镀锌废弃物的综合处理
王传璐1王伟2郑晓华1张明熹1李锋锋1蔡永丰1杨文毅1李晶华1沈毅3
(1．河北联合大学轻工学院，河北省无机非金属材料重点实验室，河北唐山063000;2．唐山科技职业技术学院冶金系，河北唐山063000;3河北联合大学材料科学与工程学院;河北省无机非金属材料重点实验室，河北唐山063009)
摘要：主要针对镀锌废弃物，包括废气，废水和固体废弃物，阐述其特点及对人体和环境的危害。并分别就近年来国内外对镀锌废弃物的处理方法和再利用进行了综述。
关键词：镀锌废弃物综合利用三废处理
镀锌作为黑色金属的优良防护性镀层，应用相当普遍，在机电、建筑、五金等行业几乎占各镀种的60%～70%。各种颜色的钝化膜的使用，不仅增加了装饰效果，而且也提高了耐腐蚀性［1］。但随着人们对镀锌工艺不断的开发和推广，产生了大量对环境、人体有害的物质。工业三废对环境质量的影响日益严重，尤其是重金属污染。进入土壤中的重金属不但影响土壤肥力和农产品品质［2，3］，同时会经水、空气、作物等传输途径在动植物体内富集。其中的一些重金属剧毒物质，具有致癌、致畸和诱发基因突变的作用，从而给人类带来健康风险［4，5］。所以对工业三废的回收处理工作迫在眉睫，工业三废的回收处理及再利用不仅可以实现不可再生资源的回收利用，同时也减轻了对环境的污染和对人类健康的危害。
1·镀锌的方法分类
镀锌分为两种:热镀锌(热浸镀锌)和冷镀锌(电镀锌)。电镀锌就是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。其分为氯化物镀锌、氰化物镀锌、锌酸盐镀锌。热镀锌是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法。其中热镀锌有国家标准，冷镀锌是国家不提倡的，其污染性较大。
2·镀锌废弃物和处理方法
2．1废气处理方法
对于废气的处理，应从源头上减少废气的产生，才能真正的解决实质问题，可采取的措施有:尽可能避免有毒有害的原辅材料使用;工艺过程中尽量采用低浓度的酸液，从而减少酸雾的产生;在铬酸溶液，盐酸溶液等易挥发酸液中添加酸雾抑制剂、对酸液容器加盖等来抑制酸雾的产生等。将整体预防的环境战略持续运用在源头控制和生产过程中。
2．1．1优化收集装置处理法
刘克［6，7］融合质量机能展开(QualityFunctionDeployment—QFD)和对发明问题解决理论(TＲIZ)在设计方面的理论优点，对批量热浸镀锌池上方废气收集装置的总体方案设计进行研究，并结合模糊综合评价(FCE)进行总体方案的评价，最终归纳出适宜新产品开发与创新的QFD/TＲIZ/FCE设计模型。为批量热浸镀锌池上方废气收集装置建立了一套比较完善的设计方法，为提高我国批量热浸镀锌池上方废气控制和收集装置的设计水平奠定了理论和设计基础。
镀锌废气主要为含金属的白烟及工业盐酸挥发产生的酸雾。对于对人体健康有威胁的气体，成都电力线路器材料厂目前设计了槽边吹吸式排气装置以加强抽气效果，就是将酸雾集中通过气体洗涤器净化后再排入大气［8］。广西送变电建设公司铁塔厂对产生的白烟进行侧面抽风、移动罩收集、固定罩收集系统的收集处理;然后用布袋式过滤系统再对烟尘进行过滤处理，最大限度地减少排放;酸雾通过抽风收集再进行喷淋处理［9，10］。
2．2废水处理法
镀锌废水中的主要污染物有Cr6+、总铬、Zn离子，尤其是Cr6+属于国家控制的一类污染，规定必须在车间内进行处理，达标后才能排放。镀锌废水的治理方法有很多种，从生产工艺上对镀锌废水进行处理的较为常见，也有利用一些手段对镀锌废水进行处理，如化学处理法、微生物技术法、离子交换法。
2．2．1改造工艺处理法
较多企业选择了从改造生产工艺方面对镀锌废水进行处理。河北省衡水市王计彬［11］发明了一套镀锌液回收装置，此实用新型采用镀锌液回收装置，液体带出量极低，从而降低了材料消耗，减少了污水排放的污染，由于带入的残余液体很少，故可采用固定水清洗，每班更换一次，排出的水完全返回镀槽重新利用，从而达到真正的零排放，操作简单，安装方便，适用于各种线材镀锌机。日本鹿岛钢铁厂用水和废水处理采用一套有较完整的用水、废水处理和回用系统，其主要应用的是《闭路循环》技术［12］。
2．2．2化学处理法
