《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Research Progress of Technologies for Iron Resource Recovery from Nonferrous Metallurgical Waste Slags
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铁回收技术研究综述。非ferrous金属冶炼废渣（NMWSs）如红泥、铜渣等富含铁元素，现有研究通过磁选、还原焙烧、湿法冶金等技术探索铁资源回收，但受铁赋存形态（氧化物、硅酸结合态、硫结合态）复杂性和多金属共生影响，工艺选择与优化面临挑战。比较分析表明，物理分离适用于氧化物铁，还原焙烧联合磁选对硫结合铁有效，而湿法冶金则多用于硅酸结合铁，但存在能耗高、金属综合回收率低等问题。研究建议建立铁赋存特征-工艺匹配数据库，并开发多金属协同回收技术，以实现环境友好型资源化利用。
邵远康|夏国峰|杨海涛|余晓华|陈婷琳|柴庆平|陈晓云|王英波|林晓刚|张同同
昆明理工大学冶金与能源工程学院，中国昆明650093
摘要
随着有色金属利用量的增加，有色金属冶金废渣（NMWSs）的产生也随之增加。这些废渣包括红泥、铜渣、黄铁矿焙烧渣、锌浸出残渣、二氧化钛生产过程中的硫酸亚铁副产物以及红土镍矿的酸性浸出残渣，其中富含铁和其他有价值的金属，为高品位二次铁资源回收提供了重要机会。长期储存这些废弃物不仅占用土地，还增加了尾矿管理的安全风险，并由于重金属渗漏对土壤和水资源构成严重威胁。因此，迫切需要开发高效、环保且能增值的铁资源回收技术。本文系统地研究了各种NMWSs中铁的存在特征及回收面临的挑战，重点探讨了相关工艺方法，包括磁选、还原焙烧后磁选、湿法冶金工艺以及提取与冶金过程的集成。文章对比分析了这些不同方法的工艺配置、关键参数和适用范围，并评估了典型废渣的资源特性及回收工艺的适应性。同时，总结了不同回收途径在铁回收率、精矿品位、多金属协同利用和有害元素管理方面的优缺点，为优化NMWSs中铁资源的回收提供了参考。
引言
随着有色金属冶炼的持续发展和有色金属产业的不断扩张，在铜、铝、锌、镍和钒钛等金属的冶炼过程中产生了大量冶金固体废弃物。这些废渣的长期储存不仅占用大量土地，还存在尾矿稳定性问题和有害元素渗漏的环境风险。与此同时，全球优质铁矿石储量正在减少，矿石品位降低、粒度细小且成分复杂，加剧了矿物加工的难度，增加了能源消耗和环境污染[1]、[2]、[3]。在资源日益紧张的背景下，开发高质量的二次铁资源已成为实现冶金行业可持续和低碳发展的关键策略。
有色金属冶金废渣（NMWSs）是有色金属冶炼过程中产生的重要大宗工业固体废弃物，包括红泥（RM）、铜渣（CS）、黄铁矿焙烧渣、锌浸出残渣（ZLRs）、二氧化钛生产过程中的硫酸亚铁副产物以及红土镍矿的酸性浸出残渣[4]、[5]、[6]。图1展示了主要NMWSs的来源。本文以铁资源回收为核心，介绍了相关的回收技术（如物理分离、火法冶金和湿法冶金）以及高价值利用方向。NMWSs通常含有较高的铁含量（通常在30%至60%之间），超过了传统铁矿石的工业标准（TFe ≥ 27%），同时还富含铝（Al）、钛（Ti）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）和钴（Co）等多种有价值的金属元素[7]。然而，目前的处理方式主要是储存和简单回填，导致大量资源浪费，并可能因高碱度或重金属渗漏引发土壤和地下水污染等环境问题。
