2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)廢棄物處理技術(shù)在資源利用中的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述化學(xué)廢棄物“減量化”、“資源化”和“無害化”的基本含義及其在資源化學(xué)領(lǐng)域的重要性。二、比較物理法、化學(xué)法和生物法處理化學(xué)廢棄物的基本原理、適用范圍和主要優(yōu)缺點。請至少列舉三種不同類型的物理處理技術(shù)及其在資源回收中的具體應(yīng)用。三、以電子廢棄物（如廢舊手機）或某類工業(yè)礦渣為例，分析至少兩種不同的化學(xué)處理技術(shù)（例如，酸浸、堿熔、濕法冶金等）如何實現(xiàn)其中有價值金屬或化合物的浸出或轉(zhuǎn)化，并簡要說明這些處理技術(shù)對后續(xù)資源利用可能產(chǎn)生的影響（正面或負面）。四、某化工廠產(chǎn)生含有重金屬離子（如Cu2?,Cd2?）的廢水，請設(shè)計一個包含化學(xué)處理步驟的方案，用于處理該廢水并盡可能實現(xiàn)其中重金屬的資源化利用。要求簡述關(guān)鍵化學(xué)處理原理、所需主要藥劑以及考慮到的資源化途徑。五、論述化學(xué)廢棄物處理過程中能量消耗和二次污染產(chǎn)生的問題，并針對其中一個問題，提出至少兩種潛在的緩解策略或技術(shù)改進方向。六、選擇一種你熟悉的化學(xué)廢棄物處理技術(shù)（物理、化學(xué)或生物任選），分析其技術(shù)成熟度、經(jīng)濟可行性以及當前應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)。請從資源回收效率、環(huán)境影響和經(jīng)濟效益三個維度進行評價。七、假設(shè)需要從某廢催化劑中回收貴金屬（如鉑、銠），比較浸出法處理和物理方法（如火法或濕法冶金）處理的優(yōu)劣。分析不同方法選擇可能受到哪些因素（如廢催化劑成分、形態(tài)、價值、環(huán)境法規(guī)等）的影響。八、結(jié)合當前可持續(xù)發(fā)展理念，論述將化學(xué)廢棄物視為“資源”進行回收利用的重要意義，并舉例說明如何通過創(chuàng)新的化學(xué)處理技術(shù)實現(xiàn)特定廢棄物的高值化資源轉(zhuǎn)化。試卷答案一、化學(xué)廢棄物“減量化”是指通過物理或化學(xué)方法減少廢棄物的產(chǎn)生量或體積?！百Y源化”是指將廢棄物轉(zhuǎn)化為有價值的資源或產(chǎn)品，實現(xiàn)物質(zhì)的循環(huán)利用。“無害化”是指通過處理使廢棄物中的有害成分轉(zhuǎn)化為無害或低害物質(zhì)，消除其對環(huán)境或人體健康的危害。在資源化學(xué)領(lǐng)域，這三者的重要性體現(xiàn)在：1）緩解資源枯竭壓力，促進資源的可持續(xù)利用；2）減少環(huán)境污染，保護生態(tài)環(huán)境；3）降低廢物處理處置成本，創(chuàng)造經(jīng)濟價值；4）符合綠色化學(xué)和循環(huán)經(jīng)濟理念，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。二、物理法、化學(xué)法和生物法處理化學(xué)廢棄物的基本原理、適用范圍和優(yōu)缺點比較如下：*物理法：原理主要是利用物理性質(zhì)（如密度、粒度、溶解度、吸附性等）進行分離、提純或形態(tài)轉(zhuǎn)化。