稀土冶金中“三廢”治理方案
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- 發佈於：2013-01-23, 週三 18:14
- 作者 HJF
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包頭市是國家鋼鐵工業基地之一，是世界著名的稀土之鄉，其稀土生產的主要原料來自白雲鄂博鐵礦。隨著世界稀土市場的不斷擴大，包頭市的稀土產業蓬勃 發展， 有著從稀土採礦、選礦到稀土冶煉、分離提純、應用等工藝技術路線和較完整的稀土工業體系，並在不斷完善，為繁榮包頭經濟和世界稀土事業做出了貢獻。但在發 展中也存在環境污染問題，尤其是近幾年來隨著生產規模的擴大，多數企業產品為稀土中、上游產品，且污染防治設施不完善和污染治理技術落後，在生產過程中產 生了大量的“三廢”，污染了周圍環境和飲用水安全，制約了稀土產業的持續、健康發展。
一、稀土冶金工業生產的“三廢”來源
稀 土冶金工業生產的“三廢”指除了生產出各種形式的稀土產品以外，伴隨產生一定數量的“廢棄物”，即廢氣、廢水、廢渣。這些廢棄物中，往往含有對生物有害 的物質。如果不處理而任意排放，就會造成對周圍環境的污染。因此，限制或縮小“三廢”中有害物質的擴散。回收其中的有用成分，就可以化有害為無害，變廢為 寶。
（一）稀土冶金生產中的廢氣
稀土生產中的廢氣：一是含塵氣體，通過以下生產過程產生：採礦、破碎、選礦過程，稀土精礦 球團化過程，稀土精礦的堿焙燒過程，稀土火法冶金過程，稀土中間 產品或成品的乾燥、粉碎、研磨及包裝過程。二是放射性氣體，主要來自於空氣中含鈾、釷的粉塵以及氡及其離子體的氣溶膠。三是含毒氣體，稀土生產中還會產生 含有液體顆粒（霧）和雜質氣體的有毒氣體。產生這一類廢氣的主要工藝有：稀土精礦的酸法焙燒、稀土礦物氯化分解、氯化稀土熔鹽電解、濕法冶煉中的各種化學 操作過程等。其主要毒物有氟化氫、四氟化矽、二氧化硫、氯氣、各種酸，堿溶液霧、有機萃取劑及溶劑的蒸汽等。
（二）稀土冶金生產中的廢水
稀 土生產過程中的廢水主要來源於：選礦廢水、設備和地面沖洗水、廢氣淨化洗滌水、濕法冶煉中的各種廢液、冷卻水、化驗室下水及生活污水等。其有害成分主要 是：懸浮物、酸、堿、氟化物、天然放射性元素（鈾、釷和鐳）、各種無機鹽和部分有機溶劑等。例如濃硫酸焙燒分解混合型稀土精礦冶煉系統中產生的酸性含氟廢 水、堿分解獨居石冶煉系統中產生的鹼性低放射廢水等。
（三）稀土冶金生產中的廢渣
稀土生產過程中的廢渣，主要是選礦後的尾礦、火法冶煉中的熔煉渣、酸堿分解後的不溶渣、濕法冶煉中的各種沉澱渣、除塵系統的積塵及廢水處理後的沉渣。稀土冶煉廠每處理1t稀土精礦所產生各種殘渣約0.5t，有的甚至高達2t－4t。有些渣帶有一定量的放射性。
二、稀土冶金工業生產的“三廢”治理
稀土生產中排出的“三廢”，雖品種多，但並不複雜，一般選用適宜的治理方法，都可達到國家衛生標準。
（一）稀土冶金生產中的廢氣治理
淨化廢氣一般採用冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法和催化法等。目前我國多用吸收法和吸附法兩種，其工藝簡單、過程設備少、效果較好。
（二）稀土冶金生產中的廢水治理
廢水的處理一般可採用混凝法、中和法、中和沉澱法、吸附法、離子交換法和萃取法。目前常用中和法、中和沉澱法及吸附法。這些方法較為簡便、效果好、成本低。
（三）稀土冶金生產中的廢渣的治理
廢渣可分為非放射性廢渣和放射性廢渣。前者可建立渣場（或渣壩）堆放，後者必須建立渣庫存放，要注意二次擴散，防止污染環境。
三、當今治理稀土冶金工業“三廢”需要解決的問題
目前，我國稀土生產中產生的“三廢”已得到了較有效的淨化處理，但總體來看還存在問題，需要從以下幾個方面加以解決。
（一）採用新工藝減少“三廢”的排放量
