薛世峰
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，給現(xiàn)實(shí)生活提供了琳瑯滿目的商品，滿足了人們的各種需求。 但是 ，在我們生產(chǎn)合格產(chǎn)品的同時(shí)，我們又不得不副產(chǎn)了一些工業(yè)固廢。這些工業(yè)固廢，有的得到了合理的使用。但是,還有一些工業(yè)固廢，或者因?yàn)樘幚砥饋肀容^困難，又或者因?yàn)樘幚砥饋碣M(fèi)用比較高，故而進(jìn)行了無奈地堆放處理。 比如說“赤泥”、“六價(jià)鉻渣”、“鋼渣”和各種尾礦。這種堆放的結(jié)果，給環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好，人類可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，必須尋找新的、切實(shí)可行的工業(yè)固廢的處理方法。下面把筆者近幾年的研究成果，和各位分享一下，以期達(dá)到拋磚引玉的效果。
1、赤泥加工項(xiàng)目
1.1概述
金屬鋁的生產(chǎn)原料是氧化鋁。而氧化鋁是著名的耐火材料，熔點(diǎn)高達(dá)2054度。所以不能用一般的還原辦法來生產(chǎn)金屬鋁，只能用電解的辦法來生產(chǎn)鋁，故而鋁廠被稱為電老虎，生產(chǎn)一噸金屬鋁就用耗電一萬多度。電解鋁的原料是從鋁土礦中用氫氧化鈉抽提出來的。剩余的部分因含有三氧化二鐵而發(fā)紅，且呈現(xiàn)泥巴狀，所以被稱為赤泥。因?yàn)槌嗄嗪袕?qiáng)堿氫氧化鈉，不容易作為其他材料被使用，只好堆放處理。而堆放的赤泥又是重大的污染源?，F(xiàn)在僅山東省境內(nèi)就堆放赤泥數(shù)億噸，山西省、廣西省、重慶市及內(nèi)蒙古也有很大的堆放量。可以說，赤泥是一個(gè)世界級(jí)的公害。
現(xiàn)在也有一些單位想出了一些處理赤泥的辦法。比如有一家山東的企業(yè)用粘接劑把赤泥粘接起來，然后用來做修路的建筑材料使用。這項(xiàng)技術(shù)2019年還在中央電視臺(tái)二套節(jié)目的《創(chuàng)業(yè)英雄會(huì)》上面成功融資五百萬人民幣。但是這個(gè)辦法并沒有真正解決赤泥的污染問題。因?yàn)榇蠹叶贾勒辰Y(jié)劑也是有使用年限的。到了一定時(shí)間它就會(huì)分解，那么這些強(qiáng)堿又會(huì)被釋放到環(huán)境當(dāng)中去！赤泥中的強(qiáng)堿只有擴(kuò)散到界面上，才能夠釋放到環(huán)境中去。原來是大堆堆放，強(qiáng)堿擴(kuò)散到界面，比較困難，有一些強(qiáng)堿可能永遠(yuǎn)也不能擴(kuò)散到環(huán)境中去。而把它們做成小塊以后，就很容易通過界面擴(kuò)展到環(huán)境中，加速了赤泥的污染。一大堆赤泥，對(duì)環(huán)境的混亂程度是小的。而把他們做成小塊兒，又都鋪到路基里面去，增加了混亂程度。也就是我們平時(shí)所說的|“熵”增大的過程，這是我們不愿意看到的。由于種種原因，赤泥的現(xiàn)在利用率不足5%。這是一個(gè)很嚴(yán)峻的問題！
1.2我們的處理方法
