由于铅回收的技术种类繁多,针对该类问题,巴塞尔公约等针对废铅蓄电池的无害化管理问题做出了较为详尽的规定,美国等发达国家也对铅回收的技术应用和环境管理做出了诸多规定,旨在推进可行技术的应用。而中国在该领域仍处于起步阶段,急需借鉴国外的先进经验,并在此基础上建立科学的方法规范技术的应用和实践管理行为。结合铅回收利用过程中的污染节点和环境风险,探索并构建中国铅回收过程污染控制可行技术。为指导企业选择合理的污染控制技术,为铅回收业全面提升环境保护水平、实现节能减排目标提供技术支撑,为环境技术管理体系的进一步完善提供技术保障,为再生铅技术选择及环境管理提供有力的技术支撑服务,建立合理有效的运行机制,在促进铅回收业发展的同时,使其达到更高的环境保护目标。
铅回收污染控制可行技术指标体系构建与评估
1. 铅回收污染控制可行技术指标体系构建
铅回收污染控制的实质是减少铅回收处理过程中的二噁英、铅粉尘、二氧化硫,以便实现保护人群健康及环境的目的。根据巴塞尔公约及国内外先进危险废物管理和处置实践要求,要彻底解决废铅蓄电池的管理和处理处置问题,推进铅回收业的可持续管理进程。中国目前废铅蓄电池管理和处置的最终目标是要建立既满足国际公约要求,又符合中国国情的铅回收技术,最终实现可持续的环境发展。铅再生有多种方案,众多的技术方案均有其各自的特点及适用性,推进一项铅回收技术在某地区的应用究竟应该考虑哪些因素?同时如何应用这些因素来最终确定技术的选择问题,应综合国际公约以及国际组织关于铅回收技术应用的选择标准,经研究和分析国内外技术应用状况。一项技术的选择应考虑如下因素:环境目标可达性、管理持续性、经济有效性及社会可接受性和有效性,如表1所示。
当前美国和欧洲等发达国家在选择其废铅酸蓄电池处置技术时都要考虑:处理能力、污染物排放、政策接受水平、空间要求、附属设施要求、废物减量、职业安全和健康、噪声和恶臭、自动控制、技术可靠性、商业化水平、技术和设备提供商背景、成本、社会及公众接受程度等因素。经综合国内外研究成果,对铅回收技术选择过程中所涉及的影响因素进行分析和总结,构建出中国铅回收技术评估指标体系,见表1。
每个方面又各自包含了许多指标因素,其中既有定量因素,又有定性因素,均反映了技术方案评价的整体性、综合性、相关性和阶层性。实际上,一项技术的成功应用最终要体现在工程上,而铅回收技术工程技术方案的综合评价是一个由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统,涉及技术、经济、环境及社会制约等方面,基于中国铅回收设施在推进可行技术应用方面还存在着较大的差距。尤其是在中国履行斯德歌尔摩公约和巴塞尔公约,加严二噁英等相关标准限值的特定背景下,如何针对原有和新建再生铅企业采取相应的技术优化措施尤为重要。
2.铅回收污染控制技术分析与评估
(1)铅回收火法污染控制分析与评估
铅回收火法工艺是国内外广泛采用的一种处理废旧铅蓄电池的工艺。火法铅回收处理装置是一个系统工程,充分体现了各个系统的不同功能以及不同系统之间的衔接性。因此,对于一套设施的性能评价一方面要结合不同火法工艺的总体系统构成特点来考证,另一方面还要根据不同的火法设施配置做到因地制宜。不同类型的火法铅回收处置技术具有不同的使用范围。
富氧底吹熔炼工艺是中国自主开发的铅熔炼技术,该工艺能很好地解决铅冶炼烟气制酸和铅烟尘的污染问题。其优点在于工艺流程简单、环境好,能实现清洁生产。其缺点在于弃渣含铅量较高,弃渣存在环境风险,能耗相对较高。该技术适用于硫化铅精矿与再生铅铅膏混合熔炼的大规模冶炼企业。
短回转窑熔炼工艺是以欧洲发达国家为代表,普遍采用的再生铅熔炼工艺,该工艺属间断熔炼法。该工艺的优点是机械化程度高,作业灵活,生产过程清洁。其缺点在于弃渣含铅量高,能耗较高,间断作业。该工艺适用于块料、粉料的处理,适用范围广。
反射炉熔炼是中国再生铅行业使用最多的技术。其优点在于投资少,运行成本低,操作简单。缺点在于间断操作,单炉处理能力低,金属回收率低,重金属污染重,能耗高,生产效率不高。该技术适用于小型再生铅冶炼企业。竖炉熔炼是从原生铅冶炼发展起来的,该工艺的优点在于原料适应性强,过程易于控制。其缺点在于污染重,能耗高,金属回收率低,生产效率低。该技术适用于小型再生铅冶炼企业。除了以上炉型所涉及的主体设施外,还应包括围绕废铅蓄电池收集、运输、处置全过程的其他辅助设备。