从NMWSs中高效回收铁资源的主要障碍在于铁的存在形式多样。这种多样性受废物来源和冶炼工艺的影响很大。根据化学状态、晶体结构和反应性，铁的存在形式可分为三类：氧化铁或水合氧化铁、硅酸盐结合铁和含硫铁相。铁常常以细分散的形式存在于由硅（Si）、铝（Al）和钙（Ca）等元素组成的多相矿物基质中，这种复杂的矿物学特性使得铁矿物的有效分离和选择性提取变得复杂，从而影响了不同NMWSs的回收难度。
全球范围内，研究团队针对当地资源特点开展了针对NMWSs的研究，涉及红泥、铜渣、锌浸出残渣、黄铁矿渣和红土镍矿酸性浸出残渣等领域。亚洲的研究重点在于工艺优化和多金属协同回收，例如中国开发了还原焙烧-磁选、选择性氯化-挥发和微波强化还原技术用于红泥回收；实现了铜/钴/锡从铜渣中的共同回收；日本则研究了黄铁矿渣和铜渣在低温还原过程中的相变和动力学[3]；韩国则致力于锌渣中锌和铁的分离与共提取[11]。与亚洲相比，欧洲更注重先进表征技术和低碳路线，德国建立了红泥和铅锌渣中铁存在状态的定量分析框架[12]。美洲的研究则侧重于资源分布和工艺流程整合，美国利用调查数据来指导回收策略的优化[12]。这些区域性的研究为NMWSs中铁资源的回收提供了工艺选择和环境性能评估的依据。
现有研究主要探讨了物理分离、火法冶金和湿法冶金等技术途径[13]、[14]，但这些技术的适用性和回收效率很大程度上取决于铁的具体存在形式。例如，当铁主要以氧化物形式存在时，物理分离方法效果较好；而含有硅酸盐结合铁或含硫铁相的废渣则需要通过还原火法冶金工艺来重构铁相。然而，现有研究大多针对单一废渣系统，缺乏跨不同NMWSs的系统性比较，也未建立统一的认知框架来整合铁的存在特征、工艺选择以及回收和环境性能。
基于这些考虑，本文系统总结了典型NMWSs中铁的存在特征，并全面评估了当前的铁回收技术，包括磁选、还原焙烧后磁选、湿法冶金工艺以及提取与冶金过程的集成，旨在为高效、环保的铁资源回收提供系统参考。
典型冶金废弃物中铁的存在形式
在有色金属加工过程中，原材料组成、反应气氛、温度条件和工艺路线显著影响冶金废弃物中铁的存在形式。与主要金属元素不同，铁在大多数冶金系统中通常不是目标产物，其行为受热力学稳定性和动力学条件的共同影响，形成多种铁相结构[15]。
有色金属冶金废弃物的铁资源回收技术
先前的研究表明，有色金属冶金废弃物中铁的存在形式在矿物组成、嵌入特性和物理化学性质方面存在显著差异，这些差异直接影响回收技术和工艺路线的选择。红泥
红泥（RM）是氧化铝生产过程中产生的高碱性固体废弃物，每生产一吨氧化铝大约会产生1.0至1.5吨红泥[71]、[72]。拜耳法是全球氧化铝生产的主要工艺，占总产量的95%，导致大量红泥的产生，成为铝工业面临的主要固体废弃物处理难题。红泥体积庞大，储存周期长。结论与展望
本文全面回顾了从NMWSs中高效回收铁资源的方法，重点分析了铁的存在特征及主要回收工艺的适用性。不同废渣在化学组成、相结构和伴生元素方面存在显著差异，这些差异决定了合适的处理工艺的多样性和特殊性。
作者贡献声明
王英波：资源协调、项目管理、调查、资金获取。林晓刚：资源协调、项目管理、调查、资金获取。陈晓云：资源协调、项目管理、调查、资金获取。邵远康：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件应用、项目管理、方法论研究、数据分析、概念化。夏国峰：撰写——审稿与
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2024YFE0208000）、中国科学院战略性先导科技专项（项目编号XDA0390101）、国家中观科学与工程实验室（项目编号MESO-24-A08）、安钢集团有限公司（项目编号2024-KEA08、2024KEA21）、安钢北京研究院（项目编号KFA2024-180）以及安钢集团重大科研项目（项目编号2025AGB1001）的支持。
