摘要：含銅污泥成型進入立式燒結機，經烘干預還原和1000℃左右的焙燒，形成燒結塊；燒結塊入熔煉爐得到粗銅

關鍵詞：燒結機焙燒預還原燒結塊銅污泥資源化回收

電鍍的基本原材料就是鋅、鎳、銅、鉻及金、銀等重金屬，在電鍍的加工過程中，會有一定數量的金屬不被完整利用，其中有相當部分就變成污染物存在于電鍍廢水、污泥中，對環境造成污染。含銅電鍍污泥主要產生于金屬基本工業之表面處理、印刷電路板業、電鍍業及電線電纜業廢水處理過程中產生的銅泥。電鍍銅廢液中銅離子的濃度一般為幾十mg/L，高則上百mg/L以上。

2011-2012，短短一年間，因電鍍污染，上萬人流離失所，上千畝土地在今后的幾十年內無法再種植任何農作物。不得不承認，目前，電鍍污染已經成為我國幾大重要污染源之一，據專家推算，如果我國電鍍污染態勢繼續蔓延，得不到有效治理，大概再過100年，我國的土地將大面積無法再種植任何作物，電鍍污染的治理與防治已迫在眉睫，刻不容緩。

含銅污泥中的銅、鎳、鋅和鉻等重金屬的氫氧化物是一種非穩定狀態，如果隨意堆放，在雨水淋溶作用下，重金屬有可能再溶出而污染土壤或地下水造成環境生態的危害，因此該重金屬污泥一般均歸類為危險廢物。在《國家危險廢物名錄》(自2008年8月1日起施行)中的廢物類別為HWl7與HW22。由于重金屬污泥的成分與天然礦產相近，且金屬品位遠高于礦產開采品位(開采品位百分之零點幾)，若能以礦物化技術將重金屬污泥形成適合分選冶煉的礦物型態，再利用已經成熟的冶煉技術將銅、鎳金屬資源回收，則既能降低污泥對環境的危害，又降低了金屬資源的持續耗竭。

1.幾種電鍍污泥資源化回收技術比較

目前國內外有關重金屬污泥資源化回收技術主要有置換電解、浸漬置換、氨浸漬、微生物處理技術、高溫還原法、礦物化技術等。其中置換電解技術操作程序復雜，會牽涉到多次的浸漬、過濾、逆洗及置換等步驟，而且重金屬污泥組成的變化會影響技術的適用性。

氨浸法雖然對部分金屬(如銅、鎳、鋅)具有選擇性浸出的優點，但是浸出速率較慢及氨水臭味是該技術的缺點，因此以該技術對重金屬污泥進行資源化時須注意氨水臭味對周遭環境的影響，另外，氨浸后的廢渣難以處理，易產生二次污染。

以微生物技術對高濃度重金屬污泥進行資源回收的案例較少見，目前大多應用在下水道污泥或低濃度廢水的重金屬去除方面，且反應速率較其它回收處理技術慢。

重金屬污泥礦化技術目前在相關研究及商業化操作并不多見，屬于剛起步的資源化技術，該技術系著眼于重金屬污泥組成與含量本就與礦產相同，因此如能使礦物特性突顯即可利用已成熟的分選及冶煉技術將金屬資源回收，由于該技術剛剛起步，若要商業化還須進一步發展。高溫還原法處理重金屬污泥有回收金屬資源、產生無害爐渣、流程短等好處，但是設備投資成本較高，若污泥中含有易揮發重金屬，則須以污染防治設備進行監控，以避免二次污染的發生。

由上述分析可見，對含銅污泥綜合利用采取高溫還原工藝雖然設備投資成本較高，但其對重金屬回收率高，爐渣可回收利用，產生的煙氣如果采取有效的治理措施可防止對環境的污染。因此該技術綜合效益更好，工業簡單可靠，競爭力更強，可實現資源的綜合利用。