我是赤泥處理的路上早行人，早在2017年我們就對(duì)赤泥的處理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究。并在2018年購(gòu)進(jìn)了100KVA的電弧爐，建設(shè)了一套赤泥加工的工業(yè)示范裝置。由于效果十分理想，2019年我們申報(bào)了國(guó)家專利《一種利用氧化鋁工業(yè)廢料（赤泥）。生產(chǎn)鐵基微合金的冶煉工藝》zl.201910671235.6。當(dāng)山東的技術(shù)在中央二套融資的時(shí)候，我們已經(jīng)申報(bào)國(guó)家專利。
我們的辦法是把赤泥當(dāng)中的三氧化二鐵用強(qiáng)磁選到45--50%品位，然后將三氧化二鐵還原成鐵。變廢為為寶的舉措。
這個(gè)時(shí)候，出現(xiàn)了一個(gè)小小的插曲。河南賣給我們電弧爐這一家。在配合我們?cè)嚿a(chǎn)的時(shí)候，和電弧爐出現(xiàn)故障趕來?yè)屝薜臅r(shí)候?？疵靼琢宋覀兯褂玫闹髁?。他們把這項(xiàng)技術(shù)移置到了重慶的一家企業(yè)。河南這家工廠，只是單純生產(chǎn)電弧爐的生產(chǎn)廠，根本沒有研究冶煉的機(jī)構(gòu)。他們只能自我解嘲地說，他們是聽了東北大學(xué)的教授說的?？墒沁z憾的是，他們只知道我們的主料，并不知道我們加了什么催化劑。所以重慶那一家企業(yè)只能生產(chǎn)不合格的鐵，而生產(chǎn)不出我們的鐵基微合金！時(shí)至今日，也沒有見到東北大學(xué)加工赤泥的報(bào)道。我也親自問過東北大學(xué)的相關(guān)教授，此事純屬子虛烏有。
我們?yōu)榱税严嘟募夹g(shù)再甩開幾條街，立即對(duì)赤泥加工技術(shù)進(jìn)行升版。把赤泥加工和我們另行開發(fā)的“非高爐冶煉鋼鐵”(《一種分步還原非高爐生產(chǎn)鋼鐵的方法及系統(tǒng)》zl202310457662.0)進(jìn)行了融合。處理結(jié)果十分理想：不僅將強(qiáng)堿參與了冶煉過程，變廢為寶，而且在冶煉過程中把多余的強(qiáng)堿回收，返回赤泥抽提工段。這樣一來，還解決了赤泥含堿，不能做水泥摻和料的問題。眾所周知：現(xiàn)在的砂子大都是機(jī)制砂。其原因是河沙不讓挖，海沙不讓用。海沙雖然大量地存在，但是由于含鹽，會(huì)對(duì)鋼筋腐蝕而被禁止使用。含由酸堿中和而產(chǎn)生的鹽，腐蝕性大大的下降了。含鹽海沙都被禁止使用，含強(qiáng)堿的赤泥就更不能使用了。我們把赤泥加工的殘?jiān)偷缴蜿柦ㄖ髮W(xué)分析，結(jié)果完全符合水泥摻和料的要求。更加令人驚喜是：在赤泥的冶煉過程中我們利用了赤泥當(dāng)中原有的一些微量元素，和我們添加的稀土元素，相互作用。使得產(chǎn)品的硬度直接達(dá)到了 hrc 55~60。這就為我們下一步開發(fā)耐磨材料提供了基礎(chǔ)的材料。我們?cè)?jīng)為阜新的某電廠制造過磨煤機(jī)的耐磨襯板。其耐磨程度達(dá)到了德國(guó)的材料水平，比國(guó)產(chǎn)的材料耐磨度提高了數(shù)倍。但是由于這種產(chǎn)品的需求量比較少，我們的耐磨度提高以后，更換周期也加長(zhǎng)了。所有的人吃馬喂加在一起算賬，有點(diǎn)劃不來。所以這個(gè)產(chǎn)品沒有再繼續(xù)搞下去。但是，一旦有了大的需求量，這些耐磨產(chǎn)品還是很賺錢的。眾所周知：就是我們平時(shí)使用的工具鋼，也就撬棍、鑿子等工具，都是用45號(hào)鋼制成的。它在經(jīng)過淬火處理以后，硬度也就能達(dá)到hrc45左右，絕對(duì)不可能達(dá)到 hrc55~60的硬度。
