铝灰渣具有环境危害特性而被列入《国家危险废物名录》严格管理;但铝灰渣中含有高含量铝,因此也具有铝资源化的利用价值。本文跟踪铝灰渣最新环境管理法规要求,梳理了铝灰渣主要成分与环境危害特征,特别是其重金属浸出毒性和Al/AlN反应性,分析了铝灰渣环境风险源,并对其环境健康风险进行了评估。综述了当前铝灰渣无害化处置和资源化利用技术进展,无害化处置包括湿法、火法及其联用方法,资源化利用主要为生产水质净化材料、建筑材料、耐火材料等。最后提出了铝灰渣安全绿色处置技术研发要点,为未来铝灰渣有效环境管理提供技术保障。

由氮、磷超标导致的水体富营养化是全球面临的水环境污染问题之一。本文以工业副产物钢渣为研究对象,研究了初始pH值、初始磷质量浓度、钢渣投加量和反应时间等因子对机械球磨改性钢渣除磷的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)分析了钢渣除磷机制。结果表明,机械球磨可显著增加钢渣比表面积,由改性前的0.78 m²/g提高至4.39 m²/g;pH=9、投加量1.0 g/L、反应时间24 h为最佳除磷参数条件,此时吸附容量为7.64 mg/g。钢渣吸附除磷满足准二级动力学模型,吸附等温线满足Langmuir等温吸附模型,机械球磨钢渣除磷受物理和化学吸附双重因素控制,以单分子层化学吸附为主,同时伴随化学沉淀和表面络合作用。

实验采用AMICS自动矿物分析系统,系统研究了高炉渣—碳化渣—氯化残渣全流程的矿物学特征及钛的赋存转化规律。结果表明,高炉渣中钛主要以钙钛矿(51.76%)、富钛辉石(26.96%)和钛透辉石(21.17%)形式存在,矿物结晶顺序为金属铁>钙钛矿>富钛辉石>钛透辉石。高温碳化过程使钙钛矿中的钛转化为碳化钛,碳化钛颗粒(0.5～5 μm)被钛辉石包裹,金属铁周边形成碳化钛包覆层。低温氯化过程表现出显著的选择性,大部分碳化钛被成功氯化,残渣中钛辉石含量升至94.90%(质量分数,下同),未反应的碳化钛(3.38%)主要分布在钛辉石中心,裂隙发育区域表现出更完全的氯化反应程度。研究结果揭示了钛在高炉渣资源化利用过程中的相转变规律,为提高钛的回收利用效率提供了理论依据。

生活垃圾焚烧飞灰因含有重金属及二噁英类物质(PCDD/Fs)等有害成分,被归类为危险废物。飞灰经固化/稳定化处理后进行卫生填埋是当前主流处置方式,但该方法存在土地资源消耗大及二次污染风险等弊端,难以适应城市可持续发展的需求。焚烧飞灰富含 CaCO₃、SiO₂、Al₂O₃等有效矿物成分。随着垃圾焚烧技术的快速发展,其资源化利用已成为重要发展方向。本文系统阐述了焚烧飞灰的形成机制、基本组成及典型物理化学性质;分析了飞灰中重金属的主要来源与迁移转化行为;进而探讨了飞灰中PCDD/Fs的形成途径;比较了不同地域和季节飞灰污染物含量的差异特征;最后,基于飞灰的主要组分,重点评述了具有代表性的飞灰资源化处置技术及重金属分离提取技术的进展。

对申报品名为“铅精矿粉”和“铅锌矿”的两种样品,进行了固体废物属性鉴别分析。通过元素含量、物相组成、微观形貌、粒径分布等特征检测与分析,发现这两种样品分别为含铅烟尘和铅火法冶炼渣。“铅精矿粉”样品的主要元素组成为铅、硫、锌、锡、氯、铜等,主要物相为硫酸铅、碱式氯化铅和锡酸锌,粒度极细,微观形貌为极细的小球状聚集体,与常见铅矿特征不符,是环境治理过程中产生的含铅烟尘。“铅锌矿”样品的主要元素组成为硅、锌、铁、钙、铝、铅,主要物相为锌黄长石、硅锌矿、硅酸锌钙和方铅矿,微观形貌呈蜂窝状孔洞结构,是铅火法冶炼渣。根据GB 34330—2017鉴别两个样品均为固体废物。

