科学原理及冶金工程、环境工程、生物工程等技术手段，解决有色冶金行业资源浪费、环境污染等问题的多学科交叉的一门新兴工程学科。

该学科从资源高效利用、节能减排、生态环境保护的角度出发，研究有色冶金过程目标元素和有害元素的高效提取和定向分离的科学原理，实现冶金过程“三废”污染物的高效治理与资源化利用及无害化；研究冶金环境介质中污染物的传输机制及其生态修复技术和方法，建立以环境保护优化经济发展的新模式，为有色冶金工业清洁生产、资源循环利用和环境保护提供新方法和新技术，实现有色冶金工业环境友好、生态环境可持续发展。

有色冶金环境工程主要涉及有色冶金中间物料综合利用、“三废”污染物治理与资源循环、污染场地治理等领域。初步建立了“沉淀-溶解”、“吸附-解吸”、“矿相形成-分解/转化”等有色冶金环境工程基础理论；创新研发了有色冶金环境工程系列先进适用技术，如高铁锌物料选冶联合综合回收、重金属冶炼废渣硫化回收人造硫化矿、有色冶炼含砷固废清洁利用等资源综合利用技术，重金属冶炼废水多基团配位深度处理、废(污)酸废水铜砷分离与回用、废水中多离子污染物材料吸附法深度净化、冶炼低浓度二氧化硫烟气治理与硫黄回收、重金属危险废物胶凝固化稳定化等有色冶金“三废”治理新技术，以及重金属废渣堆场土壤治理与修复技术。现代有色冶金环境工程新技术的进步与推广应用为有色冶金工业的可持续发展提供了支撑。

有色冶金与环境保护

有色金属冶金生产过程往往伴随着废气、废水及固体废物污染。全国废水中铅、镉、汞、砷、铬产生量中约70%源于有色行业，在有些地区甚至严重危及居民身体健康和社会和谐稳定。我国有色金属矿大多为多金属矿、贫矿、杂矿和难处理矿，有色冶金的资源综合利用率仍然偏低。环境保护成为制约有色冶金发展主要因素的同时，环境压力却又成为推动有色冶金技术进步的动力。人类总是在社会发展中不断进行调整，科学技术的进步及基础理论的发展可以很好地协调有色冶金与环境保护的关系，有色冶金全过程污染控制、“三废”深度治理是实现有色冶金可持续发展的有效途径。

纵观有色冶金的发展史，当社会对环境保护提出更高的要求时，环境对有色冶金的压力加大。企业要生存，就要避免造成环境污染。一些落后的工艺将被淘汰，一批污染严重的企业面临关闭，而一批清洁的新工艺，如底吹熔炼、闪速熔炼、富氧浸出、生物冶金和各种新的湿法冶金，便应运而生，只有那些在环境保护方面具有明显优点的冶金新工艺，才有可能被广泛采用。近年来，几乎所有取得重大进展的有色冶金技术都是在环境保护压力加剧的背景中产生，而又在环境保护方面取得突破后而告成功。

环境保护是保障有色金属工业可持续发展的重要条件。中国的有色金属工业主要是在新中国成立以后建立和发展起来的。旧中国遗留下来的少数几个有色金属冶炼厂和分布在各地的小矿山，生产技术落后，规模很小，对环境及生态未构成严重的污染和破坏。

从有色金属恢复生产到第一个五年计划完成，安全生产工作做得好，环境污染也不突出。在“大跃进”和“十年动乱”的年代里，有色金属工业的环境保护、安全生产和工业卫生工作受到了严重的干扰和破坏。

1973年第一次全国环境保护工作会议后，特别是1978年12月中共十一届三中全会以后，有色金属行业环境保护才得到迅速发展。全行业建立健全了各级环境保护、安全生产和工业卫生三个完整的工作体系；大力开展了对“三废”的治理；重新确立了各项安全生产和防治职业病的规章制度，主要环境污染已经基本得到控制，为有色金属工业的发展创造了良好的条件。

新中国成立60多年，特别是改革开放30多年以来，有色冶金行业最鲜明的标志是技术进步。有色金属工业依靠技术进步，通过自主创新、集成创新和引进消化再创新，成功研发了一大批行业共性的关键性技术并用于生产，显著提高了企业生产技术装备水平，缩小了与发达国家的技术差距，增强了我国有色金属工业的竞争力。铜、铅闪速熔炼技术，铜、铅富氧熔池熔炼新技术，自主研发的“氧气底吹炼铅、炼铜新工艺”，这些具有世界先进水平的新技术、新工艺在生产中的应用，大大提升了我国重金属冶炼技术水平，相应在污染治理及环境保护方面也得到了提高。

“十一五”以来，有色金属行业通过淘汰落后产能，推广成熟的先进技术，推进关键技术突破及产业化应用，在节能减排方面取得了显著成效，但总体环境污染状况不容乐观。《关于有色金属工业节能减排的指导意见》(工信部节[2013]56号)中指出我国重金属污染问题较为突出。有色金属工业的行业特征决定了其在生产过程中重金属污染物产生和排放量较大，铜冶炼、铅锌冶炼等重金属污染防治重点行业面临新增污染源防治与历史遗留污染解决的双重任务，工作难度和压力较大。尽管有色金属工业在淘汰落后生产能力方面已取得积极进展，但从整体上看，能源消耗高、环境污染大的落后生产能力在有色金属工业中仍占相当比例，尤其是铅锌冶炼行业，中小企业居多，淘汰落后产能任务仍十分艰巨。近年来，重金属污染物、化学需氧量、SO2排放量等都有不同程度的下降，尾矿、冶炼渣等大宗固体废物综合利用水平不断提高。进一步加大有色金属工业节能减排与环境保护力度，既是国家整体节能减排和环境保护的战略需要，也是有色金属工业转变发展方式、走可持续发展道路的必然选择。

