工业固体废物处理及资源化PPT课件

.,1,第四章固体废物的物化处理,.,2,固体废物浮选,固体废物溶剂浸出,固体废物解毒处理,固体废物固化处理,固体废物的物化处理方法,第四章固体废物的物化处理,.,3,浮选和浸出【概念】浮选浮选剂正浮选反浮选浸出浸出剂酸浸碱浸盐浸捕收剂起泡剂调整剂等【方法原理】影响浮选效果的因素浮选原理浮选机的基本要求浸出效果的衡量和影响浸出效果的因素浸出方法的分类及每种方法的原理目的组分分离提取方法及原理,重点,第四章固体废物的物化处理,.,4,料浆/浮选药剂/扩大不同组分的可浮性差异/无数细小气泡/目的颗粒粘附在气泡上上浮,捕收剂起泡剂调整剂,调浆调药调泡,机械搅拌式充气搅拌式充气式气体析出式,物料性质药剂条件操作条件,第一节：浮选,浮选是根据不同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的过程,.,5,浮选原理：在固体废物与水形成的悬浮液中加入浮选剂，依据不同物料表面性质的差异，一部分可浮性好的颗粒被通入水中的微气泡吸附，形成密度小于水的气浮体上浮至液面，另一部分物料仍留在料浆内，把液面上的泡沫刮出，形成泡沫产物，从而达到物料分离的目的。浮选是根据不同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的过程。浮选是在水介质中进行的。润湿性指物质被水润湿的程度。许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易被水润湿。（润湿角）亲水性物质：易被水润湿的物质；疏水性物质：不易被水润湿的物质。,第一节：浮选,.,6,起泡剂在气泡表面的吸附,起泡剂与表面活性剂相互作用,捕收剂:能够选择性地吸附在欲选的颗粒上，使目的颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着的药剂。可分为异极性（黄药、油酸）和非极性油类（煤油、柴油、燃料油、变压器油）两类。起泡剂:能促进泡沫形成，增加分选界面的药剂。异极性的有机物、多为表面活性物质、强烈的降低表面张力、溶解度应当适度。调整剂:活化剂（金属阳离子、HS-、HSiO3-）、抑制剂（氧、SO2、淀粉、单宁等）、分散剂（水玻璃、磷酸盐）、絮凝剂（腐殖酸、聚丙烯酰胺）、pH调整剂（酸、碱）等。,第一节：浮选,.,7,浮选机是实现浮选工艺过程的主要装置。主要有：机械搅拌式、充气搅拌式、充气式、气体析出式等几种设备。目前应用最广泛的浮选机是机械搅拌式，主要有叶轮式机械搅拌机和棒型浮选机。浮选机的基本要求：良好的充气作用；搅拌作用；能形成比较平稳的泡沫区；能连续工作及便于调节。,第一节：浮选,.,8,浮选工艺过程：1）调浆：浮选前料浆的调制；2）调药：加药调整；3）调泡：充气和搅拌正浮选：将有用物质浮入泡沫产品，无用或回收经济价值不大的物质仍留在矿浆内的浮选法。反浮选：将无用物质浮入泡沫产物中，将有用物质留在料浆中的浮选法。优先浮选：将固体废物中有用物质依次一种一种地浮出，成为单一物质产品的浮选方法。混合浮选：将固体废物中有用物质共同浮出为混合物，然后再把混合物中有用物质一种一种地分离的方法。影响浮选效果的因素：物料性质、药剂条件、操作条件,第一节：浮选,.,9,溶剂浸出：采用适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有选择性的溶解的物理化学过程。浸出目的：使物料中有用或有害成分能选择性地最大限度地从固相转入液相。溶剂的选择：1）对目的组分选择性好；2）浸出率高，速率快；3）成本低，容易制取，便于回收和循环使用；4）对设备腐蚀性小。