在 工藝研究和選用工藝技術時，必須考慮稀土“三廢”的排放量，將“三廢”消滅在生產過程中，儘量不排放或少排放，此外要盡力把“三廢”集中在某一工序以 內，以減少“三廢”的排放範圍。這樣，可使安全防護更簡化，也使“三廢”治理費用及投資大為降低，從而提高“三廢”的治理水準。內蒙古工業大學化工學院與 包頭市英傑化工有限責任公司通過多年合作研究，開發利用稀土焙燒尾氣酸制氟化氫銨及粗白炭黑的生產工藝。該工藝能夠有效的利用稀土企業排放的尾氣酸。可見 該工藝不僅能實現減少“三廢”的排放量，並且能實現節能減排。
（二）做好“三廢”的綜合利用．變廢為寶
稀土生產中產生的“三廢”，含有不少有價元素可回收利用。如處理獨居石時，產生了比放射性較高的優溶渣，其中含稀土、釷和鈾等有價物質。目前已有從其中回收生產氯化稀土、硝酸釷和重鈾酸銨等產品的工藝。如含氯廢氣可用燒鹼試劑回收氯，制取次氯酸鈉產品。
（三）提高工業用水的回用率
目 前我國稀土生產中排出的各種廢水近百萬噸，雖能將有害的釷、鈾、氟、HC1和H2SO4等 除去，但還不能直接回用。只有進一步淨化處理後，才可達到工業用水的回用標準。目前稀土工業生產中的迴圈水回用量約占總用水量的20%，遠低於一般國家的 工業生產中廢水回用率80％的要求。其原因是排出的廢水多樣、成分複雜、工藝不成熟等。針對該問題我課題組探討並研究出了全迴圈清潔化生產工藝。該工藝主 要是改進包頭稀土精礦三代酸法高溫焙燒工藝。改變現有焙燒礦處理工藝。焙燒礦以轉型技術為核心，對非稀土化學物質（硫酸銨和硫酸氫銨）等進行全回收，同時 對水進行純化全回收。本項目可以使包頭稀土產業改變有史以來的開放式生產為迴圈式生產。可見該工藝不僅能提高工業用水的回用率，而且能回收工業生產過程中 的非稀土化學物質。
（四）要堅持“三同時”的治理方針
國家要求對“三廢”治理必須執行建設專案中“同時設計、同時施工、同時投產”的“三同時”方針，保證工廠建成投產後“三廢”排放指標達到國家衛生標準。在今後的工業生產發展中，對“三廢”治理將會更加嚴格化和規範化。
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稀土矽鐵合金產品及系列化
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- 發佈於：2013-01-23, 週三 18:12
- 作者 HJF
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稀土矽鐵合金已廣泛地應用於冶金和鑄造生產。稀土的加入明顯地改善了鋼和鑄鐵的力學性能、工藝性能和使用性能。但由於使 用的目的、條件、技術裝備水準不 同，對合金組分和劑型的要求也不同。名目繁多的合金品種和規格給稀土中間合金的生產帶來一定困難，但為適應市場需求，合金產品系列化，已成為必須考慮的問 題了。
熔融配製法生產多品種矽鐵合金
熔融配製法是製備多種稀土中間合金的簡便有效的方法，特別適用於多元素的複雜合合金。目前國內使用的稀土銅鎂合金、稀土鎢鎂合金、稀土鋅鎂合金、稀土錳鎂合金久是該法生產的。
熔融法配製稀土合金的設備有中頻感應爐、燃油爐、焦炭地坑爐等。以中頻感應爐較好，其升溫均勻可控制，有電磁攪拌作用，成品成分均勻，偏析少，從環境保護和安全防護角度考慮也優於其他爐子。只是一次性投資較大，在電力供應緊張地區使用受到限制。
熔 融法的最大優點是通過配料計算，可同時保證多種元素都達到預期含量。正確估計元素燒損率是配料計算的關鍵，各元素的物理、化學性能都不同，燒損率也不 同，一般說來化學活性高、蒸氣壓高的元素燒損率要大些。以配製低稀土矽鐵鎂合金為例，GB4138—84牌號為FeSiMg8RE7的合金含RE 6.0%～8.0%，Mg 7.0%～9.0%，Si≤44%，配料時採用RE7%，Mg10%，Si42%。
該 法的缺點是生產規模不大；需要價格較貴的合金為原料；燒損元素所形成的氧化物大部分還留存在合金中，影響到使用效果，因此在對產品進行化學分析時，應分 別列出元素的總量、金屬狀態和氧化物的分量，特別是對高溫易燒損失元素，如Mg、Ba、Sr、Ca、RE等更應如此，以方便用戶計量。