本文建立“进口铜米”的固体废物属性鉴别方法,综合运用外观目视结合超景深显微镜观察微观形貌,通过 X 射线荧光光谱(XRF)、X 射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析夹杂物成分、物相及特征元素,利用红外碳硫分析仪检测石墨含量,采用高频熔样炉对样品能否作为高品质再生铜原料直接投炉使用进行考察。结果表明:样品整体呈黑色片状,经120目筛分后筛下物占比6.0%且颜色深黑;显微镜下物料呈褶皱形态,表面附着黑色物质并夹杂大量黑色颗粒;XRF、XRD和红外碳硫分析仪联合检测发现样品含大量石墨、铜及少量镍酸锂等;高频熔样试验中,样品熔融时产生明火浓烟,形成大量熔渣且无法铸成致密金属块,金属回收率仅58.7%。上述特征既不符合GB/T 38471—2023《再生铜原料》要求,又与常规再生铜原料存在显著差异,其夹杂物组成与锂电池石墨负极材料特征高度吻合。结合锂电池石墨负极材料导电集流体铜箔回收工艺分析,依据GB 34330—2017《固体废物属性鉴别标准 通则》,判定该样品为来源于锂电池石墨负极导电集流体铜箔回收料的固体废物。

石膏渣作为湿法炼锌过程中产量最大的渣料,其浸出毒性鉴别对于实现科学管理及资源化利用意义重大。本法采用硫酸硝酸法对锌冶炼副产石膏渣开展毒性浸出试验,将浸出液经 0.45 μm 微孔滤膜过滤后,选择硝酸进行消解处理;采用水平观测方式,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对砷、钡、镉、铬、铜、镍、铅、硒、汞、锌这 10 种元素进行测定,由此建立了锌冶炼副产石膏渣毒性浸出液中砷、钡、镉、铬、铜、镍、铅、硒、汞、锌的测定方法。实验结果表明,各元素校准曲线线性关系良好,线性相关系数均不小于 0.999 9;各元素检出限为0.000 92~0.006 4 mg/L。按照实验方法对锌冶炼副产石膏渣毒性浸出液中10种元素进行测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为1.1%~9.9%,加标回收率为90%~115%。分别采用本法与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对锌冶炼副产石膏渣毒性浸出液中10种元素进行测定,结果表明两种方法的测定值基本一致。

废弃三元催化剂中铂、钯、铑的准确测定对贵金属催化剂回收利用具有重要意义。废旧催化剂因为使用条件复杂,表面贵金属已经被氧化,即使采用微波消解法,也很难将贵金属氧化物彻底溶解,导致铂、钯、铑的检测结果偏低。实验首先采用氢还原法对废旧催化剂中的金属氧化物进行还原,还原后表面的金属氧化物转化成金属单质,再选择15 mL盐酸-3 mL过氧化氢体系,利用微波消解法消解样品,最后使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铂、钯、铑,从而建立了氢还原-微波消解-ICP-AES测定废旧三元催化剂中铂、钯、铑的方法。实验对微波消解程序进行了优化,确定在180 ℃消解30 min,能将废旧催化剂中铂、钯、铑完全溶解。铂、钯和铑的质量浓度为1~20 mg/L时与其对应的发射光谱强度呈良好的线性关系,校准曲线的线性相关系数均不小于0.999 9。方法中铂、钯和铑的检出限为0.000 08%～0.000 11%(质量分数,下同),定量限为0.000 25%～0.000 38%。按照实验方法测定废旧三元催化剂中铂、钯、铑,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)不大于2.0%;加标回收率为96%~104%。3个实验室分别按照本法测定同1个废旧三元催化剂样品中铂、钯、铑,结果相吻合。

汽车报废量激增,尾气催化剂作为“城市矿山”,其铂、钯、铑等铂族金属品位远超原生矿。因此准确测定铂、钯、铑含量,是优化回收工艺、避免金属流失、释放经济价值、保障资源安全的必要前提。实验首先将样品在600 ℃焙烧4 h,再加入混合熔剂(0.7 g镍粉,0.35 g硫粉,1.5 g硫化亚铁,40 g碳酸钠,5 g二氧化硅,40 g硼砂,1 g面粉),于1 050 ℃熔融60 min,加1.0 mg碲共沉淀分离后,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铂、钯、铑,从而建立了锍镍试金富集-ICP-AES测定废汽车尾气催化剂中铂、钯、铑的方法。按照实验方法测定废汽车尾气催化剂样品中铂、钯、铑,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)不大于 5.5%;加标回收率为99.8%～100.4%。实验方法用于测定汽车催化剂国际标准样品SRM2556中铂、钯、铑,测定值与标准值吻合良好。本法采用小锍镍试金技术,在确保铂、钯、铑高效捕集的同时,大幅降低镍粉消耗。所得小型镍锍扣具备良好的粉化与溶解性能,配合碲共沉淀和氯化亚锡分离工艺,经王水溶解后结合ICP-AES检测,有效消除贱金属干扰,显著提升贵金属含量测定的精准性。

