1.1　冶金工業生產與排污特征

1.1.1　鋼鐵工業生產與排污特征

（1）生產工藝與排污節點和特征

鋼鐵工業生產與工序相當復雜。目前，有兩種工藝路線支配全球鋼鐵工業。這兩種工業路線是“聯合”法和電?。‥AF）法。前者常稱為“長流程”，后者是指“短流程”。但兩者之間的主要差異是它們所使用的含鐵原料和種類不同。聯合鋼鐵廠（或稱為聯合鋼鐵公司）主要使用鐵礦石以及少量廢鋼，而電弧爐鋼廠（或稱電爐煉鋼廠）則主要使用廢鋼，或越來越多地使用其他來源的金屬鐵，例如直接還原鐵（DRI）。

聯合鋼鐵廠首先必須煉鐵，隨后將鐵煉成鋼。這一工藝所用的原料包括鐵礦石、煤、石灰石、回收的廢鋼、能源和其他數量不等的多種材料，例如油、空氣、化學物品、耐火材料、合金、精煉材料、水等。來自高爐的鐵在氧氣頂吹轉爐（BOF）中被煉成鋼，經澆鑄固化后被軋制成線材、板材、型材、棒材或管材。高爐-BOF法煉鋼占世界鋼產量的60%以上，聯合鋼鐵廠占地面積很大，通常年產300萬噸的鋼廠，可能占地4～8km²?，F代大型聯合鋼鐵廠的主要生產工藝及節點排污特征如圖1-1所示。

EAF煉鋼廠是通過如下方式煉鋼的：在電弧爐內熔煉回收廢鋼鐵，并通過通常在功率較小的鋼包爐（LAF）中添加合金元素來調節金屬的化學成分。通常不需要聯合鋼鐵廠所采用的煉鐵工藝較復雜的流程，用于熔煉的能源主要是電力。但目前已在增長的趨勢是以直接噴入電弧爐的氧氣、煤和其他礦物燃料來代替或補充電能。與聯合法相比，EAF廠占地明顯減少，根據國際鋼鐵協會統計，年產200萬噸EAF廠最多占地2km²。電弧爐鋼廠生產工藝流程如圖1-2所示。

（2）鋼鐵生產與排污特征

聯合鋼鐵廠的生產涉及每一道生產工序，每道工序都需有不同投料（物料和能源），并排出各種各樣的殘料和廢物。其中液態的有廢水以及其中含有的懸浮物（SS）、油、氨氮、酚、氰等有毒有害物質；氣態有CO₂、NO_x、SO₂、H₂S以及VOCs與煙塵等顆粒物；固態有塵泥、高爐渣、轉爐渣、氧化鐵皮、活性污泥與耐火材料等。其中主要成分的物料與能源的總平衡如圖1-3所示。

EFA煉鋼廠工藝流程主要投入和產出所產生的排污要比聯合鋼鐵廠少得多，其排污特征與物料-能源平衡如圖1-4所示。

應該說明的是，圖1-3、圖1-4與第8章有關的圖8-1～圖8-9的數據是通過世界有代表性的聯合企業的不同來源獲得的，所以，它們雖有代表性，但不是絕對準確的。該項工作是由聯合國環境規劃署工業與環境中心（UNEPIE）和國際鋼鐵協會（ⅡSI）經工程實例實測結果提出的。目前，他們正與一些成員國的公司在進行更詳細的總結。

1.1.2　有色工業生產與污染特征

（1）生產方式與特征

根據我國對金屬元素的正式劃分與分類，除鐵、錳、鉻以外的64種金屬和半金屬，如銅、鉛、鋅、鎳、鈷、錫、銻、鎘、汞等劃為有色金屬。這64種金屬根據其物理、化學特性和提取方法，又分為重有色金屬、輕有色金屬、貴金屬和稀有金屬四大類。其中，重有色金屬通常是指相對密度在4.5以上的有色金屬，包括銅、鉛、鋅、鎳、鈷、錫、銻、鎘、汞等；輕有色金屬是指相對密度在4.5以下的有色金屬，包括鋁、鎂、鈦等；稀有金屬，主要是指地殼上含量稀少、分散、不易富集成礦或難以冶煉提取的一類金屬，例如鋰、鈹、鎢、鉬、釩、鎵、鍺等；貴金屬主要是指金、銀等。

有色金屬冶煉方法有火法、濕法和電解法等，由于有色金屬的物理化學特性各異，故其提煉方法各不相同。濕法冶煉是將精礦經過焙燒后產生的焙砂（或不焙燒直接用精礦），用各種酸基或堿基溶劑進行浸出，使精礦（或焙砂）中的金屬進入浸出液中。由于浸出法除主要需浸出的金屬外還有其他金屬，所以要對浸出液進行凈化，除去雜質元素，直到得到合格溶液后再進行電解，最后得到純金屬。

火法冶煉是在精礦中加入各種熔劑、還原劑生成金屬品位較高的精礦粉，再經粗煉得到粗金屬。最后用火法精煉或電解精煉制得純金屬。有些精礦在熔煉前還需要進行焙燒、燒結或制成球團等預處理。

例如輕有色金屬鋁工業的生產，我國雖起步較晚，但發展很快，目前已建成了比較完整的鋁工業體系，已廣泛應用于國民經濟各個領域，在工業、國防和人民生活中占有十分重要的地位，為我國有色金屬優先發展的品種。