從目前熔融法配製稀土合金還有著不可替代的作用。它可以補充熱還原法和電解法的不足，製備小批量和多品種多元素複合合金。改進熔融和鑄錠工藝，減少有價元素的燒損，降低氧化物夾雜，提高稀土中間合金的內在品質是熔融法配製稀土中間合金工藝今後的研究方向。
產品系列化及標準
我 國研究生產稀土中間合金作為冶金和鑄造生產的添加劑已有30多年的歷史，隨著應用領域的拓寬，用戶要求的合金品種規格不斷增多，國內外專利文獻和期刊推 薦的合金品種更是舉不勝舉，如何將產品要求規範化、系列化逐步形成具有我國特色的商品系列，最大限度滿足用戶需要是合金生產者中目前亟待解決的問題。
目 前稀土中間合金的國家標準有兩個，即《稀土矽鐵合金》（GB4173—84）和《稀土鎂矽鐵合金》（GB4138—84）。前者按稀土、矽及雜質含量不 同，分為11個牌號；後者按稀土和含鎂量不同，分為10個牌號，構成稀土球化劑系列的主幹，這兩個國家標準是目前我國稀土中間合金產品系列的基礎。
根 據用戶的要求，用於球化劑、蠕化劑和孕育劑的稀土中間合金在國家標準的基礎上，適當調整了成分，形成了不同的產品，有的已列入專業標準，地方 標準或企業標準。例如，考慮到球化劑的密度影響鎂的吸收率，已生產出低矽球化劑等。特別是利用我國南方重稀土資源，已生產抗球化衰退能力強的釔基重稀土球 化劑，其中包括重稀土鎂合金、重稀土鎂銅合金、重稀土鋁合金等。
國際上沒有統一的稀土中間合金標準，常用的稀土合金的化學成分差異很大。含稀土、矽、鐵各1/3左右的稀土矽鐵合金是國外典型的鋼中稀土合金添加劑，而球化劑中一般只有0.2%～3%的稀土元素。
產品系列化是一個長期細緻的工作，只有經過實踐，取優汰劣，才能把合金成分逐步統一起來，形成不同的系列產品，以便有效地組織生產和推廣應用。目前各種企業標準，甚至供貨合同所提的需方要求正是產品標準化、系列化和商品化的基礎。
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稀土精礦球團脫鐵除磷過程的操作
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- 發佈於：2013-01-23, 週三 18:05
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首先根據電弧爐容量大小，確定稀土精礦球團（壓塊）的加入量，計算出焦炭、矽鐵和生鐵（廢鋼）的加入量。電弧爐用低電壓後用高電起孤後，將準備好的 焦炭全 部加入爐內，稀土精礦球團（壓塊）加到焦炭上面。30min後用高電壓送電。電流逐漸達到滿負荷。隨時觀察爐內的冶煉情況，在爐料熔化的同時，盡可能把爐 料推向高溫區，以加速熔化過程及避免爐料黏結爐襯。
當爐料熔化80%～90%時，向爐內加入矽鐵，必要時加入生鐵或廢鋼。注意應盡可能發揮焦炭的還原作用，矽鐵加入時機不宜過早。
爐溫控制在1400～1500℃，並確認適度攪拌。當渣中Fe＜0.5%時便可以出爐，稀土富渣和高磷鐵在罐內冷卻分離。
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稀土生產中的放射性防護
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- 發佈於：2013-01-23, 週三 18:09
- 作者 HJF
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根據放射性的危害特點,稀土生產過程中的輻射防護應遵從以下三條原則。
①儘量縮短受照射時間或有受照射可能的時間。對放射性操作崗位，就是要縮短操作時間；
②創造條件，在輻射源與人體之間設置遮罩物體；
③加大輻射源與人體之間的距離，使輻射減弱，減少照射劑量。
以上原則在稀土生產過程中，特別是放射性強度超過國家標準的工作場所和工序，在工藝設計和操作過程中要認真注意，把可能的輻射危害降到最低。