2. 含銅電鍍污泥的來源及組成

含銅電鍍污泥主要來自金屬表面處理、印刷電路板業、電鍍業、電池制造業及電線電纜業廢水處理過程中產生的重金屬污泥。它是通過化學沉淀法調節廢水的pH值和加入混凝劑，使廢水中的銅等重金屬形成氫氧化物沉淀，形成的沉淀物就是含銅電鍍污泥。壓濾后的濾餅含水率一般在75％～85％，屬于偏堿性質，pH值在6.70～9.77之間，顏色有棕黑色、棕色、棕黑色、墨綠色等，其水分、灰分含量均很高，水分一般在75％～90％之間，灰分均在76％以上，銅泥中主要成分為銅、鎳等金屬類及石英等，其典型化學成分見表1。

含銅電鍍污泥主要化學成分（表1）

注：(含水25％的干基)

3 .含銅電鍍污泥的回收利用

3.1高溫熔煉回收工藝

含銅污泥送入立式燒結機，由無煙煤提供熱源，在燒結機的上半部分設計有預熱帶，利用煅燒的預熱對成型的電鍍污泥進行預熱烘干，充分降低結晶水分含量，有利于沉降后的煅燒，再經1000℃左右的焙燒及預還原，形成燒結塊，然后進入熔煉爐熔煉，鐵、石英等雜質進入爐渣被分離出來，得到銅含量大于81％的粗銅與銅含量約為40％的冰銅，粗銅與冰銅經回轉精煉爐除去大部分氧和其它雜質后鑄成含銅量大于98.5％陽極銅板。

3.2含銅電鍍污泥的烘干和煅燒預處理

由于含銅電鍍污泥的含水量較高，粒度很細，為了保證熔煉爐內溫度，增加爐料的透氣性，提高其床能率，原來采用的是經回轉烘干機使含銅污泥的含水率降低到50%左右，再送到特制的制磚機中添加少量石灰后壓制成具有一定強度和粒度的磚形物料，作為熔煉爐的爐料。其缺點是能耗高，熔煉爐的產能低；現采用***新工藝，用立式燒結機進行焙燒、預還原技術，其方法是：將這部分含銅污泥添加少量石灰與無煙煤粉按比例混合攪拌均勻，經成型設備后，進入立式燒結機在1000℃下焙燒、預還原形成燒結塊。燒結機出口煙氣≤200℃；燒結塊出料溫度≤100℃。燒結塊作為熔煉爐的爐料。

銅污泥烘干燒結的原理：經過干化處理的的污泥原料同煤粉以及其它原料一同均勻混合，通過成型設備成型，具有一定的顆粒直徑，由喂料裝置均勻的速度從窯頂加入，靠自重下移，助燃空氣由下部或側面鼓入，向上通過顆粒之間的空隙流動，同顆粒的表面進行熱交換，熱量由顆粒中的煤粉燃料提供，加上反應中放出的熱量，使得顆粒由表及里預熱、脫水、分解、燒結、冷卻，并通過立窯下面的破碎卸料裝置從窯的底部卸出，一般將燒結機燒結的過程大致分為三個階段：頂部預熱帶、煅燒燒結帶、冷卻卸出帶。

1.頂部預熱帶

  成型的物料顆粒入窯后，受到自下而上的熱氣流加熱，顆粒中的水分蒸發，變成干料，同時溫度不斷升高，燃料中的揮發物不斷逸出，隨廢氣排出窯外，物料顆粒由于水分的蒸發和揮發物的逸出，顆粒收縮并沉降至煅燒燒結帶。

2.煅燒燒結帶

 物料沉降到這里，溫度進一步提高，逐漸提高到1000度左右，物料顆粒中的煤粉大量燃燒，部分呈現出液相的初步軟化反應，物料中的銅元素開始還原，為下一步的冶煉工作提供很好的原料供應。

3.冷卻卸出帶

 物料經過還原煅燒后，由下部鼓入的冷空氣，對高溫的還原物料進行急速冷卻，保證的元素的還原效果，同時冷卻后的熱空氣繼續上升，用來對燒結的供氧煅燒，其后的高溫熱廢氣對預熱帶的原料進行烘干，形成上下充分的利用，燒結料冷卻后具有一定的強度可塊狀的結構，通過卸料的齒塔和牙板破碎成小塊的燒結料卸出窯外，這樣的燒結料還原比較充分、塊徑比較均勻，強度適中，有利于冶煉工序燃料的消耗，加快的冶煉的速度，節能降耗.