化学处理也是镀锌废水处理的一种常用手段，具有操作简单、投资小、且能够达到理想效果的方法［13～16］。蒋仁德等［15］将石灰乳浆制为散灰溶于废水，沉淀Zn(OH)2胶体，另含有微量的钙，用硫酸溶解后，完全可回用于镀槽，其处理后的排放水达到国家规定的排放标准。焦永侠等［16］采用活性炭、石灰乳和铁屑处理电镀锌废水，由于铁屑与活性炭可以形成原电池加速了铁屑还原Cr6+得到Cr3+的过程，加入石灰乳调节pH值至7～8，使Cr3+、Zn2+等重金属离子发生沉淀，另外，可以通过控制铁屑与焦炭的投放比例，废水中的酸碱度控制及接触时间达到处理镀锌废水最佳效果。
2．2．3固化微生物处理法
固定化微生物技术是指固体废弃物经过微生物经固定化后，对有毒物质的承受能力及降解能力都明显提高。固定化微生物是一种新兴而有效的废水处理技术，并发展了多个分支，包含无载体固定化法、吸附法、包埋法、共价结合法、介质截留法［17，18］等。其中，内聚营养源SＲB污泥固定化技术是基于SＲB污泥在处理重金属废水过程中对内、外环境的营造，在苛刻环境下(酸性、金属离子等)能够快速、高效处理重金属废水，同时，极大地降低出水有机物的浓度，避免外加营养源带来的二次污染［19］。其中，混合种群固定化生物反应器用于处理含锌废水。采用内聚营养源SＲB污泥固定化技术，不但能够去除重金属离子，而且能保证出水COD达标排放，更能够实现多次循环使用。
2．2．4离子交换处理法
离子交换法［20，21］是利用阳离子交换树脂、阴离子交换树脂处理电镀工业各种含钾盐镀锌废水。李健等较为详尽地评述了近年来沸石、腐植酸物质、离子交换树脂、黄原酸酯、离子交换纤维等各种离子交换材料的发展，以及离子交换技术在治理重金属电镀废水中的应用。
2．3固体废弃物
金属锌冶炼、热浸镀锌和锌铸件加工等生产过程中都会产生大量含锌废渣，其中包括锌烟、锌灰、锌渣、锌浮渣等。目前，对锌灰、锌渣的处理工艺按最终产物大致分为再生金属锌和生产化工产品两大类。
2．3．1再生金属锌处理法
我国每年金属锌大量用于钢材镀锌防腐，镀锌过程中产生大量的锌渣，这是重要的再生锌原料来源。对高含量的含锌废渣直接熔铸成锌渣阳极再通过电解精炼制备高纯锌，采用的电解液体系主要有ZnSO4－H2SO4和Zn(//)－NH3－NH4CI体系。李运刚［22］从理论上分析了可溶阳极电解处理热镀锌废渣新工艺的可行性。对阳极中铁的行为、电解液中的铁离子对电流效率的影响和阴极析出质量的影响、铁离子的最高允许浓度、电解液中硫酸的最佳浓度这四个问题进行了试验研究。袁训华等［23］根据锌蒸气压在其熔点附近呈指数关系增加的物理、化学特性，在常压下制备研究了再生回收方法。董安平等［24～26］通过研究高频高变磁场作用下分离去除锌液中Fe－Al－Zn渣相的方法，发现锌渣分离效率与电磁力的改变成正比关系。即当磁场频率为17．5kHz，磁感应强度0．1T，于0．8～2．0s内10μm粒度锌渣的分离效率从55．05%提高到82．49%。
2．3．2生产化工产品处理法
生产化工产品是含锌废料另外一种有效的回收利用方法。刘俊等［27］以含锌废渣为原料，制备锌产品的工艺条件，主要对酸浸取，氧化除铁、锰和置换除去重金属元素等过程的工艺条件进行了研究，制得了碱式碳酸锌和氧化锌两种锌产品，其纯度分别大于96%和95%，锌回收率达到80%以上。张寒霜［28，29］针对苏州钢厂废镀锌板炼钢粉尘中锌主要以氧化锌和铁酸锌形式存在的特点，从热力学，动力学方面分析，探索了氧化锌和铁酸锌的浸出机理，在此理论基础上进行了二段浸出、除铁、萃取锌的试验研究。另外，近年来纳米材料在光、电、热、力等方面表现出了体相材料无法比拟的性能，因此采用工业废弃物制备高性能的纳米功能材料也为研究的热点［30］。马红周等［31］通过对热镀锌渣的浸出液采用直接沉淀法制备纳米氧化锌的工艺进行了研究，主要对影响纳米氧化锌粒度的一些因素进行考查。
3·结语
中国镀锌行业必须推行洁净生产，实现走可持续发展道路的战略目标，热镀锌工业的清洁生产实施还面临着许多的挑战，如执行的动力不足，缺乏资金及技术来源等。但最重要的是让企业管理者建立环保，节约的思想观念，只有这样才能使清洁生产真正在镀锌行业中得到推广，在保护生态环境的同时，持续，快速，健康地发展。
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