據此，稀土生產中的放射性防護需注意以下幾方面。
首先，應合理地選擇廠址與正確規劃廠區。這是放射防護的基礎。新建廠區應按當地主導風向，佈置在下風側。儘量避開原有的永久性建築物，使其不在防護監測區內。當條件不利於排放時，應擴大防護監測區的範圍。
按照國家標準要求，甲、乙級工作場所可按三區原則佈置。三區佈置如下圖所示。其主要佈置原則是：生活區、辦公區與生產廠區嚴格分開，並且有一定距離。按當地主導風向，生產車間與“三廢”處理場所應輔助車間及辦公室的下風側，生活區應位於廠區的上風側。
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生 活 區 |
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“三廢”處理廠 |
鈾、釷、鐳回收純制車間或放射性粉塵濃度大的稀土生產工段 |
輔助車間 |
衛生 通過間 |
辦公室 |
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實驗室 |
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圖中稀土生產廠鈾、釷和鐳回收純制車間或放射性粉塵精密度的稀土生產工段三區配置示意圖
衛生通過間應包括更衣室、淋浴室、洗衣間、表面放射性污染監測站，衛生通過間的平面配置應使清潔區與污染區完全隔開，在它們之間設置專門的通道和淋浴設備。
其 次，選擇合理的工藝、先進的設備，提高生產機械化和自動化水準，使放射性生產場所實現遠距離或遮罩操作。在工藝和經濟條件允許情況下，應盡可能採用濕法工 藝，以減少粉塵。利用先進的工藝和設備處理放射性三廢，綜合利用，減少污染。稀土生產中，用優先分離鈾、釷和鐳的工藝，為以後各工序創造無放射性或低放射 性操作條件，儘量縮小放射性危害的範圍。
第三，對有塵工序以及能產生Rn、Tn射氣的場所採取應加強通風。稀土工業生產中，廠房設計一般自 然通風良好，工作場所中Rn、Tn射氣及其子體濃度不超過最大容許濃度，通常無需採取專門的防護設施。只是在極為少數的礦山井下、廠房地下皮帶通廊及庫房 等場所，Rn、Tn射氣及其子體濃度稍高，可以採用通風方法去降低其濃度。
第四，由於工作人員體表的放射性污染可能通過消化道和皮膚進入機 體內部，設備、地面的放射性污染也可通過吸著與懸浮作用進入工作場所空氣中，並通過呼吸道而進入人體。因此，對工作場所的地板、牆壁及設施、器皿、個人用 具等親經常性清洗，去除其表面的放射性污染。在有放射性的場所工作時，工作人員要做好個人防護，口罩、手套、工作服必須齊全，必要時，要佩戴防護眼鏡。在 工作場所不得吃東西、吸煙。
總之，稀土生產中的放射性是客觀存在，除應採取合理的防護措施外，加強放射性防護管理，認真執行放射性防護規 定，克服麻痹大意思想，也是放射性防護工作的重要內容。當然，也要正確認識稀土生產中的放射性，稀土生產屬低水準放射行業也是事實，不能過分誇大其放射危 害而因噎廢食，影響生產。
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稀土生產過程的三廢處理與放射性防護-概述
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- 發佈於：2013-01-23, 週三 18:02
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由於礦物組成的複雜性和生產工藝多樣性，在稀土冶金生產過程中除生產出各種形式的稀土產品外，還會伴隨產生一定數量的“三廢”，即廢氣、廢水和廢渣。
稀 土生產中產出的廢氣主要有含塵氣體和含毒氣體。含塵氣體有時會有放射性元素鈾、釷的粉塵，長期在這樣的粉塵環境中會導致各種塵肺病或放射性疾病；含毒氣體 的主要有害物質有HF、SiaF4、SO2、Cl2，各種酸、堿溶液的氣溶膠（霧）、有機萃取劑及其溶劑的揮發物等，這些成分中多數的水溶性較大的氣體， 對眼球結膜、呼吸系統黏膜有較大的刺激作用，高濃度吸入或長期低濃度吸入時會引起喉痙攣、氣管炎、肺炎、肺水腫等疾病。