適用范圍廣，常用于預(yù)處理（如固液分離、破碎、篩分）或處理惰性或低污染廢棄物。優(yōu)點是通常操作條件溫和、設(shè)備相對簡單、處理效率高、不易產(chǎn)生二次污染。缺點是可能無法徹底破壞有害物質(zhì)結(jié)構(gòu)，對復(fù)雜成分的分離效果有限。例如：吸附法（利用吸附劑吸附污染物）、膜分離法（利用半透膜分離物質(zhì)）、固化/穩(wěn)定化法（將廢棄物固化在惰性基質(zhì)中降低浸出性）。*化學(xué)法：原理是利用化學(xué)反應(yīng)（如氧化還原、酸堿中和、沉淀、絡(luò)合、溶解等）改變廢棄物中物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)或性質(zhì)。適用范圍取決于廢棄物成分，常用于處理可溶性的、需要改變價態(tài)或形態(tài)的有害/有價值物質(zhì)。優(yōu)點是處理徹底、效率高、可針對特定成分進行轉(zhuǎn)化或回收。缺點是可能產(chǎn)生新的化學(xué)污染物（二次污染），需要精確控制反應(yīng)條件，能耗和化學(xué)品消耗可能較高。例如：濕法冶金（用酸或堿浸出礦石或廢料中的金屬）、高級氧化技術(shù)（降解難降解有機物）。*生物法：原理是利用微生物的代謝活動分解、轉(zhuǎn)化或吸收廢棄物中的有害物質(zhì)。適用范圍主要限于可被微生物利用的有機物或特定無機物，通常在常溫常壓下進行。優(yōu)點是條件溫和、能耗低、環(huán)境友好、可處理復(fù)雜有機物。缺點是處理速度相對較慢、受環(huán)境條件（溫度、pH、氧氣等）影響大、對某些無機污染物效果有限。例如：微生物浸礦（用微生物從礦石或廢料中浸出金屬）、生物降解（降解有機污染物）。物理處理技術(shù)在資源回收中的應(yīng)用：1）磁選用于從含金屬廢渣中回收磁性金屬；2）浮選用于從礦石或精礦中分離不同礦物；3）吸附用于富集或去除廢水中有價金屬離子或有機污染物；4）膜分離用于濃縮或純化溶液中的目標物質(zhì)。三、以廢舊手機為例，其化學(xué)處理資源化應(yīng)用分析：*技術(shù)1：濕法冶金（酸浸或堿浸）*原理：利用強酸（如鹽酸、硝酸）或強堿（如氫氧化鈉）與手機中金屬部件（如電路板、連接器）發(fā)生反應(yīng)，將金屬溶解到溶液中。*應(yīng)用：例如，用王水或強酸溶解電路板，將金、銀、銅等溶解到酸液中。*對資源利用的影響：實現(xiàn)了貴金屬（金、黃銅中的銅、銀等）的高效浸出，便于后續(xù)通過電積、置換等方法進行分離和回收。但處理過程可能產(chǎn)生高濃度重金屬廢水，需要嚴格處理；酸霧或堿霧也對環(huán)境和操作人員有危害；浸出液中的雜質(zhì)可能影響后續(xù)精煉效率。*技術(shù)2：堿熔-浸出*原理：首先將電路板等部件在高溫下用堿性物質(zhì)（如NaOH、Na?CO?）熔融，使金屬氧化物轉(zhuǎn)化為易溶于酸或水的鹽類，然后再用酸浸出。*應(yīng)用：例如，用NaOH在高溫下熔融電路板，使金轉(zhuǎn)化為NaAuO?，然后用水浸出；或使銅轉(zhuǎn)化為可溶性銅鹽。*對資源利用的影響：堿熔可以去除部分非金屬雜質(zhì)（如樹脂、塑料），可能簡化后續(xù)浸出過程或提高貴金屬回收率。但高溫熔融能耗較高，設(shè)備要求較高；產(chǎn)生的熔融物和浸出液同樣需要妥善處理。四、處理含Cu2?,Cd2?廢水的方案設(shè)計：*關(guān)鍵化學(xué)處理原理：1.沉淀法：利用Cu2?,Cd2?與沉淀劑（如NaOH,Na?S,金屬氫氧化物）反應(yīng)，生成氫氧化物或硫化物沉淀，實現(xiàn)分離。2.