3.3　焚烧炉渣中关键元素的回收潜力

关键元素的这一概念来自欧洲，其主要的特点是高的供货风险（欧洲无法自我满足）、次级料源中低的回收率、有限的替代范围，同时对世界经济发展有着巨大意义（尤其对电子、电信和汽车工业）。基于此，欧洲对炉渣中关键元素的回收潜力非常看重，作了专门的研究与分析，这里介绍其中的成果。

位于丹麦哥本哈根地区的一家炉渣处理厂，就已经实施了有色金属分选的炉渣进行化学分析，如表3-5所示。

经过有色金属分选处理过的炉渣中，稀土元素（REE）的总浓度大约为110 mg/kg，最丰富的元素是La、Ce和Nd，浓度超过20 mg/kg。REE水平与其地壳内的丰度处于相同数量级，但它们比REE选矿矿石中典型的水平普遍低两或三个数量级。填埋场采矿作为REE的一个来源，正越来越受到关注；不过，最受关注的垃圾残余物是工业垃圾，如冶金矿渣、赤泥和矿山尾矿，它们可达到更高的REE浓度（例如高达5％的稀土氧化物），并且可获得的数量巨大。基于应用消解方法获取的结果，炉渣样品内表现出的REE浓度太低，无法考虑回收；而且，对含有大量杂金属的残余物，如生活垃圾焚烧炉渣，应用湿法冶金方法也是不合适的。

表3-5　处理后生活垃圾焚烧炉渣和炉渣不同组分中关键贵金属以及环境方面关注金属元素的含量分布　（mg/kg）

（续表）

注：数值以mg/kg报告，带有相对标准偏差、既有文献范围和典型的矿石浓度。已有的文献中，生活垃圾焚烧炉渣中钇元素的浓度在3.1～79mg/kg。

发现大部分的REE富集在较粗的焚烧炉渣材料中，尤其是Sc、Ce、Sm、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu等，在各组分之间，显示了统计学显著的差别（P值低于0.01）。这些组分的富集，可能与其应用相关，例如，Sc被用在铝合金中，Ce很大程度上被使用在玻璃生产以及不锈钢和铸铁生产中，Sm和Dy被用在永磁铁的生产中。

利用所选的消解和分析程序，发现属于铂族金属（PGM）的元素多低于检出限，例外是Rh和Ru。一些样品中观察到了Pd处于检出限以上。表3-5中的数值，将水平在检出限以下的样品，考虑为一半的检出限，近似统计。仅Rh观察到了一个趋势，从粗到细的焚烧炉渣，浓度增加，浓度与典型矿石处于相同数量级。

样品中检测到了金，但重复样之间存在相当大的变异性，也即相对标准偏差高达85％。处理后的炉渣具有0.14 mg/kg的金含量，这与诸多文献基本一致。不同炉渣组分中的浓度类似。发现大多数样品内，In浓度低于检出限，而所有其他关键元素都在检出限以上，浓度与以前研究一致。所有关键元素都具有比相同元素典型矿石浓度低两个数量级的浓度水平。唯一的例外是Mg，浓度仅比低品位矿石低一个数量级。不过，燃烧过程产生的其他灰流，例如生活垃圾焚烧飞灰或粉煤灰，Mg浓度比生活垃圾焚烧炉渣更高，因此从回收角度看，更让人感兴趣。炉渣组分之间Be和Co的浓度差异表现为统计学显著——发现粒径越小，Be浓度越低，而Co浓度向着更细的粒径升高。

环境方面传统上受到关注的元素，普遍与现有文献一致。与典型矿石浓度的数值相比较，从回收角度看，Cu被确认为最有利可图的元素，浓度水平与铜矿石处于同一数量级。尽管文献中也讨论了借助湿法冶金工艺从生活垃圾焚烧飞灰中回收铜的做法，但还没有发现有研究专门聚焦于用这样的方法从生活垃圾焚烧炉渣中回收铜。Pb和Zn富集在细料中（低于8 mm），与粗样（8 mm以上）中含量相比，统计显著（显著水平1％）。也观察到Cd和Sn略微富集的趋势，随着粒径变细，浓度增加。