浅谈冶金实验室绿色化建设

郭寿鹏

（山东省冶金科学研究院，山东济南 250014）

经济与管理

浅谈冶金实验室绿色化建设

郭寿鹏

（山东省冶金科学研究院，山东济南 250014）

介绍了实验室绿色化建设的措施，叙述了实验室废弃物的处理方法。从化学试剂的科学管理和应用，检测方法的选择，减少常规湿法分析，实验室废弃物的管理以及实验室废弃物的处理方法等方面提出了具体方案。

冶金实验室；绿色化建设；废弃物处理

1 前言

在经济快速发展的今天，环境问题亦变得越来越突出。冶金行业巨大的产能，冶金企业环保设施的不完善，使得冶金行业在国家新一轮环境治理的大潮中面临严峻挑战，实验室作为企业的一部分，必须为冶金行业环境保护的发展作出应有的贡献。

冶金实验室污染物排放有其自身显著的特点，相对于主产业的污染物，实验室污染物数量少，品种多，并且分布在工厂的不同区域，不便于集中处理。但是根据环境污染的累积理论，实验室污染物如果不及时处理，经过长年累月的积累也会造成比较严重的污染。因此，采用低成本的处理方式，及时有效地处理污染物成为实验室的基本原则。

对于实验室的绿色化建设，近年来有不同的研究报道，特别在高校实验室研究较多。丁爱侠、郑春龙在《实验室污染调查及绿色化管理新举措》一文中，对实验室污染物的产生和处理作了科学的统计，提出了有用的建议［1］。余训爽提出了在高校采用微型化实验、微波合成化学实验、多媒体辅助教学等措施建设绿色化实验室［2］。周立亚、龚福忠、王凡提出精选实验内容、改进实验条件和教学方法、整合设计串联实验、采用微型化实验等措施，达到实验室绿色化目的［3］。关于精选实验、采用微型化实验等实验室绿色化建设的措施，在多篇文章中都有论述［4-6］。对于不同行业的实验室，在绿色化建设中有共性，也有其不同的特点。王丽峰、王阳、王萍等论述了建设中药学绿色实验室的构想［7］；吴岩、杜立宇、梁成华对环境工程实验室的绿色化管理提出了很好的建议，在分析环境工程实验室的现状基础上，从实验仪器管理、实验试剂管理、废弃物管理以及实验准备与方法几个方面探讨了环境工程实验室的绿色化管理方法，提出了针对性的管理措施［8］；俞爱辉、郭美荣、王恒等探讨了燃烧实验室的绿色化建设问题［9］。本研究对冶金实验室绿色化建设提出建议。

2 实验室绿色化建设的措施

2.1 科学管理化学试剂

在实验室运用“5S”的管理模式，对化学试剂进行分类、信息化管理，不仅可以减低成本、降低费用，便于试剂的取用和存放，还能最大限度降低试剂污染。对化学试剂进行分类管理，把易燃易爆、有毒的化学试剂分开存放，对常用试剂和非常用试剂分开存放，对大量使用试剂和少量使用试剂分开存放。对于特殊的化学试剂，还要根据其化学物理性质，采取蜡封、避光、水封、低温等存储措施。对于化学实验室“危化品”安全方面的管理，相关部门有专门的强制措施，环保方面有要求，需要实验室自身加强管控。

2.2 尽量选用环境毒害小的检测方法

任何化学实验都会产生一定的废气、废水、固体废物等污染物，在能够选择的范围内可以选用坏境毒害小的方法，最大限度降低污染，实现检测实验绿色化。联合国环境规划署提出了绿色化学反应过程的几个原则：1）设计或重新设计对人类健康和环境更安全的化合物，这是绿色化学的关键部分；2）探求新的、更安全的、对环境更友好的化学合成路线和生产工艺，可从研究、变换基本原料和起始化合物以及引入新试剂入手；3）改善化学反应条件，降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的生产和排放。绿色化学着重于“更安全”这个概念，不仅针对人类的健康，还包括整个生命周期中对生态环境、动物、水生生物和植物的影响，而且除了直接影响之外，还要考虑间接影响，如转化产物或代谢物的毒性等。实际上，国家在制定国家检测标准方法和行业标准方法时充分考虑了这些原则，逐渐摒弃了一些对环境有毒害、对人体有伤害的方法。比如在重铬酸钾滴定法测定矿石中全铁含量时，采用无汞盐测定方法代替汞盐的测定方法；一些有色金属测定方法中，逐渐废止了一些使用氰化物的测定方法；使用含砷盐作为氧化或者还原反应物的检测方法，也在国标或者行标中被废止，等等。但是很多企业由于习惯或者技术原因，还在使用一些对环境有一定毒害的方法，因此在化学实验中精选检测方法，尽量选用环境毒害小的实验对实验室绿色化有非常重要的意义。

