1.1　冶金工业生产与排污特征

1.1.1　钢铁工业生产与排污特征

（1）生产工艺与排污节点和特征

钢铁工业生产与工序相当复杂。目前，有两种工艺路线支配全球钢铁工业。这两种工业路线是“联合”法和电弧（EAF）法。前者常称为“长流程”，后者是指“短流程”。但两者之间的主要差异是它们所使用的含铁原料和种类不同。联合钢铁厂（或称为联合钢铁公司）主要使用铁矿石以及少量废钢，而电弧炉钢厂（或称电炉炼钢厂）则主要使用废钢，或越来越多地使用其他来源的金属铁，例如直接还原铁（DRI）。

联合钢铁厂首先必须炼铁，随后将铁炼成钢。这一工艺所用的原料包括铁矿石、煤、石灰石、回收的废钢、能源和其他数量不等的多种材料，例如油、空气、化学物品、耐火材料、合金、精炼材料、水等。来自高炉的铁在氧气顶吹转炉（BOF）中被炼成钢，经浇铸固化后被轧制成线材、板材、型材、棒材或管材。高炉-BOF法炼钢占世界钢产量的60%以上，联合钢铁厂占地面积很大，通常年产300万吨的钢厂，可能占地4～8km²。现代大型联合钢铁厂的主要生产工艺及节点排污特征如图1-1所示。

EAF炼钢厂是通过如下方式炼钢的：在电弧炉内熔炼回收废钢铁，并通过通常在功率较小的钢包炉（LAF）中添加合金元素来调节金属的化学成分。通常不需要联合钢铁厂所采用的炼铁工艺较复杂的流程，用于熔炼的能源主要是电力。但目前已在增长的趋势是以直接喷入电弧炉的氧气、煤和其他矿物燃料来代替或补充电能。与联合法相比，EAF厂占地明显减少，根据国际钢铁协会统计，年产200万吨EAF厂最多占地2km²。电弧炉钢厂生产工艺流程如图1-2所示。

（2）钢铁生产与排污特征

联合钢铁厂的生产涉及每一道生产工序，每道工序都需有不同投料（物料和能源），并排出各种各样的残料和废物。其中液态的有废水以及其中含有的悬浮物（SS）、油、氨氮、酚、氰等有毒有害物质；气态有CO₂、NO_x、SO₂、H₂S以及VOCs与烟尘等颗粒物；固态有尘泥、高炉渣、转炉渣、氧化铁皮、活性污泥与耐火材料等。其中主要成分的物料与能源的总平衡如图1-3所示。

EFA炼钢厂工艺流程主要投入和产出所产生的排污要比联合钢铁厂少得多，其排污特征与物料-能源平衡如图1-4所示。

应该说明的是，图1-3、图1-4与第8章有关的图8-1～图8-9的数据是通过世界有代表性的联合企业的不同来源获得的，所以，它们虽有代表性，但不是绝对准确的。该项工作是由联合国环境规划署工业与环境中心（UNEPIE）和国际钢铁协会（ⅡSI）经工程实例实测结果提出的。目前，他们正与一些成员国的公司在进行更详细的总结。

1.1.2　有色工业生产与污染特征

（1）生产方式与特征

根据我国对金属元素的正式划分与分类，除铁、锰、铬以外的64种金属和半金属，如铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、镉、汞等划为有色金属。这64种金属根据其物理、化学特性和提取方法，又分为重有色金属、轻有色金属、贵金属和稀有金属四大类。其中，重有色金属通常是指相对密度在4.5以上的有色金属，包括铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、镉、汞等；轻有色金属是指相对密度在4.5以下的有色金属，包括铝、镁、钛等；稀有金属，主要是指地壳上含量稀少、分散、不易富集成矿或难以冶炼提取的一类金属，例如锂、铍、钨、钼、钒、镓、锗等；贵金属主要是指金、银等。

有色金属冶炼方法有火法、湿法和电解法等，由于有色金属的物理化学特性各异，故其提炼方法各不相同。湿法冶炼是将精矿经过焙烧后产生的焙砂（或不焙烧直接用精矿），用各种酸基或碱基溶剂进行浸出，使精矿（或焙砂）中的金属进入浸出液中。由于浸出法除主要需浸出的金属外还有其他金属，所以要对浸出液进行净化，除去杂质元素，直到得到合格溶液后再进行电解，最后得到纯金属。

火法冶炼是在精矿中加入各种熔剂、还原剂生成金属品位较高的精矿粉，再经粗炼得到粗金属。最后用火法精炼或电解精炼制得纯金属。有些精矿在熔炼前还需要进行焙烧、烧结或制成球团等预处理。

例如轻有色金属铝工业的生产，我国虽起步较晚，但发展很快，目前已建成了比较完整的铝工业体系，已广泛应用于国民经济各个领域，在工业、国防和人民生活中占有十分重要的地位，为我国有色金属优先发展的品种。