廢水的有害成分主要 是懸浮物、酸、堿、氟化物、放射性元素（鈾、釷、鐳）、各種無機鹽和有機溶劑等，若直接排放這樣的廢水，除放射性污染外，還會造成土壤酸堿失衡、貧化甚至 鹽鹼化，導致水質惡化甚至水生物絕跡。例如氟化物污染後的土地，氟會通過牧草或農作物進入牧畜及人體內，長期蓄積會導致骨質疏鬆、骨質硬化。
廢渣主要是選礦產生的尾礦、火法冶煉產生的熔煉渣、精礦分解後的不溶渣、濕法冶煉的沉澱渣、除塵系統積塵、廢水處理後的沉澱渣等。這些廢渣中常常含有放射性元素。
可見，稀土生產中產生的三廢中往往都含有對生物及其生存環境有危害的物質，甚至包括放射性廢棄物。為了防止這類廢棄物對環境的污染，保護人們賴以生存的自然環境，保持生態平衡，生產過程中產生的“三廢”必須經過處理，使其達到規定的衛生標準後才能排放到自然界中。
所 謂衛生標準是指生產環境中毒物對人不致引起有害作用的界限。我國對於工業廢水、廢氣、廢渣的排放，都作了明確的規定，如我國1974年起試行的《工業“三 廢”排放試行標準》GBJ4—73，1974年五月頒發的《放射防護規定》GBJ8—74，1985年頒佈的《有色金屬工業固體廢物污染控制標準》 GB5085—85等，這些標準都是以法律形式公佈的。隨著環保要求的不斷提高和科學技術的不斷進步，工業生產“三廢”排放標準也在不斷修改而且要求更 高、更嚴。例如從1997年1月1日起實施的《大氣污染物綜合排放標準》GB16297—1996就取代了GB 4911—85、GB 4912—85、GB 4913—85等多種工業污染物排放標準中的廢氣部分。
除對三廢的排放標準做出規定外，對生產工人的工作環境也有嚴格的要求，以保證從事生產的工作人員的身體健康。表1列出了與稀土生產有關的車間空氣中有害物質的衛生標準[1，2～6]。
表1 生產車間空氣中有害物質的最高容許濃度（部分）
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有害物質名稱 |
最高容許濃度 |
有害物質名稱 |
最高容許濃度 |
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一氧化碳 二氧化硫 苛性鹼（換算成NaOH） 碳酸鈉 氟化氫及氟化物（以氟計） 氨 硫酸及三氧化硫 |
30mg/m3 15 mg/m3 0.5 mg/m3 6 mg/m3 1 mg/m3 30 mg/m3 2 mg/m3 |
氯 氯化氫及鹽酸 草酸 溶劑汽油 含80%以上游離二氧化矽的粉塵 游離二氧化矽含量在10%以下的稀土粉塵 其他粉塵 |
1 mg/m3 15 mg/m3 2 mg/m3 300 mg/m3 1 mg/m3 5 mg/m3 10 mg/m3 |
表 中有害物質最高容許濃度是指工人工作地點空氣中有害物質所不應超過的數值。工作地點系值工人為觀察和管理生產過程而經常或定時停留的地點。如生產操作在車 間內許多不同地點進行，則整個車間均算工作地點。一種毒物的最高容許濃度並非永遠不變，隨著人們對毒物認識的深化，總結了更為豐富的實際實驗，標準將隨時 修訂得更為合理。
因此，認識三廢對人及自然環境的危害，對從事冶金行業管理、技術和生產的人員來說，在加強職業衛生防範意識、環保意識方面 具有重要意義。應該指出，對三廢的治理，要切實貫徹“全面規劃，合理佈局，綜合利用，化害為利，依靠群眾，大家動手，保護環境，造福人民”的方針，積極探 索和採用三廢綜合治理的新技術和新工藝，不僅要化有害為無害，還要在三廢的處理過程中回收其中的有用成分，變廢為寶。
對三廢的處理工藝，要針對其來源、組成成分和排放要求進行具體的設計。本章將主要對稀土生產中三廢的產生過程、組成、常規處理方法進行敍述，對放射性防護知識作一般性介紹。
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