用循环经济理念指导电镀污泥的综合利用
摘要:本文分析了电镀污泥的来源、组成和性质，用循环经济的理念指导其综合利用，从经济和环保的角度分析了从电镀污泥中粗炼Cu和Ni的可行性，并阐述了大、中、小三种循环经济模式。
具有多个镀种的电镀企业（中心）产生的固体废物，主要是处理电镀废水时分离出的沉淀物，其次还有少量清理镀槽时产生的槽泥和过滤净化镀液产生的滤渣等,统称为电镀污泥。电镀污泥中含有的铜、镍、锌、铬、铁等重金属氢氧化物，属于危险固体废物。于2004年7月1日开始施行的《危险废物经营许可证管理办法》规定，凡是从事危险废物的收集或贮存、处置的都必须领取经营许可证，同时还要严格执行《危险废物贮存污染控制标准》（GB18597-2001）和《危险废物填埋污染控制标准》（GB18598-2001），对其进行资源综合利用要注意经济、社会和环境效益的统一，尤其不能造成二次污染。
1 电镀污泥的处置与综合利用
1.1电镀污泥的来源、组成和性质
电镀生产中产生的固体废物很少，但在处理电镀废水的过程中会产生大量的污泥即电镀污泥。由于电镀业是重污染行业，为了便于管理和“三废”治理，许多地方设立了电镀工业园，集中了多家电镀厂，统一处理电镀废水。尽管各电镀厂生产工艺有所不同，镀种各异，但所排放的废水大致有四种，即工件预处理产生的酸碱废水；含铜、镍、锌等重金属离子的废水；含Cr6+废水和含氰（CN-）废水。电镀废水处理工艺基本成熟，如采用一体化电镀废水处理工艺，先用焦亚硫酸钠或其它还原剂处理含铬废水，即把Cr6+还原成Cr3+；再用次氯酸钠等氧化剂处理含CN-废水（破CN-），然后把几种废水合并后用碱（NaOH）或石灰（Ca(OH)2）调pH值至10～11，铜、镍、铬、锌、铁等金属离子都会形成氢氧化物沉淀。因此电镀污泥一方面含有Cr、Ni、Cu等有害成分，属危险固废，不严格管理会造成严重的二次污染，另一方面所含的Cr、Ni、Cu等又是国民经济和国防建设的重要物质。对电镀污泥进行无害化填埋处置，从环保角度是可行的，但从资源综合利用角度又是不合理的。最大限度地回收其中有用资源并严格控制加工利用过程中的二次污染，才是符合循环经济理念和科学发展观的。
1.2电镀污泥综合利用的可行性
某电镀工业园产出的电镀污泥主要成分如表1所示（绝干量计）。
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从表1可见，电镀污泥中Cu、Ni、Ag、Au的含量比现行开采的矿石品位要高4～10倍，而且所含杂质也比矿石简单，所以对其加工利用要比矿石简单得多。由于数量不大，通常是将盛装物料的石墨坩埚放在工频炉内进行冶炼，这比以焦炭或煤作燃料的冶炼炉产生的烟尘废气少得多，因此其尾气更便于净化处理达标排放。
电镀污泥进行冶炼的常规配料有碎玻璃、烧碱、石灰、无烟煤、硼砂，其中碎玻璃含95%SiO2，可作造渣原料；工业烧碱和石灰也可作造渣原料；无烟煤为还原剂；硼砂作熔剂，可提高熔融体的流动性。通过粗炼，Cu和Ni可以富集4～5倍，Cu的含量为24%～30%，Ni的含量为8%～9%，便于下一步的提取。
电镀污泥的冶炼工艺流程如图1所示。
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1.3效益分析
假定每年产生1万t电镀污泥，金属回收率都以80%计，按目前市价Ni11万元/t、Cu2.4万元/t、Au100元/g、Ag2元/g计算，它们的产量、价值见表2。
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从表2可见，在假定回收率为80%的条件下，每年可回收Ni160t、Cu480t、Au0.04t、Ag4.8t，总价值达4272万元，效益可观，同时还可产出约5000t/a炉渣（玻璃体），主要成分为硅酸钙，是水泥原料，出售给水泥厂制水泥，按售价50元/t计，共计25万元。
1.4节约资源量
以铜矿石提炼Cu为例，按照铜矿石0.4%的工业开采品位，以当前的提炼技术，矿石经选矿、粗炼、精炼，总回收率最多为70%，480吨Cu需要开采约17.1万吨铜矿石；镍矿石工业开采品位为0.3%，则160吨Ni金属需要开采7.2万吨镍矿石，两项合计约为24.3万吨，即若每年综合利用1万吨电镀污泥，就可以少开采24.3万吨矿石，这样就可以降低矿石开采量，延长取代年限，节约自然资源，所以这是一项循环经济的范例。金属Cu从矿石到电镀产品及其消费的循环方式，如图2所示。