2、硫酸燒渣處理
2.1硫酸燒渣是用黃鐵礦制取硫酸后剩余的工業(yè)廢渣。因其含有三氧化二鐵而普遍呈暗紅色，經(jīng)過濃縮之后其含鐵量接近60%。它除了含鐵以外，還含有硫、銅、鉛、鋅等金屬，也含有金銀等貴重金屬。但是它金銀的品位不太高，利用價(jià)值不是很大。硫酸燒渣除了含有氧化鋁、氧化硅等鹽類之外，還含有氧化鈉，氧化鉀等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，處理起來比較麻煩，有的和赤泥一樣堆放，直接污染環(huán)境。
2.2我國(guó)目前硫酸燒渣的主要用途是作為煉鐵的補(bǔ)充原料。但是，由于硫酸燒渣作為煉鐵原料時(shí)候，有諸多難以克服的自身弱點(diǎn)，所以不能大面積使用。這樣一來，造成了硫酸燒渣利用率不足。
2.3.硫酸燒渣雖然經(jīng)過磁選，其品位也很難達(dá)到60以上。眾所周知：鐵礦石的品位下降1%，高爐的焦比和費(fèi)用就會(huì)大幅度上升。品位低于60%的鐵礦，用高爐是無法加工的。除了費(fèi)用的升高以外,高爐加工低品位鐵礦的風(fēng)險(xiǎn)還有,可能造成渣鐵不分，形成泡沫渣。一旦形成泡沫渣，高爐將無法正常生產(chǎn)。并在被迫停工以后，會(huì)使高爐下部連渣帶鐵焊成一個(gè)整體，導(dǎo)致高爐報(bào)廢。現(xiàn)在處理硫酸燒渣的一個(gè)無奈的辦法，就是把它摻入高品位的鐵礦中冶煉。其經(jīng)濟(jì)效益，十分不理想。
像這種60左右品位的鐵礦，在我們國(guó)家大量地存在，它們都面臨著十分尷尬的境地。不要說工業(yè)廢渣，就是一些含釩鈦的鐵礦，很難將他們的品位選到60以上。如果執(zhí)意要把它們選到60%以上，勢(shì)必造成甩尾嚴(yán)重，損失加大。前一段時(shí)間，黑龍江省一家礦業(yè)公司和西藏一家礦業(yè)公司，幾乎同時(shí)找到我。他們手里都有品位近60%的鐵礦。這些鐵礦和66品位的鐵礦雖然只差了6個(gè)百分點(diǎn)（10%），但是其價(jià)格卻跌掉了一大半。彼時(shí)66品位的礦粉售價(jià)在1000元左右。而黑龍江這一家給我的報(bào)價(jià)，卻只有500元一噸，西藏的報(bào)價(jià)更是低到400元。我估計(jì)他們這種報(bào)價(jià)還是有一定的余地。黑龍江公司已經(jīng)把建廠計(jì)劃上報(bào)，等待政府批復(fù)。
2.4.硫酸燒渣本身呈蓬松狀態(tài),又沒有粘接力,無法做成燒結(jié)用的球團(tuán)。如果我們把它做成冷固球團(tuán)，又無法經(jīng)過燒結(jié)后進(jìn)入高爐。