有色金属工业生产品种繁多，由于生产产品种类不同，生产方式不同，故其能耗与排污状况也各不相同。

①重有色金属的冶炼　重有色金属的冶炼有火法冶炼与湿法冶炼。火法冶炼时含有大量烟尘与毒性气体，因水力冲渣和烟气洗涤，故其水质比较复杂，且含有各种重金属毒性物质。电冶炼有电炉渣，电解时则有阳极泥等固体废物。

湿法冶炼时产生大量重金属废水。精矿在焙烧时产生高温并含有大量重金属烟尘，在焙烧浸出时产生各种浸出渣，在电解时产生阳极泥等。

②轻有色金属的冶炼　轻有色金属冶炼的代表为铝工业的生产，有氧化铝、金属铝和铝加工。由于生产工艺与产品形态不同，故其能耗与排污状况也不相同。氧化铝冶炼所采用的方法有3种，即拜耳法、烧结法和联合法。生产氧化铝的原料是铝土矿；金属铝的生产原料除氧化铝外，还有冰晶和沥青。因此，氧化铝生产工艺产生的赤泥，电解铝厂产生的含氟烟气以及大量废炭块和废弃保温材料是最为严重的污染物。

镁生产方法有电解法和热还原法。镁冶炼烟气污染特征为氯气及其化合物，废水特征是酸性且含氯化物，固体废物为酸性废渣。

③稀有金属冶炼　稀有金属种类很多，且由于原料成分复杂，工业生产难以定型，因此，能耗与污染特征各异。总体而言，稀有金属污染特征为：对稀有金属原料采用湿法冶炼时，产生酸性废液、碱性废液，以及含有各种毒性物质，如镉、铬、砷、铍等盐类的废水；固体废物则有酸浸渣、碱浸渣、中和渣和各种毒性废渣。

如采用火法冶炼时，则产生还原渣、氯化渣、氧化熔炼渣以及有毒烟尘气。废气通常以氯气及其化合物为主。废水则多为酸性或碱性并且含多种重金属、稀有金属和放射性物质。

④贵金属冶炼　由于贵金属（如黄金）冶炼需要经过多道工序，一般而言，黄金冶炼厂的废水主要来自氰化浸金、电积和除杂等工序，相应的废水主要含氰和其他铜、铅、锌等重金属离子。火法冶炼时要产生一些含重金属的烟尘，也要产生一些废渣，但通常不直接废弃而采用回收利用。

有色金属冶炼利用的能源有煤炭、原油、天然气、电力、煤气、成品油、液化石油等，但以电力能源为主，占有色金属能源结构的65%以上；其次为煤炭和焦炭。在有色金属工业能源消耗中，铝、铜、铅、锌的能耗占有色工业总能耗的80%以上。

（2）污染特征与能耗状况

有色金属工业是高耗能产业。近年来，我国有色金属工业的快速发展在很大程度上依靠增加固定资产投资，扩大产业规模的粗放型发展模式。尽管通过推动先进技术，加强管理，推进清洁生产，有色金属工业的单位产品能源消耗和污染物排放出现下降趋势。但由于产量快速增长，能源消耗总量和污染物排放总量仍然不可避免地出现增长。

在能源消耗方面，我国有色金属工业能源消耗总量在不断上升。以2006年国内电解铝产量922×10⁴t，吨铝锭综合交流电耗按14661kW·h计算，当年我国电解铝生产用电量达到1352×10⁸ kW·h，比上年增长18.6%，超过同期国内发电量的增长幅度。2010年国内电解铝产量达到1200×10⁴t，按吨铝锭综合交流电耗达到14300kW·h的世界先进水平计算，国内电解铝生产用电量已达到1716×10⁸kW·h，比2006年增长26.9%。这种发展，将对实现国家经济和社会发展规划提出的单位GDP降低能源消耗20%的节能目标构成很大压力。

由于有色金属在生产过程中消耗大量矿产资源、能源和水资源，产生大量固体废弃物、废水和废气。因此，一定要注意污染物的排放。2005年有色金属矿山采剥废石1.6×10⁸t，产出尾矿约1.2×10⁸t，赤泥780×10⁴t，炉渣766×10⁴t；排放二氧化硫40×10⁴t以上，废水2.7×10⁸t。这些“三废”既是污染物，也能成为可利用资源。但是，当前我国有色金属工业的“三废”资源化程度还比较低，固体废物利用率仅在13%左右；低浓度二氧化硫几乎没有利用；从工业废水中回收有价元素大多数企业还是空白；除少数大型企业利用冶炼余热发电外，大部分企业余热利用率很低。我国有色金属工业“三废”资源化程度低，已成为产业发展的突出问题。

近年来我国有色金属工业的年能源消耗总量已超过8000万吨标准煤，约占全国能源消耗的3.5%。其中铝工业万元GDP能耗是全国平均水平的4倍以上。因此，有色金属工业实现持续发展，必须坚持节能减排，推进清洁生产，从源头削减“三废”并实现废物资源化。节能降耗减排是今后有色金属工业发展的重中之重。