絡(luò)合/萃取法：利用Cu2?,Cd2?與絡(luò)合劑（如EDTA）反應(yīng)形成可溶性絡(luò)合物，或通過萃取劑（有機溶劑）將其從水相轉(zhuǎn)移到有機相，實現(xiàn)分離。*所需主要藥劑：氫氧化鈉（NaOH）或硫化鈉（Na?S）作為沉淀劑；可能需要調(diào)節(jié)pH的酸（如HCl,H?SO?）或堿；絡(luò)合劑（如EDTA）；萃取劑（如D2EHPA,TOPO）及其稀釋劑。*資源化途徑：1.若采用沉淀法：得到的氫氧化物或硫化物沉淀（如CuS,CdS）可以通過過濾、洗滌收集。這些沉淀本身可能無害，或可作為原料進行后續(xù)處理。例如，CdS理論上可作為太陽能電池材料，但需評估純度和適用性；CuS可進一步氧化或處理回收銅。此途徑的資源化主要體現(xiàn)在實現(xiàn)了重金屬的分離和初步富集。2.若采用絡(luò)合/萃取法：轉(zhuǎn)移到有機相的Cu2?,Cd2?可以通過反萃取或其他化學(xué)方法（如電積、離子交換）回收?；厥盏慕饘倏梢苑祷厣a(chǎn)流程。此途徑的資源化主要體現(xiàn)在金屬的高效回收和循環(huán)利用。五、化學(xué)廢棄物處理過程中的能量消耗和二次污染問題及緩解策略：*能量消耗問題：許多處理技術(shù)（如物理法中的干燥、焚燒；化學(xué)法中的高溫熔融、濕法冶金電積；生物法中的曝氣）需要消耗大量能源，帶來運行成本和碳排放問題。*緩解策略/改進方向1：采用節(jié)能技術(shù)，如優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計提高熱效率、使用高效分離設(shè)備（如膜技術(shù)替代能耗高的蒸餾）、余熱回收利用、采用可再生能源供電等。*緩解策略/改進方向2：開發(fā)反應(yīng)條件更溫和的新技術(shù)，如低溫等離子體、超聲波輔助化學(xué)處理、光催化等，以降低能耗。*二次污染問題：處理過程中可能產(chǎn)生新的廢水、廢氣、廢渣，其中含有殘留的污染物或處理過程中生成的副產(chǎn)物，若處置不當會造成新的環(huán)境污染。*緩解策略/改進方向1：加強過程控制，優(yōu)化工藝參數(shù)，最大限度地減少有害副產(chǎn)物的生成。例如，精確控制化學(xué)添加量、優(yōu)化反應(yīng)條件。*緩解策略/改進方向2：對產(chǎn)生的二次污染物進行深度處理和資源化利用。例如，對含重金屬廢水進行多級凈化和回收處理；對廢氣進行吸附或催化燃燒處理；對廢渣進行分類、無害化處置或作為原料回收利用（如廢催化劑中貴金屬的回收）。六、選擇化學(xué)處理技術(shù)：濕法冶金（以浸出為例）*技術(shù)成熟度：濕法冶金是提取金屬（尤其是低品位礦石和電子廢棄物）的成熟技術(shù)，歷史悠久，工藝流程多樣化，許多技術(shù)已工業(yè)化應(yīng)用多年，技術(shù)體系相對完善。*經(jīng)濟可行性：經(jīng)濟性受多種因素影響，如原料價值、處理成本（藥劑費、電費、水費、設(shè)備折舊、人工費）、金屬回收率和純度、市場銷售價格等。對于貴金屬含量高、回收價值大的原料，濕法冶金通常經(jīng)濟可行。但對于低品位或伴生礦，成本可能較高，經(jīng)濟性需仔細評估。*主要挑戰(zhàn)及評價（三維）：*資源回收效率：挑戰(zhàn)在于提高復(fù)雜基質(zhì)（如電子廢棄物、貧礦）中目標金屬的回收率，并減少雜質(zhì)共沉或流失。評價：現(xiàn)有技術(shù)對部分目標金屬回收率可很高，但對多金屬共存的分離和回收仍面臨挑戰(zhàn)，效率有提升空間。