2.5.即使沒有上述的問題，品位66的鐵粉，通過高爐加工以后也是虧損的。我們鞍鋼的鐵礦的采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)是65%，低0.1%都不要。盡管這樣，2024年官方數(shù)據(jù)虧損70多億元。直接導(dǎo)致鞍鋼總經(jīng)理?yè)Q人！低品位的鐵礦加工本事就是一個(gè)難題，如果加工以后還有經(jīng)濟(jì)效益，不能不說是一個(gè)意外！
2.6安徽銅陵化工集團(tuán)有限公司于2023年12月8日,在北京黃河會(huì)議中心的“第2屆礦業(yè)投融資大會(huì)”上，通過我的會(huì)議路演，了解到了我的專利技術(shù)。他們主動(dòng)聯(lián)系我，看看能不能為他們加工硫酸燒渣。原來他們的硫酸燒渣，經(jīng)過磁選磁鐵濃縮到接近60%，但是還不能夠作為鐵精礦出售。他們只好到國(guó)外買來，品位70%左右的鐵精礦，然后把硫酸燒渣勾兌到65%的品位出售。他們給我寄來硫酸燒渣的樣品，看我的辦法能不能夠單獨(dú)加工硫酸燒渣。加工的結(jié)果是：完全可以100%的加工硫酸燒渣，而且還有很好的經(jīng)濟(jì)效益！這樣一來，就把貼錢才能出售的硫酸燒渣，變成企業(yè)的搖錢樹。硫酸燒渣的鐵收率高達(dá)98%以上，超過了高爐的鐵收率。而且硫酸燒渣里面硫含量很高（0.3--1.0%），我們的產(chǎn)品硫含量低到0.024%，直接滿足各種鋼鐵產(chǎn)品的硫含量要求。對(duì)方對(duì)這個(gè)結(jié)果十分滿意。
整個(gè)2024年，我都是圍繞著銅陵項(xiàng)目在工作。銅陵化工集團(tuán)有限公司，是一個(gè)大的公司，年流水為幾百個(gè)億。他們的決策程序也復(fù)雜一些。原來他們要求，只要能練出鐵就可以。后來煉出鐵以后，他們又要求提升，我按照他們的要求一一達(dá)到了。后來我建議他們參加2024年6月份的防城港會(huì)議。因?yàn)榉莱歉蹠?huì)議是中國(guó)“還原網(wǎng)”主辦的“非高爐冶煉”高峰論壇。他們派出了以技術(shù)部長(zhǎng)為首的人員參加了防城港會(huì)議。在會(huì)議上他們得知，沒有人能達(dá)到我的水平。防城港會(huì)議之后，他們又派出以技術(shù)部長(zhǎng)為首的4個(gè)人，來到鞍鋼，要求我當(dāng)面為他們表演。他們4個(gè)人，把我冶煉的產(chǎn)品和冶煉渣都帶了回去。
銅陵化工集團(tuán)有限公司要求我為他們建一套萬噸級(jí)的工業(yè)示范裝置。所有的技術(shù)方案和投資規(guī)劃我都做好了。但是由于銅陵在長(zhǎng)江沿岸， 環(huán)保要求比較嚴(yán)，至今沒有通過環(huán)評(píng)。不知道。他們還能不能通過環(huán)評(píng)。
3 銅礦尾礦的最新處理方法
3.1自然界中的氧化銅礦因?yàn)楹醒趸~而顯綠色。選出氧化銅之后，由于含有四氧化三鐵而呈黑色。在中國(guó)，銅礦尾渣大量存在于云南、江西山東和遼寧等地。內(nèi)蒙古赤峰一家企業(yè)提供了銅礦尾礦的樣品：全鐵為51.25%，硫含量為0.093%。起初他們以255元/噸賣給唐山，后來降到230元/噸，現(xiàn)在已經(jīng)講到200元/噸以下，而且銷售不暢！這個(gè)企業(yè)急切需要解決銅礦尾礦的加工問題。