有色金屬工業生產品種繁多，由于生產產品種類不同，生產方式不同，故其能耗與排污狀況也各不相同。

①重有色金屬的冶煉　重有色金屬的冶煉有火法冶煉與濕法冶煉?；鸱ㄒ睙挄r含有大量煙塵與毒性氣體，因水力沖渣和煙氣洗滌，故其水質比較復雜，且含有各種重金屬毒性物質。電冶煉有電爐渣，電解時則有陽極泥等固體廢物。

濕法冶煉時產生大量重金屬廢水。精礦在焙燒時產生高溫并含有大量重金屬煙塵，在焙燒浸出時產生各種浸出渣，在電解時產生陽極泥等。

②輕有色金屬的冶煉　輕有色金屬冶煉的代表為鋁工業的生產，有氧化鋁、金屬鋁和鋁加工。由于生產工藝與產品形態不同，故其能耗與排污狀況也不相同。氧化鋁冶煉所采用的方法有3種，即拜耳法、燒結法和聯合法。生產氧化鋁的原料是鋁土礦；金屬鋁的生產原料除氧化鋁外，還有冰晶和瀝青。因此，氧化鋁生產工藝產生的赤泥，電解鋁廠產生的含氟煙氣以及大量廢炭塊和廢棄保溫材料是最為嚴重的污染物。

鎂生產方法有電解法和熱還原法。鎂冶煉煙氣污染特征為氯氣及其化合物，廢水特征是酸性且含氯化物，固體廢物為酸性廢渣。

③稀有金屬冶煉　稀有金屬種類很多，且由于原料成分復雜，工業生產難以定型，因此，能耗與污染特征各異?？傮w而言，稀有金屬污染特征為：對稀有金屬原料采用濕法冶煉時，產生酸性廢液、堿性廢液，以及含有各種毒性物質，如鎘、鉻、砷、鈹等鹽類的廢水；固體廢物則有酸浸渣、堿浸渣、中和渣和各種毒性廢渣。

如采用火法冶煉時，則產生還原渣、氯化渣、氧化熔煉渣以及有毒煙塵氣。廢氣通常以氯氣及其化合物為主。廢水則多為酸性或堿性并且含多種重金屬、稀有金屬和放射性物質。

④貴金屬冶煉　由于貴金屬（如黃金）冶煉需要經過多道工序，一般而言，黃金冶煉廠的廢水主要來自氰化浸金、電積和除雜等工序，相應的廢水主要含氰和其他銅、鉛、鋅等重金屬離子?；鸱ㄒ睙挄r要產生一些含重金屬的煙塵，也要產生一些廢渣，但通常不直接廢棄而采用回收利用。

有色金屬冶煉利用的能源有煤炭、原油、天然氣、電力、煤氣、成品油、液化石油等，但以電力能源為主，占有色金屬能源結構的65%以上；其次為煤炭和焦炭。在有色金屬工業能源消耗中，鋁、銅、鉛、鋅的能耗占有色工業總能耗的80%以上。

（2）污染特征與能耗狀況

有色金屬工業是高耗能產業。近年來，我國有色金屬工業的快速發展在很大程度上依靠增加固定資產投資，擴大產業規模的粗放型發展模式。盡管通過推動先進技術，加強管理，推進清潔生產，有色金屬工業的單位產品能源消耗和污染物排放出現下降趨勢。但由于產量快速增長，能源消耗總量和污染物排放總量仍然不可避免地出現增長。

在能源消耗方面，我國有色金屬工業能源消耗總量在不斷上升。以2006年國內電解鋁產量922×10⁴t，噸鋁錠綜合交流電耗按14661kW·h計算，當年我國電解鋁生產用電量達到1352×10⁸ kW·h，比上年增長18.6%，超過同期國內發電量的增長幅度。2010年國內電解鋁產量達到1200×10⁴t，按噸鋁錠綜合交流電耗達到14300kW·h的世界先進水平計算，國內電解鋁生產用電量已達到1716×10⁸kW·h，比2006年增長26.9%。這種發展，將對實現國家經濟和社會發展規劃提出的單位GDP降低能源消耗20%的節能目標構成很大壓力。

由于有色金屬在生產過程中消耗大量礦產資源、能源和水資源，產生大量固體廢棄物、廢水和廢氣。因此，一定要注意污染物的排放。2005年有色金屬礦山采剝廢石1.6×10⁸t，產出尾礦約1.2×10⁸t，赤泥780×10⁴t，爐渣766×10⁴t；排放二氧化硫40×10⁴t以上，廢水2.7×10⁸t。這些“三廢”既是污染物，也能成為可利用資源。但是，當前我國有色金屬工業的“三廢”資源化程度還比較低，固體廢物利用率僅在13%左右；低濃度二氧化硫幾乎沒有利用；從工業廢水中回收有價元素大多數企業還是空白；除少數大型企業利用冶煉余熱發電外，大部分企業余熱利用率很低。我國有色金屬工業“三廢”資源化程度低，已成為產業發展的突出問題。

近年來我國有色金屬工業的年能源消耗總量已超過8000萬噸標準煤，約占全國能源消耗的3.5%。其中鋁工業萬元GDP能耗是全國平均水平的4倍以上。因此，有色金屬工業實現持續發展，必須堅持節能減排，推進清潔生產，從源頭削減“三廢”并實現廢物資源化。節能降耗減排是今后有色金屬工業發展的重中之重。