*環(huán)境影響：挑戰(zhàn)在于處理過程中產(chǎn)生的含重金屬廢水、廢氣（如酸霧、氰化物）和含金屬廢渣的處理。評價：是濕法冶金的主要環(huán)境風險點，若管理不當會嚴重污染環(huán)境。需要嚴格的環(huán)保措施和循環(huán)經(jīng)濟理念的應(yīng)用來降低影響。*經(jīng)濟效益：挑戰(zhàn)在于平衡高昂的處理成本（尤其是環(huán)保投入）與金屬回收產(chǎn)品的銷售收益。評價：經(jīng)濟效益波動較大，受市場行情影響顯著。需要持續(xù)優(yōu)化工藝、降低成本、提高資源回收價值鏈的延伸來增強經(jīng)濟可行性。七、從廢催化劑中回收貴金屬：浸出法vs物理方法*浸出法（濕法冶金）：*優(yōu)點：1）能處理形態(tài)相對復(fù)雜的催化劑，如粉末狀或含有粘結(jié)劑的催化劑；2）可實現(xiàn)較高貴金屬回收率，尤其對于貴金屬價值高時；3）可以同時浸出多種貴金屬，便于后續(xù)分離。*缺點：1）需要預(yù)處理（如破碎、篩分）可能較復(fù)雜；2）需要選擇合適的浸出劑和條件，可能存在浸出不完全或副反應(yīng)的問題；3）會產(chǎn)生含貴金屬的廢液，需要處理；4）對某些載體材質(zhì)（如陶瓷）可能難以有效分離。*物理方法（火法/濕法冶金物理過程）：*火法冶金：優(yōu)點：1）適用于載體熔點高（如陶瓷）的催化劑；2）通過高溫氧化還原反應(yīng)可直接得到金屬或氧化物，流程相對短；3）可能對某些貴金屬有較好的富集效果。缺點：1）對載體的熔點有要求；2）易造成貴金屬燒損或揮發(fā)損失；3）可能產(chǎn)生高溫煙氣污染。*濕法冶金物理過程（非化學(xué)浸出，如電化學(xué)沉積）：優(yōu)點：1）可在較低溫度下進行；2）對某些難以化學(xué)浸出的貴金屬可能有更好的回收效果。缺點：1）設(shè)備投資可能較高；2）操作條件要求較嚴格。*影響因素：技術(shù)選擇主要受廢催化劑的成分（貴金屬種類、含量、賦存狀態(tài)、載體材質(zhì)）、價值、形態(tài)、數(shù)量、環(huán)保法規(guī)要求、處理成本預(yù)算等因素的綜合影響。需要根據(jù)具體情況權(quán)衡各種方法的優(yōu)缺點。八、將化學(xué)廢棄物視為“資源”進行回收利用的意義及創(chuàng)新實例：*重要意義：1）緩解資源壓力：廢棄物中蘊含著大量有用物質(zhì)，回收利用可以減少對原生資源的開采，延長資源壽命。2）保護生態(tài)環(huán)境：減少廢棄物排放到環(huán)境中，降低污染風險，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。3）創(chuàng)造經(jīng)濟價值：廢棄物資源化可以產(chǎn)生新的經(jīng)濟增長點，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)競爭力。4）促進循環(huán)經(jīng)濟：符合循環(huán)經(jīng)濟“減量化、再利用、再循環(huán)”的原則，構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。5）提升科技水平：推動化學(xué)等學(xué)科在材料、分離、催化等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。*創(chuàng)新實例：廢舊塑料化學(xué)回收制烯烴/芳烴1）技術(shù)原理：利用化學(xué)裂解或氣化技術(shù)，在高溫缺氧條件下將復(fù)雜的大分子塑料（如聚烯烴）降解，轉(zhuǎn)化為小分