為此，我們進(jìn)行了攻關(guān)，并成功地解決了該問題。我們冶煉結(jié)果：鐵的收率95%以上，硫含量0.22%，碳含量2.11%。這個(gè)碳含量非常有趣，因?yàn)?.11%恰恰是鋼和鐵的分界線。它既是鋼含碳量的最大值，也是鐵含碳量的最小值。這也就是從另一個(gè)角度證明了：我用鐵礦既可以煉鐵、也可以煉鋼、還可以煉半鋼。在鋼鐵的含碳量方面，我可以實(shí)現(xiàn)“無極變速”般地調(diào)整。
3.2內(nèi)蒙古的電價(jià)非常便宜，煤也便宜。用這樣的銅礦尾礦加工一噸鐵可以獲得毛利1000元左右。建一個(gè)10萬噸/年的小鐵廠，年獲毛利一億元左右。如果比照中國(guó)允許使用的最小高爐（1280立方米），年產(chǎn)鐵200萬噸。它的投資額在100億元左右，而我們的投資額不到10億元；高爐加工51.25%的鐵礦，即使認(rèn)賠錢也是不可能的，理論上低于60%品位的鐵礦石，不能進(jìn)入高爐加工的。我們不但可以加工，還可以獲毛利20億元左右。內(nèi)蒙古的這家企業(yè)，要求我提供一套萬噸級(jí)的示范裝置的設(shè)計(jì)和投資規(guī)劃。年前我已經(jīng)提交給他們。
4 內(nèi)蒙古含稀土鋼渣的處理
4.1眾所周知：煉鐵的冶煉渣是很好的建筑材料，他們水淬以后的水渣是良好的水泥原料。但是鋼渣就不同了，由于煉鋼的助劑里面有氧化鈣和氧化鎂，它們遇到水以后，會(huì)發(fā)生水合反應(yīng)，導(dǎo)致其體積膨脹一倍左右。這樣一來，就可以使鋼渣基礎(chǔ)和鋼渣水泥脹壞。所以大量的鋼渣被無奈地堆放。
4.2內(nèi)蒙古有一種鋼渣，它們含有稀土元素。其稀土含量為4.42%。其中絕大部分為：“鑭”、“鈰”、“鐠”和“釹”，占稀土總量的96.69%。我們把這種鋼渣作為鋼鐵冶煉的添加劑，回收了寶貴的稀土資源。這些稀土使得我們冶煉的鋼種，使用性能大大提升。尤其是對(duì)我們生產(chǎn)的超硬鋼這硬度有所提升。現(xiàn)在我們冶煉面包鐵硬度就可以達(dá)到 hrc, 55~60。
4.3這種鋼渣作為鋼鐵冶煉的添加劑，使得原來過量的氧化鈣和氧化鎂得以釋放，繼續(xù)為鋼鐵冶煉提供溶劑。而且去掉氧化鈣和氧化鎂的鋼渣。又可以像鐵渣一樣得到充分的利用。此乃一舉兩得的辦法。
5 釩鈦磁鐵礦鐵礦及其冶煉尾渣的處理
5.1用高爐來冶煉釩鈦磁鐵礦，一直是世界性的難題，至今沒有人能夠突破。上個(gè)世紀(jì)，中國(guó)發(fā)現(xiàn)了以攀枝花為主這釩鈦磁鐵礦分布。僅攀枝花地區(qū)，就蘊(yùn)藏了上百億噸釩鈦磁鐵礦。在鋼鐵元帥坐帳的年代里，不啻抱了一個(gè)大金娃娃！但遺憾的是，釩鈦磁鐵礦用高爐無法加工。在這里，鐵和鈦的金屬氧化物不是簡(jiǎn)單的混合在一起。而是形成了三氧化鈦鐵這樣復(fù)雜的化合物。用磁選的辦法，無法將鐵和鈦分開。在高爐還原的條件下，鈦和空氣中的氮形成氮化鈦，和還原劑中的碳形成碳化鈦。而這兩種東西，又是現(xiàn)在最時(shí)髦的耐火材料。它們?cè)诟郀t冶煉渣中，不能熔解，只能以微顆粒的狀態(tài)懸浮在爐渣之中。這就導(dǎo)致了爐渣的極度粘稠，堵死了高爐的通風(fēng)通道，造成事故。
為了解決釩鈦磁鐵礦的冶煉問題，共和國(guó)的總理親自批了幾千萬的巨款，用來研究釩鈦磁鐵礦的加工方法。該遺憾的是，迄今為止，釩鈦磁鐵礦的最好加工辦法也就是勾兌。如果把他們沿著爐壁分布的話，還可以替代一部分護(hù)爐球團(tuán)。最終的結(jié)論：用高爐100%加工釩鈦磁鐵礦是不可能的。
