地球環(huán)境研究所在固廢資源化研究領(lǐng)域取得系列新進(jìn)展

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，礦產(chǎn)資源需求攀升導(dǎo)致礦山固廢堆存量激增，礦山固廢全量資源化利用是減輕環(huán)境壓力、緩解資源短缺的有效途徑。然而，由于礦山固廢組分復(fù)雜，存在污染風(fēng)險(xiǎn)高、高附加值轉(zhuǎn)化技術(shù)匱乏等難題。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，我所固廢資源化利用團(tuán)隊(duì)近期在鉛鋅尾礦的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、鋅冶煉煙化爐水淬渣和粉煤灰的高值化利用新技術(shù)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果如下：

一、秦嶺鉛鋅尾礦環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

秦嶺地區(qū)鉛鋅尾礦數(shù)量眾多，但其風(fēng)化行為與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究較少。團(tuán)隊(duì)以陜西秦嶺東南麓某處鉛鋅尾礦剖面為研究對(duì)象，詳細(xì)分析了不同深度鉛鋅尾礦粒度、化學(xué)組成、礦物組成、微觀形貌和風(fēng)化指數(shù)，結(jié)合尾礦重金屬浸出試驗(yàn)，系統(tǒng)評(píng)估了不同深度鉛鋅尾礦重金屬的污染指數(shù)與浸出行為，并提出了減緩秦嶺地區(qū)鉛鋅尾礦重金屬遷移的控制措施。該成果由博士研究生胡神濤為第一作者，周衛(wèi)健研究員為通訊作者。

圖1 不同條件下鉛鋅尾礦重金屬的浸出濃度與浸出率

二、鋅冶煉煙化爐水淬渣有價(jià)組分高效分離提取

水淬渣作為冶金工業(yè)產(chǎn)生的一種常見固體廢棄物，因其高含鐵量、顯著的玻璃體結(jié)構(gòu)特征、高堿度特性以及高硅鈣含量等性質(zhì)，導(dǎo)致難以通過常規(guī)工藝實(shí)現(xiàn)高效、高附加值資源化回收。本團(tuán)隊(duì)以鋅冶煉煙化爐水淬渣為原料，采取超聲波輔助強(qiáng)化及二段浸出工藝，并通過響應(yīng)曲面法建模優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，最終使水淬渣中的鐵、鋅元素浸取率大于93%，銅浸取率大于87%。酸浸溶液經(jīng)聚合、干燥生產(chǎn)、除雜精制、銨法合成等多級(jí)工藝，最終生產(chǎn)純度大于99.7%的電池級(jí)磷酸鐵產(chǎn)品。新技術(shù)具有資源利用率高、產(chǎn)品質(zhì)量具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、原料環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，這一方法的提出，為高含鐵固廢的高附加值化回收提供了新的思路，提升了傳統(tǒng)固廢回收方法的效率和效益。標(biāo)志著團(tuán)隊(duì)在一系列尾礦綜合利用的工業(yè)化試驗(yàn)之后，在固廢資源化利用方面研究的又一原創(chuàng)性成果。該成果由博士研究生李璇為第一作者，周衛(wèi)健研究員為通訊作者。

圖2 水淬渣分離回收有價(jià)金屬元素并制備高純磷酸鐵產(chǎn)品

三、粉煤灰常壓制備X型分子篩

我國(guó)粉煤灰年排放量位居世界首位，其大量排放與堆存帶來了顯著的生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。本團(tuán)隊(duì)提出了一種新型的粉煤灰基分子篩制備方法：通過常壓下堿熔和兩步老化法，將粉煤灰制備成具有微孔-介孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的X型分子篩（ZX-CFA）。吸附實(shí)驗(yàn)表明，ZX-CFA對(duì)Cu2+/Sr2+共存體系的最大吸附容量達(dá)134.0 mg·g-1，且對(duì)Cu2+具有選擇性吸附能力。研究基于“以廢治廢”思路，提出了一種經(jīng)濟(jì)型的粉煤灰基分子篩合成方法，所制備分子篩對(duì)典型重金屬及放射性元素表現(xiàn)出良好的吸附性能，為粉煤灰的高值資源化利用提供了一種新方案。該成果由博士研究生王美霞為第一作者，周衛(wèi)健研究員和熊曉虎博士為共同通訊作者。

圖3 粉煤灰基多級(jí)孔結(jié)構(gòu)X型分子篩的常壓制備及其對(duì)金屬離子的吸附

以上相關(guān)成果近期分別發(fā)表于《Applied Geochemistry》、《Journal of Environmental Chemical Engineering》和《地球環(huán)境學(xué)報(bào)》（錄用，待擬刊），得到了黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)項(xiàng)目（SKLLQGZD2101），陜西省技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)專項(xiàng)（2024QY-SZX-31）和西安地球環(huán)境創(chuàng)新研究院院級(jí)科研基金項(xiàng)目（XAIIEER2309）的共同資助。論文詳細(xì)信息如下：

Hu,S.;Xiong,X.;Li,X.;Wang,M.;Xu,D.;Zhou,W.*,Distribution and leachability of heavy metals from lead-zinc tailings with different degrees of chemical weathering in the Qinling Mountains. Applied Geochemistry 2025,189,106434. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2025.106434.

Li,X.,Xiong,X.,Hu,S.,Wang,M.,Sun,Y.,& Zhou,W*. (2025). Efficient Recovery of Metals from Zinc Smelting Slag via Ultrasonic-Assisted Leaching and Synthesis of High-Purity Ferric Phosphate. Journal of Environmental Chemical Engineering,117616.?https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.117616.

王美霞，熊曉虎，孫悅，胡神濤，李璇，許東東，張銀，周衛(wèi)健*.2025.粉煤灰基多級(jí)孔結(jié)構(gòu)X型分子篩的常壓制備及其對(duì)金屬離子的吸附機(jī)制研究[J].地球環(huán)境學(xué)報(bào). 2025. （已錄用）