随着我国能源、资源和生态环境要素的制约日趋强化，有色金属产业规模的扩大，国内资源能源短缺的瓶颈日益突出，国家大力建设资源节约型、环境友好型社会；有色金属工业面临的节能减排、生态保护压力日趋增加。资源的严重短缺和低质化使我国有色金属工业及相关产业面临生存竞争的危机，同时促进了节能减排与环境保护技术的发展。冶金过程环境保护对缓解这种矛盾具有非常重要的意义。

进入21世纪以来，我国有色冶金工业工艺技术与国际先进水平的差距正在急剧缩小，尤其是自主开发了如水口山炼铅法等先进技术，引进和消化了熔池熔炼、富氧浸出等先进的冶炼技术和装备，使得冶金产品产量大幅增长，环境污染物的总排放量得到有效控制。继续加快有色冶金行业循环经济发展进程，促进节能减排及环境工程新理论、新方法、新技术、新工艺、新材料和新装备的发展，是有色冶金工业持续发展最为重要的前提和条件。

有色冶金环境工程发展概况

有色冶金环境工程技术的发展经历了“末端治理—防治结合、以防为主—全过程控制与资源循环”三个阶段。以有色冶金过程产生的重金属废水处理为例，最初的末端治理技术为石灰中和法，早期在工业上得到了大规模应用，处理后的水达到《工业企业“三废”排放试行标准》(GBJ4—73)，外排进入收纳水体；为了使传统石灰中和法的出水能够部分回用，提出了石灰中和－水质稳定的技术，但并没有实现本质上有效脱钙；为了克服传统石灰中和法中污泥沉降性能差、出水重金属浓度高的不足，开发了多段石灰中和技术、石灰中和－污泥回流技术及高浓度泥浆技术。

随着污染物排放标准的逐步严格，这些改进的石灰中和法的出水基本达到了《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的要求。但是，随着标准的进一步严格，如《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466—2010)、《铜、镍、钴工业污染物排放标准》(GB 25467—2010)、《镁、钛工业污染物排放标准》(GB 25468—2010)的颁布，重金属废水石灰中和法处理技术暴露出了其本质上的不足，如，由于多种金属离子同时存在，且锌等金属离子具有两性性质，石灰中和法无法实现金属离子同时达到沉淀最佳的pH，如要保障镉离子浓度达标则锌返溶，出水中锌浓度升高；石灰的加入人为地引入钙离子，造成出水无法实现全面回用；金属氢氧化物较大的溶度积使出水中金属离子的浓度不能降至很低，金属排放总量大；金属氢氧化物的胶体性质使污泥压滤困难，渣含水高，渣量大，渣中金属含量低；废水处理中石灰乳的应用使过程无法实现自动控制等。此时仅靠技术的改进与升级已无法满足标准的要求，必须进行技术的革新。生物制剂法直接深度处理技术的开发与应用使重金属废水处理技术由纯粹被动式的末端治理技术发展为主动的资源循环型技术。铅锌冶炼企业废水处理后出水重金属离子浓度达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中的III类标准限值，出水水质稳定达到国家《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466—2010)。废水回用率由传统石灰中和法的50%左右提高到90%以上，甚至达到全面回用。

现代有色冶金环境工程重点针对有色冶金重金属“三废”污染物治理涉及的共性科学问题开展系统的研究，主要包括沉淀-溶解、吸附-解吸、氧化-还原、络合-破络、合成-分解/转化等相关理论，并在此基础上开发有色冶金环境工程系列先进适用技术，实现新技术的推广应用，促进有色冶金工业的可持续发展。

有色冶金“三废”污染物的典型特征是不降解，其治理原理主要基于其赋存形态与矿物物相，通过由一种形态转化为另一种形态，或者由一种物相转化为另一种物相，实现其处理或处置。废水治理的目的是将其中游离的离子形态重金属污染物转化为稳定的沉淀物；固废资源化的目的是将其中稳定物相污染物转化为可溶性游离离子再进行分离回收；固废无害化的目的是将不稳定物相转化为稳定物相。要研发环境工程技术，必须查清污染物的形态与物相等特征。例如，目前重金属冶炼烟气洗涤污酸废水汞、砷深度净化极难。经研究发现，高温冶炼过程中重金属汞、砷等形成气型污染物，在冷却或洗涤过程中发生一系列的氧化、还原及溶解反应，并形成多形态污染物进入烟尘或污酸废水；汞具有悬浮颗粒态、离子态和胶体态不同形态，价态上有零价、一价、二价及其各种络合离子，污酸中颗粒态、胶体态和离子态的汞所占的比例大致为30%、60%和10%。而传统的石灰或硫化物中和沉淀法只能净化离子态汞而无法去除胶体态汞，如何破坏胶体汞是实现废水深度净化的关键。相关基础理论研究成果必将推动有色冶金环境工程技术的快速发展。