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2 循环经济模式
循环经济将清洁生产和废弃物的综合利用融为一体，既要求物质在经济体系内多次重复利用，进入系统的所有物质和能源在不断进行的循环过程中得到合理和持续的利用，达到生产和消费的“非物质化”，尽量减少对物质特别是对自然资源的消耗;又要求经济体系排放到环境中的废物可以为环境同化，并且排放总量不超过环境的自净能力。循环经济实现“非物质化”的重要途径是提供功能化服务，而不仅仅是提供产品本身，做到物质商品“利用”的最大化，而不是“消费”的最大化，并在满足人类不断增长的物质需要的同时，大幅度地减少物质消耗。同时经济体系各产业部门协调运作，将一个部门的废弃物用作另一个部门的原材料，从而实现“低开采、高利用、低排放”，进而形成“最优生产、最优消费和最少废弃”的社会。总之，循环经济物流模式可以认为是“资源—生产—流通—消费—再生资源”的反馈式流程，运行模式为“资源—产品—再生资源”（见图3）。
发展循环经济有企业、产业园区、城市和区域等层次，这些层次由小到大依次递进，前者是后者的基础，后者是前者的平台。
2.1在企业层面上（小循环）
在企业层面上，与传统企业资源消耗高、环境污染严重，通过外延增长获得企业效益的模式不同，循环型企业对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，削减所有废物的数量和毒性;对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响;对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。因此，循环型企业是通过在企业内部交换物流和能流，建立生态产业链，以实现企业内部资源利用最大化、环境污染最小化的集约性经营和内涵性增长来获得效益。
对于电镀企业，可以采用化学漂洗槽边循环等方法，应用添加化学药剂的漂洗水对镀件进行漂洗，使镀件带出的污染物在漂洗槽内回收或破坏，漂洗槽与漂洗液贮槽之间形成一个循环系统。这样可以提高重金属的利用率，节约漂洗水的用量，降低漂洗水中重金属浓度，从而直接降低电镀污泥的产生量及污泥中重金属的含量。
2.2在产业园区层面上（中循环）
在产业园区层面上，生态工业园是一种新型工业组织形态，通过模拟自然生态系统来设计工业园区的物流和能流。园区内采用废物交换、清洁生产等手段将一个企业生产的副产品或废物作为另一个企业的投入或原材料，从而实现物质闭路循环和能量多级利用，形成相互依存、类似自然生态系统食物链的工业生态系统，达到物质能量利用最大化和废物排放最小化的目的。而且由于园区内企业之间的关系是互动与协调的，又可使得企业获得丰厚的经济、环境和社会效益。生态工业园作为循环经济的一个重要发展形态，正在成为许多国家工业
图3 循环经济模式园区改造的方向。
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2.3在城市和区域层面上（大循环）
在城市和区域层面上，循环型城市和循环型区域通常以污染预防为出发点，以物质循环流动为特征，以社会、经济、环境可持续发展为最终目标，最大限度地高效利用资源和能源，减少污染物排放。循环型城市和循环型区域有四大要素：产业体系、城市基础设施、人文生态和社会消费。首先，循环型城市和循环型区域必须构建以工业共生和物质循环为特征的循环经济产业体系；其次，循环型城市和循环型区域必须建设包括水循环利用保护体系、清洁能源体系、清洁公共交通运营体系等在内的基础设施；第三，循环型城市和循环型区域必须致力于规划绿色化、景观绿色化和建筑绿色化的人文生态建设；第四，循环型城市和循环型区域必须努力倡导和实施绿色销售、绿色消费。
电镀污泥综合利用就属于循环型经济体系。但由于电镀是表面处理作业，相对而言，电镀污泥产生量与其镀件和原辅材料投入产出比很小，因此在企业层面和产业园区层面上就不容易实现循环利用。但是，由于其没有规模效益，所以更便于在电镀业较发达的大中城市或区域实现城市或区域层面上的大循环。
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