,第二节固体废物的溶剂浸出,.,10,（一）浸出动力学过程浸出过程：1、外扩散；2、化学反应；3、解吸；4、反扩散。Fick第一定律：VD=KD（-s）质量作用定律：Vk=KksnV=Vk=VD=KD（-s）=Kksnn=1时V=KDKk/(KD+Kk）当KkKDV=KD过程速率受物质扩散限制当KkKDV=Kk过程速率受物质扩散限制,第二节固体废物的溶剂浸出,.,11,物理溶解过程溶质在溶剂作用下仅发生晶格破坏，离子或原子之间化学键的破坏是一可逆过程，溶质可从溶液中结晶出来。,交换反应,浸出过程,氧化还原反应,络合反应,化学溶解,（二）浸出过程的化学反应机理,指溶剂与物料的有关组分之间发生化学反应生成可溶性的化合物进入液相的过程。,第二节固体废物的溶剂浸出,.,12,应用：提取矿业、化工和冶金等过程排出的成分复杂废渣中所嵌布的微细、低含量有价成分或除去有害成分,酸浸,（三）浸出方法,碱浸,盐浸,水浸,浸出：溶剂选择性地溶解分离固体废物中某种目的组分的工艺过程,浸出剂：浸出过程所用的药剂,浸出液：浸出后含目的组分的溶液,浸出渣：浸出后的残渣,浸出效果衡量,第二节固体废物的溶剂浸出,.,13,酸浸,简单酸浸：适用于简单金属氧化物、金属含氧盐及FeS、NiS()、CoS、MnS、Ni3S2;以及大部分金属铁酸盐,砷酸盐和硅酸盐,Me2Oy+H+Mey+H2O;MeOSiO2+H+Me2+H2SiO3从含铜废物中浸出铜：孔雀石（CuCO3Cu(OH)2）、蓝铜矿（CuCO3Cu(OH)2）、黑铜矿（CuO）、赤铜矿（Cu2O）、硅孔雀石（CuSiO32H2O）、铜蓝（CuS）、辉铜矿（Cu2S+O2）、黄铜矿（CuFeS2+O2）、金属铜,包括简单酸浸、氧化酸浸和还原酸浸。常用的酸浸剂有稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸等。,第二节固体废物的溶剂浸出,.,14,氧化酸浸控制酸用量及氧化剂（常用Fe3+、Cl2、O2、HNO3、NaClO、MnO2、H2O2等）用量，几乎所有金属硫化物中金属元素被氧化溶解，硫被还原为单质硫或硫酸根。,MeS+H+氧化剂Me2+S0或SO42-还可浸出某些低价金属化合物（eg.赤铜矿（Cu2O）、辉铜矿（Cu2S）等）。浓硫酸强氧化性可将大部分金属氧化物和氢氧化物转变为相应的硫酸盐MeS+H2SO4MeSO4+SO2+S+H2O,还原酸浸变价金属的高价金属氧化物和氢氧化物,MeXOY(或Me(OH)Y)+H+还原剂Men+H2O工业上常用金属铁、Fe2+、SO2等浸出有色金属生产过程中产生的镍渣、锰渣、钴渣等。MnO2+Fe2+H+Mn2+Fe3+H2OMnO2+Fe+H+Mn2+Fe3+H2OCo(OH)3+SO2+H+Co2+SO42-+H2ONi(OH)3+SO2+H+Ni2+SO42+H2O,第二节固体废物的溶剂浸出,.,15,碱浸,氨浸适用于含金属铜、钴、镍及其氧化物的废物浸出。,黑铜矿CuO+NH4OH+(NH4)2CO3Cu(NH3)4CO3+H2O孔雀石CuCO3Cu(OH)2+NH4OH+(NH4)2CO3Cu(NH3)4CO3+H2O而金属铜通过氧化还原反应浸出Cu+Cu(NH3)4CO3Cu2(NH3)4CO3Cu2(NH3)4CO3+NH4OH+(NH4)2CO3+O2Cu(NH3)4CO3+H2OCu、Co、Ni的硫化物常压氨浸常因溶解不完全而留在浸渣中。