2.3 用仪器分析代替常规湿法分析

用仪器分析取代常规的湿法分析，不仅是适应现代化生产速度的需要，也是实验室绿色化环保的需要。1）在冶金分析中大力推广直读光谱仪，不仅用于炉前分析，还要不断探索准确可靠的直读光谱仪分析方法，研究合适的标准物质，使光谱仪的应用领域更广；研究X-荧光光谱仪分析方法，扩大分析范围，用于不同物料的分析，替代更多的常规分析方法。2）在ICP、AAS等冶金行业经常使用且需要化学预处理的仪器检测中，尽量选用微波消解等预处理体系，减少化学试剂用量和污染物产生；有条件的企业可以选用固体进样的ICP、AAS仪器，最大限度减轻环境污染。3）研究推广在线实时分析方法，复杂体系痕量元素分析、冶金材料原位统计分布分析、在线实时控制分析被认为是21世纪冶金材料面临的3大课题。当前，在一些大型产线上，对于冶金产品长度、厚度等的测量已经实现了在线实时检测，研究在线实时检测化学成分、性能等设备与方法，对冶金分析工作者是挑战也是机遇。

3 实验室废弃物的处理方法

对于实验室污染物处理的具体措施，分类处理是实验室污染物处理的基本原则之一，根据实验室不同的污染物建立不同的处理方法。杨江红提出了绿色化学减量化，再循环、再利用的处理原则［10］。沈永玲、吴泓毅、李善茂等概述了实验室废弃物污染的来源和危害、处理原则及收集法，提出了简单、经济、合理的废弃物处理和回收方法［11］。

3.1 废弃物回收处理和提取有用物质

建立回收处理方法，变废为宝是污染物处理的最高境界。林晓辉提出了一种建造盐池，利用自然蒸发，从废水中提出重新用于实验室或者脱硫、防冻等方面的粗食盐、碳酸盐的方法［12］；薛克亮改变了在实验室中采用的在煮沸的氢氧化钾溶液中用葡萄糖将其还原成银的方法，采用在强碱性介质下，用水合阱进行还原，能够定量地从卤化银中还原得到银，效果很好、操作方便［13］。笔者曾经研究滴定法测定不锈钢中的铬，把最后加入氯化物产生的沉淀物收集起来，通过焙烧等方法回收了一定量的银的化合物。齐改丽、李彩云、张红梅以及黄云华分别在文章中就红外碳硫坩埚的重复使用做了研究，取得了很好的效果，降低了成本、减少了固废污染［14-15］。

3.2 废气和废水的综合处理

对于较大型的冶金企业，一般建有较完备的污水、废气处理设施，利用回收装置收集废气、废水等，间接进入综合污水处理系统，或者建立管道进入污水处理系统，实现实验室废气、污水的综合处理。

现在也有大型的冶金企业为实验室专门建立了完整的污水、废气处理装置。国家的法律法规，一些完整系统的认证体系对于实验室的“三废”处理开始关注，比如CNAS的评审专家在评审时会提醒实验室注意在“三废”处理方面的事项。对于实验室的综合污水，调节废水pH值为3～4，加入铁粉搅拌30 min，用碱把pH值调节为9左右，继续搅拌10 min，加入高分子混凝剂进行混凝后沉淀，清液可排放，沉淀物以废渣处理。

3.3 无毒废水的实验室处理

在实验室放置废酸桶、废碱桶，对不含有毒害离子的稀酸和稀碱废水，在实验时随时收集于相应的桶中，达到一定数量时相互中和并调节pH值达到6.5～8.5后，直接排入下水道。

3.4 有毒废水的实验室处理

对有毒、可回收利用的废液，分别收集在不同废液瓶中，做好标签并妥善保存，到一定的量时再做集中处理。比如铬（VI）剧毒并致癌，处理方法［16］是调节废液pH值，加入过量的FeSO4，将Cr（VI）还原成Cr（III），反应完成后加入NaOH溶液，调节pH值为10～11，使Cr3+及Fe3+、Fe2+以沉淀形式析出。含有氰化物的废液应加入NaOH溶液使溶液呈强碱性pH值＞12，再倒入硫酸亚铁溶液中，生成无毒的亚铁氰化钠，然后排入下水道。含汞盐的废液先调节pH值8～10，再加入硫化钠，使其生成硫化汞沉淀，再加入硫酸亚铁盐做共沉淀剂，硫化铁江水中悬浮的硫化汞微粒吸附而共沉淀，清液可排放，残渣可用培烧法回收汞或者制成汞盐。含砷废液加入CaO，调节pH值为8，生成砷酸钙和亚砷酸钙沉淀，有Fe3+存在时可起共沉淀作用。也可以将含砷废液调节pH值为10以上，加入硫化钠，与砷生成难溶、低毒的硫化物沉淀［17］。李宝磊、朱天菊、刘光全等对实验室重金属废水处理进行了研究，提出了去除率较高的新方法［18］。柯素云、谌敦伦介绍了一种简便的混凝法处理实验室铬、铅废水，其去除率达99%以上，处理后的废水达到国家排放标准，适合于一般学校和工厂实验室采用［19］。刘靖、王俊杰、姜敬国等报道了一种用活性炭对低浓度铬黑T实验室模拟废液进行脱色处理，处理实验室废液的方法［20］。