(2)铅回收湿法污染控制分析与评估
电解沉积技术是以经过特殊处理的石墨板为惰性阳极,以纯铅作阴极,将脱硫料加入到浸出反应槽中,与H2SiF6和铅电沉积产生的贫铅电解液反应,得到富铅电解液进行电化学反应析出铅的湿法冶金技术。该技术具有物料适应性强,过程清洁,产品质量高,铅回收率高,无铅尘、铅蒸气和铅渣产生等优点。其缺点在于能耗较高。
固相电还原技术是以不锈钢作阴阳极板,将铅膏均匀填充在具有特殊结构的阴极框架中,然后将阴、阳极板放入装有以Na0H为主要介质的碱性溶液的电解槽中,通入直流电进行电解产生铅的湿法冶金技术。该技术具有流程简单、占地少、投资省、铅回收率高、过程清洁等优点。其缺点是碱耗高。
湿法铅回收技术在中国应用较晚,2009年中国第一套预脱硫—电解沉积成套设备才开始在浙江某电源公司投入运行,同年8月中国第一套规模化固相电还原成套设备开始在安微某电源技术有限公司投入运行。
废铅蓄电池处理技术适用性分析与评估
1.处置对象适用性比较
废铅蓄电池回收技术的适应范同是进行技术应用的基础,不同废铅蓄电池处理技术适用范围如表2所示。
2.处理技术规模适宜性比较
废铅蓄电池处理技术规模适宜性是进行技术选择的基础,不同废铅蓄电池处理技术规模适宜性如表3所示。
从表3可以看出,富氧底吹熔炼炉、短回转窑、电解沉积是适用于较大规模的再生铅技术;竖炉、固相电还原适用于规模中型的再生铅技术;而反射炉适合以小规模的再生铅技术。
3.处理技术可靠性比较
火法铅回收技术对不同的含铅物料具有较高的适应性,因其能使废铅蓄电池等含铅物料处理达到资源化、无害化、减量化的处理目的而得到较大的应用。但是,目前国内在运行的反射炉技术设备水平难以支撑其设备的可靠性。中国反射炉冶炼门槛低,市场混乱,实际运营中往往偏离原设计的理论冶炼工艺,运行效果差,污染重,能耗高。根据未来发展需要,大部分属于面临改造或者淘汰范围。
而对湿法铅回收技术而言,无论电解沉积技术还是固相电还原技术均具有较强的适应性,由于生产过程清洁、节能环保,随着技术的进步和发展,代表着未来铅回收技术的发展方向。
4.处理技术污染物排放比较
火法铅回收技术在处理废旧铅蓄电池等含铅物料的过程中还产生二氧化硫、二噁英以及重金属等污染物质,环境风险较大。湿法铅再生技术方案是一种替代火法冶炼的环境友好技术,其连续式的运行方式和工艺使该技术具有操作简单、产品质量稳定、生产过程清洁、节能环保等特点。与火法铅冶炼技术相比,湿法铅回收过程可以实现污染过程控制,避免铅、硫及二噁英等污染物的产生,可以实现废水“零”排放。
5.处理技术建设投资和运行成本比较
同火法铅回收技术相比,湿法铅回收技术的单位建设投资较高,而单位运行成本较低。从建设投资来看,湿法铅回收设施因需要大量的铜、钛等价值非常高的设备,自动化程度高,因此其单位建设投资较高,同规模的相比,建设成本一般为火法铅回收设施的2~3倍。从运行成本来看,一般情况下可认为湿法铅回收技术由于实现过程控制污染,后续环保治理设施处理成本较低,其运行成本与火法冶炼技术基本相当,面对当前环境形势的严峻性,随着国家《重金属污染综合防治规划》的实施,其运行成本的优越性会逐步显现,使得该类技术更具有吸引力和竞争力,产生的废水、废气量小,易于处理,处置效果较理想。
6.处理技术管理匹配性比较
无论是火法铅冶炼设施还是湿法铅回收设施,在管理方面都处于一个不断进步和发展的过程。为了规范废铅蓄电池处理的工程建设,环境保护部于2010年颁布实施了《铅回收业清洁生产标准》和《废铅酸蓄电池收集和处理污染控制技术规范》,从建设和运行两个方面提出了严格的要求。2010年还颁布实施了《再生铅能耗限额标准》,对于再生铅行业节约能源起到了较好的约束作用。工信部即将颁布的新的《再生铅行业准入条件》进一步提高了准入门槛,规范不同再生铅技术的管理。
作者单位:沈阳环境科学研究院
(责任编辑:朱竹)