采用高压氧化氨浸反应式如下：斑铜矿Cu2FeS4+NH3+CO2+O2+H2OCu(NH3)4SO4+Cu(NH4)2CO3+Fe2O3nH2O黄铜矿CuFeS2+NH3+O2+H2OCu(NH3)4SO4+(NH4)2SO4+Fe2O3nH2O,常用的碱浸剂有氨水、碳酸钠、苛性钠、硫化钠等。,第二节固体废物的溶剂浸出,.,16,碳酸钠溶液浸出较酸浸能力弱、但选择性好设备防腐问题较易解决。适用于含碳酸盐含量高、含钨废料、硫化钼氧化焙烧渣、含磷废物（P2O5）、含钒废物（V2O5）、黑钨矿（(Fe,Mn)WO4）等的浸出。,eg.白钨矿CaWO4+Na2CO3Na2WO4+CaCO3,苛性钠溶液浸出苛性钠是拜尔法生产氧化铝的主要浸出剂，也用于高含硅废物中有价成分的浸出。,eg.方铅矿PbS+NaOHNa2WO4+CaCO3还可用于浸出闪锌矿（ZnS）、白钨矿、黑钨矿、铝土矿（Al2O3nH2O）,硫化钠溶液浸出硫化钠可分解砷、锑、锡、汞等硫化物，使他们生成可溶性硫代酸盐的形态转入浸液中。,eg.As2O3(Sb2O3、SnS2、HgS)+Na2SNa3AsS3(Na3SbS3、Na2SnS3、Na2HgS2)为防止硫化钠水解，提高浸出率，实践中常用硫化钠和苛性钠的混合液作为浸出剂。,第二节固体废物的溶剂浸出,.,17,盐浸,氯化钠浸出如含铅废物。,eg.PbSO4+NaClPbCl2+Na2SO4PbCl2+NaClNa2PbCl4,常用的盐浸剂有氯化钠、高价铁盐、氯化铜和次氯酸钠等溶液。,高价铁盐浸出含铋废物，是浸出金属硫化矿废物的良好。,eg.Bi+FeCl3BiCl3+FeCl2Bi2S3+FeCl3BiCl3+FeCl2+S0,氯化铜浸出是浸出金属硫化矿废物的良好浸出剂。,可浸出FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS、Cu2S等。eg.Cu2S+CuCl2CuCl+S0,次氯酸钠浸出可浸出难被高价铁盐及高价铜离子浸出的金属硫化物。,eg.MoS2+NaClO+NaOHNa2MoO4+NaCl+Na3SO4+H2O,第二节固体废物的溶剂浸出,.,18,浸出效果衡量,设废物干质为Q(t),废物中某组分的含量为a（%），浸出液体积为V(m3),该组分在浸出液中的含量为C(t/m3),浸出渣干质量为m(t),浸渣中该组分含量为（%）,浸出率(浸),选择性系数（）,第二节固体废物的溶剂浸出,.,19,（四）影响浸出过程主要因素,搅拌速度,浸出压力,浸出温度,物料粒度及其特性（粒度、固液比等）,氧分压等,溶剂浓度,第二节固体废物的溶剂浸出,.,20,（五）浸出工艺与设备,渗滤浸出定义搅拌浸出,顺流浸出逆流浸出错流浸出,渗滤浸出槽机械搅拌浸出槽空气搅拌浸出槽流态化逆流浸出槽高压釜,工艺,设备,第二节固体废物的溶剂浸出,.,21,离子沉淀,离子交换,置换沉淀,电沉积,提取和分离方法,溶剂萃取,（六）目的组分提取与分离,第二节固体废物的溶剂浸出,.,22,水解沉淀除了部分碱金属和个别碱土金属外。,Men+OHMe(OH)n,包括水解沉淀、硫化物沉淀和其他难溶盐沉淀。,离子沉淀,取对数,第二节固体废物的溶剂浸出,.,23,第二节固体废物的溶剂浸出,.,24,水解沉淀除了部分碱金属和个别碱土金属外。,Fe+Cu2+Fe2+Cu,根据热力学原理，任何较负电性的金属均可从溶液中置换出较正电性的金属，直到两种金属的可逆电位相等为止。,置换沉淀,当铜析出后，由铜、铁和浸液组成的微电池的电动势E为：,第二节固体废物的溶剂浸出,.,25,溜槽转鼓锥形置换器,设备,主要由水泥地沟、槽底木制方格，产物为海绵铜。