4 结语

当前，环保问题关乎冶金行业生存与发展，冶金实验室作为冶金企业的重要组成部分，要采取措施减少污染，推行绿色化建设。通过前面的论述可以看出，当前冶金实验室对于废水、固体废物等实验室废弃物的处理做了一定的研究，提出了有效的解决措施，对于冶金实验室绿色化建设有了一定的概念，但是对于“三废”之一的“废气”处理研究较少，相关的处理措施不多。在化学实验室中还是有大量废气产生的，一些仪器分析在样品的预处理过程也产生废气，甚至像微波消解这样的预处理设备，也有少量的废酸气体产生，因此，对于实验室废气处理的研究是今后实验室绿色化建设的重要方面。

［1］丁爱侠，郑春龙.实验室污染调查及绿色化管理新举措［J］.实验室研究与探索，2009（3）：276-278.

［2］余训爽.浅谈高校绿色化学实验室的建设［J］.实验科学与技术，2010（3）：162-165.

［3］周立亚，龚福忠，王凡.创建绿色化学实验室的探讨［J］.实验技术与管理，2010（6）：174-176.

［4］李军.化学实验室绿色化之思考［J］.化学教育，2002（1）：37-39.

［5］陈功轩，张蕾，黄青.创建绿色高效无机化学实验室的探讨［J］.实验技术与管理，2012（9）：187-190.

［6］刘晓莉.建设绿色化学实验室［J］.广州化工，2014（13）：245-246.

［7］王丽峰，王阳，王萍，等.中药学绿色实验室的构想［J］.药学教育，2013（2）：47-49.

［8］吴岩，杜立宇，梁成华.环境工程实验室的绿色化管理［J］.实验室研究与探索，2012（4）：30-32.

［9］俞爱辉，郭美荣，王恒，等.燃烧实验室的绿色化建设［J］.实验技术与管理，2011（3）：80-82.

［10］杨江红.实验室废弃物处理方法探讨［J］.广东化工，2014（12）：161-163.

［11］沈永玲，吴泓毅，李善茂，等.实验室环境污染与废弃物处理［J］.分析仪器，2009（3）：78-83.

［12］林晓辉，薄伟伟，高俊，等.化学实验室的绿色化建设研究—从部分无机废水中提取盐类产品的研究与实践［J］.实验室科学，2010，13（5）：107-108.

［13］薛克亮.从实验室卤化银残渣中回收银［J］.化学通报，1985（5）：29-44.

［14］齐改丽，李彩云，张红梅.提高红外碳硫坩埚的利用率［J］.北方钒钛，2011（3）：37-38.

［15］黄云华.高频红外碳硫仪用瓷坩埚的重复使用及助熔剂加入量研究［J］.福建分析测试，2009（2）：71-73.

［16］王家祺.关于化学实验室废液处理的探讨［J］.化学教育，1998（3）：30-31.

［17］鞍钢钢铁研究所.实用冶金分析—方法与基础［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1990.

［18］李宝磊，朱天菊，刘光全，等.实验室重金属废水处理研究［J］.环境科学与管理，2014（1）：75-77.

［19］柯素云，谌敦伦.实验室铬与铅废水的处理研究［J］.西华师范大学学报（自然科学版），1997（1）：58-61.

［20］刘靖，王俊杰，姜敬国，等.利用活性炭处理铬黑T实验室废液的试验研究［J］.当代化工，2008（6）：634-636.

Discussion on the Green Construction of the Metallurgical Laboratory

GUO Shoupeng
（Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

Measures on the green construction of the metallurgical laboratory are introduced,and methods about treatment of laboratory waste are described.The specific schemes are proposed from scientific management and application of chemical reagent, the choice of detection method,reduction on the conventional wet analysis,management of laboratory waste,and processing methods of waste disposal of laboratory.

metallurgical laboratory;green construction;waste treatment

O6-3

A

1004-4620（2015）02-0057-03

2014-09-17

郭寿鹏，男，1971年生，2005年毕业于山东大学分析化学专业，硕士。现为山东省冶金科学研究院高级工程师，主要从事材料分析测试研究与咨询，标准物质/标准样品研究等工作。