5.2我本人開發(fā)的“非高爐冶煉鋼鐵”的專利技術(shù)，就可以100%地冶煉釩鈦磁鐵礦。而且我們可以使“釩”一部分進(jìn)入鐵相，從而改善了鋼鐵產(chǎn)品的性質(zhì)。
5.3攀枝花某選場(chǎng)的“中渣”含鐵29%、含二氧化鈦38%。且不論含鐵量高低，就是這么高的二氧化鈦含量，高爐就更沒有辦法加工了！至于29%的含鐵量，到目前為止，沒有何一種方法能夠加工。安徽安納達(dá)公司是一家生產(chǎn)鈦白粉的企業(yè)，他們需要大量采購(gòu)，含二氧化鈦45%以上的高鈦渣。他們公司希望我能夠把二氧化碳的含量提高到45%以上。經(jīng)過我的提煉，高鈦渣的二氧化鈦含量提高到47%~50%。同時(shí)我們又回收了85%以上的鐵。
6 玄武巖的最新熔化方法
6.1玄武巖是火山噴發(fā)后，熔巖冷卻后形成的。玄武巖在高溫狀態(tài)下，流動(dòng)性很好，這也是他們?nèi)菀讖牡貧ぶ袊姵龅脑蛑弧Ｐ鋷r在常溫下是一種很脆的材料，但是一旦把他們重新融化，拉成纖維以后，就會(huì)變得十分柔軟。這些纖維和它們的制品，具有耐高溫、防腐蝕和電絕緣等特性。因此他們被制成防火服、絕緣服甚至航天服。用玄武巖纖維制作的鋼筋替代品，重量比鋼筋輕，而強(qiáng)度要比鋼筋大得多。
6.2玄武巖產(chǎn)品縱然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是制約人們使用玄武巖的原因是:熔化玄武巖十分困難。如果用感應(yīng)電爐加熱它們，真因?yàn)樗麄儾皇墙饘?，不能在電?chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生磁窩流，也就無法被加熱。如果用電弧爐來加熱，那么一般要使用石墨電極。玄武巖當(dāng)中還有大量金屬和非金屬氧化物，一旦接觸到石墨電極，他們中的一部分就會(huì)被還原，就變得不是典型的玄武巖了。為了解決這個(gè)問題，人們想到了，用帶有鉬電極的電弧爐來熔化玄武巖。這就帶來了很麻煩的后果：這種電弧爐不能做得太大，一般單臺(tái)的功率只有70千瓦。一般規(guī)模的玄武巖加工廠，都要配備100多臺(tái)這樣的電弧爐，十分地繁瑣。加工一噸玄武巖，需要耗電4000多度。
6.3為了解決這個(gè)問題，我們開發(fā)了新一代的玄武巖熔化爐。其處理規(guī)能力高到10倍以上，每加工一噸玄武巖電耗下降1000多度。
7 其他工業(yè)固體廢物處理
7.1氧化皮處理
煉鋼廠里會(huì)產(chǎn)生很多氧化皮，這些氧化皮含鐵量在70%左右，高的達(dá)到80%以上。另外，鍛造工廠也會(huì)產(chǎn)生大量的氧化皮。這些氧化皮的含鐵量隨著所在位置在不斷的變化。僅以軋鋼的氧化鐵皮為例：靠近外層的油，10%左右的三氧化二鐵、中間層有50%左右的四氧化三鐵、而靠近內(nèi)層的是40%左右的氧化亞鐵。這些氧化鐵皮經(jīng)過我們加工以后，鐵的回收率高達(dá)95%以上。
7.2鋼鐵廠的除塵灰處理
在鋼鐵廠除塵灰大量的存在，但是他們普遍的含鐵量比較低。僅以高爐的除塵灰、球團(tuán)和燒結(jié)除塵灰為例，他們的含鐵量只有50%~60%。不能夠回?fù)降皆侠?。?jīng)過我們加工，鐵得回收率也可以達(dá)到95%以上。