该法铁耗较高、劳动强度大，适合于从稀酸中回收金属,为梨形转鼓，由于置换材料不断更新表面，置换速度快，劳动强度较溜槽轻,倒锥形，回旋上升的溶液冲刷下沉积物剥落并得到浓集从锥体中部的网格流出，而贫液从上部流出。处理量大，置换材料耗量低。,第二节固体废物的溶剂浸出,.,26,Men+H2Me+H+,利用还原剂H2、CO、SO2等在一定条件下直接从溶液中还原金属的过程。,气体还原沉淀,反应进行的必要条件为:,第二节固体废物的溶剂浸出,.,27,【概念】稳定化固化浸出率增容比浸出速率【方法原理】重金属稳定化方法及适用对象；有机污染物的氧化解毒处理方法及适用对象；固化处理的方法原理及优缺点；稳定化固化效果的评价指标。,重点,第三节稳定化固化处理,.,28,应用：对危险废物、其它处理过程残渣及被污染的土壤进行处理。目的：使危险废物中所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，减少后续处理与处置的潜在危险，并便于运输、利用和处置。途径：包括将污染物通过化学转变，引入到某种稳定固体物质的晶格中去，以及通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中去。,一）稳定化固化,第三节稳定化固化处理,.,29,稳定化(Stabilization)：将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的过程。化学稳定化优于Na2S,化学沉淀法,强氧化剂、高温破坏高pH破坏，NaS高分子有机硫稳定剂，更稳定螯合物,螯合效应,第三节稳定化固化处理,.,39,理论上1058g臭氧/度电实际150g/度电，费用高自由能高，强氧化剂有紫外线照射时：,铁做催化剂产生OH35%50%，紫外线功率500W/L五氯酚污染的土壤，99.9%，有机碳,氯和漂白粉。用氯的氧化物破坏剧毒的氰化物是一种经典方法：在pH10,第三节稳定化固化处理,.,40,表某些废物对不同固化处理技术的适应性,三）固化处理,第三节稳定化固化处理,.,41,表无机废物固化法和有机废物包封法的优缺点,第三节稳定化固化处理,.,42,水泥固化,水泥固化影响因素,pH过高，氢氧化物沉淀，碳酸盐沉淀。过高，带负电荷的羟基络合物，溶解度。Cu，9；Zn，9.3；Cd，11.1,改善固化体质量。吸附剂沸石或蛭石加入含硫酸盐的废物中防止其与水泥成分反应生成硫酸铝钙导致体积膨胀和破裂。蛭石还是骨料。,水、水泥和废物的量比水分过少，不能保证水泥的充分水合作用；水分国大，出现泌水现象,投加促凝剂、缓凝剂来控制凝结时间，一般初凝时间2h,终凝24h，保证混料后有足够时间输送、装桶或浇注,第三节稳定化固化处理,.,43,水泥固化,应用,无机类的废物，eg.多氯联苯、油和油泥、含有氯乙烯和二氯乙烷的废物、硫化物等，尤其是含有重金属污染物废物，也被应用于低、中放射性及垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰等危险废物的固化处理。,对象,采用400500号硅酸盐水泥为固化剂。电镀干污泥、水泥和水的配比为（12）：20：（610）。固化体的抗压强度可达1020Mpa。浸出试验表明，重金属的浸出浓度：汞小于0.0002mg/L（原0.131.25mg/L）；镉小于0.002mg/L（原1.080.6mg/L）；铅小于0.002mg/L（原165243mg/L）；六价铬小于0.02mg/L（原0.30.4mg/L）；砷小于0.01mg/L（原8.1411.0mg/L）,电镀污泥,水泥固化工艺：外部混合法、容器内混合法、注入法等,第三节稳定化固化处理,.,44,水泥固化,特点,设备和工艺过程简单，无需特殊的设备，设备投资、动力消耗和运行费用都比较低；水泥和添加剂价廉易得；对含水率较低的废物可直接固化，无需前处理；在常温下就可操作；处理技术已相当成熟，对放射性固体废物的固化容易实现安全运输和自动控制等。