   至此，原料通過混合-成型-預熱-燒結-冷卻-卸出完成整個的燒結工藝，烘干燒結機充分利用了立式窯爐的特點，物料自上而下，空氣自下而上，相互交匯完成燒結。工藝簡單使用，投資少，見效快，充分的利用資源，減少環境的污染風險，目前在很多廠家得到了推廣和應用. 

煙氣污染治理措施

燒結機產生的煙氣經過布袋除塵器除塵與濕法脫硫后，經煙囪達標排放。布袋除塵器收集的煙塵含有被煙氣帶出的部分重金屬污泥，與燒結塊篩下的碎料（返料）返回配料倉，成球后入燒結機。

3.3粗煉

粗煉工藝

燒結塊入熔煉爐，加入焦炭與造渣劑石英石和石灰石，焦炭燃燒放出的熱量足以使爐料熔化，并使熔體過熱，同時形成一定的還原氣氛，使銅及其它金屬氧化物還原，得到銅含量大于8 1％的粗銅與銅含量約為40％的冰銅。具體反應過程為：

在高溫作用下，高溫還原物料中的銅發生氧化，形成Cu₂O，由于銅對硫的親和力大于鐵對硫的親和力，所以在高溫還原過程中，產出的Cu₂O被爐料中的FeS硫化成Cu₂S。還原過程中產生的FeO將與爐料中的SiO₂及CaO等造渣物質形成爐渣，含銅率小于0.4％。由于冰銅與爐渣實際上不相互溶解，并且兩者比重相差較大，從而可較好地分離，從而得到冰銅產品。該過程的主要反應式如下：

Cu₂O+FeS=Cu₂S+FeO

Cu₂S+FeS=Cu₂S·FeS

熔煉爐以焦炭為燃料，爐膛內溫度高達1250～1300℃。高溫下，污泥中的銅鹽等重金屬鹽分解為氧化物，這些氧化物和一氧化碳接觸還原為單質銅和其它重金屬，由于爐溫高達1200℃ 以上，銅在爐底呈液態，定期將爐內的銅等重金屬放出成型，可得到以銅為主，同時含有其它重金屬的產品。該過程的主要反應式如下：

C+O₂=CO₂

CO₂+C=2CO

2CuO+CO=Cu₂O+CO₂

Cu₂O+CO=2Cu+CO₂

4. 結論

(1)含銅電鍍污泥綜合利用采取的高溫熔煉工藝雖然設備投資成本較高，但其對銅回收率達到95％以上，回收方法及工藝流程簡單，可操作行強，技術可行。經過企業的實際使用，采用立式燒結機比回轉式烘干機及制磚處理工藝，總處理成本下降了30～40%左右。

(2)銅屬于不可再生資源，近年我國對銅原材料的需求不斷增長，生產銅的經濟效益明顯，一般在2年左右可收回投資，該工藝在經濟上可行。

(3)該工藝產生的爐渣中重金屬的浸出濃度遠低于毒性鑒別標準，可用作建筑輔材或造船廠的除銹材料，不會造成二次污染。

(4)產生的煙氣采取有效的治理措施可防止對環境的污染，同時收集下來的煙塵得到了綜合利用，進一步回收了有用資源。過程無廢水排放。

(5)該工藝對于含銅電鍍污泥進行資源化回收，化害為利，變廢為寶，具有明顯的環境效益、經濟效益與社會效益。

（6）該工藝主要對于原材料的污泥水分要求需要很好的控制，如果能結合污泥干化處理工藝，水分控制在30-50，則能夠很好的提高后續的烘干和焚燒的處理量。