焊接烟尘成分复杂,无机酸难以实现完全消解,而碱熔融制样过程中,高盐分引发的基体效应显著,致使测定结果波动剧烈。本法首先采用高温(740 ℃)碱熔处理样品,酸化后再分取母液并稀释以降低盐分浓度,并以氯化钠作为基体配制标准溶液系列,有效消除基体效应的影响,建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定焊接烟尘中铝、锰、铁、铬、钛、硅、铅的方法。样品中共存元素对各元素的测定无影响。各元素校准曲线的线性相关系数均大于0.999 9;方法中各元素的检出限为0.000 6%～0.016 2%(质量分数,下同),定量限为0.003%～0.081%。按照实验方法测定焊接烟尘样品中铝、锰、铁、铬、钛、硅、铅,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.66%～1.3%,加标回收率为99%～110%。

微硅粉是一种二氧化硅含量较高的冶炼固体废弃物,准确测定二氧化硅含量,对微硅粉的再利用具有重要意义。实验使用2.0 g碳酸钠-硼酸-过氧化钠的混合熔剂高温熔融处理0.300 0 g样品,在1 000 ℃熔融30 min后,使用盐酸酸化,其中的二氧化硅全部转化为硅酸;以15 mL 0.50 g/L聚氧化乙烯溶液作为凝聚剂将硅酸凝聚,经过滤、灼烧,称量得到沉淀的二氧化硅;再使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定滤液中的少量二氧化硅;两者相加得到微硅粉中二氧化硅含量。按照实验方法测定3个微硅粉样品中二氧化硅,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为0.19%～0.23%。实验方法用于测定硅质砂岩标准物质GBW03114中二氧化硅,测定值为89.50%,与认定值89.59%相符合。方法所用试剂成本低,方法排放废物少,符合绿色发展要求。

我国是铜、锌消费大国,含铜、锌物料进口量十分巨大,其氟和氯含量的测定对于保障生态环境安全及保护设备具有重要意义。本文建立了燃烧炉-离子色谱法测定典型含铜、锌物料中氟和氯含量的方法。试验对燃烧条件进行了优化,确定称样量为30 mg,助燃剂三氧化钨与样品的质量比为1∶1,燃烧温度为1 100 ℃,燃烧时间为300 s,补水速度为0.2 mL/min。结果表明:氟和氯的质量浓度分别在0.20～4.0 μg/mL和0.10～2.0 μg/mL时与峰面积呈良好的线性关系。方法中氟和氯的检出限分别为7.71 mg/kg和2.86 mg/kg,定量限分别为25.71 mg/kg和9.52 mg/kg。实验方法用于测定3个含铜物料或含锌物料样品中氟和氯,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.74%～2.1%。按照实验方法测定铜矿标准物质和铜精矿标准物质中氟和氯,结果与认定值/参考值相一致。按照实验方法测定氧化锌富集物标准样品(SYDK101、SYDK102)中氟和氯,结果与标准值相吻合。方法可实现铜、锌物料样品直接进样,燃烧、吸收和测定过程连续自动化,为含铜、锌物料的进口快速测定提供技术支持。

湿法炼锌浸出渣中银含量是贸易结算的关键指标,准确测定意义重大。湿法炼锌浸出渣经多阶段处理后,化学稳定性强、难溶性高,常规王水体系无法彻底分解。实验采用氟化铵-盐酸-硝酸-高氯酸体系消解样品,在10%盐酸介质中,使用空气-乙炔火焰,以328.1 nm为测定波长,使用火焰原子吸收光谱法(FAAS)测定浸出渣中银。实验表明,5 mL 饱和氟化铵溶液可有效去除二氧化硅。校准曲线中银的线性范围为0.25~1.50 μg/mL,校准曲线的线性相关系数r为0.999 6;方法的检出限 6.08 mg/kg,定量限为 20.0 mg/kg。按照实验方法测定湿法炼锌浸出渣实际样品中银,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)1.2%~1.8%;加标回收率 96%~103%;测定结果与火试金富集-重量法相吻合。

随着钢铁固废资源化加速推进,化学湿法分析因效率低、操作繁琐,难以满足工业化快速精准检测需求。为此,本文建立了熔融制样-X射线荧光光谱法(XRF)测定冶炼含铁固废再生物中TFe、SiO₂、CaO、MgO和Al₂O₃等5种组分的方法。首先将样品在800 ℃灼烧120 min进行预处理,然后采用m(Li₂B₄O₇)∶m(LiBO₂)=2∶1的混合熔剂,按稀释比1∶12,在1 050 ℃熔融12 min;引入氧化钴内标校正高含量铁,消除基体效应对其测定的影响。各组分校准曲线线性相关系数均大于0.998。按照实验法测定窑渣、渣铁粉、球磨铁粉、冷压球样品中各组分,结果的相对标准偏差(RSD,n=5)均小于1.5%;与重铬酸钾滴定法(GB/T 6730.65—2009)测TFe、电感耦合等离子体原子发射光谱法(GB/T 6730.63—2024)测SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃的结果高度吻合。本法为钢铁固废资源化成分监控提供了高效精准的技术方案。