,优点,缺点,固化体的浸出率较高，通常为10-410-5g/(cm2d)，主要是由于它的空隙率较高所致，因此需作涂覆处理；固化体的增容比较高，达1.52；有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；处理化学泥渣时，由于生成胶状物，使混合器的排料较困难，需加入适量的锯末予以克服。,第三节稳定化固化处理,.,45,石灰固化,原理应用及特点,概念,特点,原理,应用,该技术主要用来稳定石油冶炼污泥、重金属污泥、氧化物、废酸等无机污染物。,以石灰和具有火山灰活性的物质为固化基材对危险废物进行稳定化与固话处理的方法。,石灰与凝硬性物料结合会产生能在化学及物理上将废物包裹起来的粘接性物质常以氢氧化钙（熟石灰）的方法稳定污泥。,方法简单，物料来源方便，操作不需要特殊设备及技术。但石灰得到的固化体的强度较低、所需养护时间较长、体积膨胀较大，增加清运和处置的困难。,第三节稳定化固化处理,.,46,沥青固化,原理与工艺,以沥青类材料作为固化剂，与危险废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌作用下发生皂化反应，使有害物质包容在沥青中并形成稳定固化体的过程。沥青憎水性物质、良好的黏结性、化学稳定性、较高的耐腐蚀性。石油蒸馏的残渣，其化学成分包括沥青质、油分、游离碳、胶质、沥青酸和石蜡等。,原理,固废预处理废物与沥青热混合二次蒸汽净化放射性废物沥青固化基本方法：高温融化混合蒸发：150230暂时乳化：混合脱水干燥，双螺杆挤压机化学乳化：废物与乳化沥青混合干燥脱水冷却硬化,工艺,第三节稳定化固化处理,.,47,沥青固化,应用及特点,一般被用来处理中、低放射性蒸发残液、废水化学处理产生的污泥、焚烧炉产生的灰分，以及毒性较大的电镀污泥和砷渣等危险废物。对象与水泥固化基本相同,应用,（1）固化体的空隙率和固化体中污染物的浸出速率均大大降低。另外，由于固化过程中干废物与固化剂之间的质量比通常为1：12：1，因而固化体的增容较小；（2）固化剂具有一定的危险性，固化过程中容易造成二次污染，需采取措施加以避免。另外，对于含有大量水分的废物，由于沥青不具备水泥的水化作用和吸水性，所以需预先对废物进行浓缩脱水处理。因此，沥青固化工艺流程和装置往往较为复杂，一次性投资与运行费用均高于水泥固化法；（3）固化操作需在高温下完成，不宜处理在高温下易分解的废物、有机溶剂以及强氧化性废物。,特点,第三节稳定化固化处理,.,48,塑性材料固化,概念及原理,以塑料为固化剂，与危险废物按一定的比例配料，并加入适量催化剂和填料进行搅拌混合，使其共聚合固化，将危险废物包容形成具有一定强度和稳定性固化体的过程。,概念,热固性塑料固化（脲醛树脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂）用热固性有机单体和经过粉碎处理的废物充分混合，在助凝剂和催化剂的作用下产生聚合以形成海绵状的聚合物质，从而在每个废物颗粒的周围形成一层不透水的保护膜。部分液体废物遗留，需干化。颗粒度、含水量等以及进行聚合的条件热塑性材料固化（沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯等）：是用熔融的热塑性物质在高温下与干燥脱水危险废物混合，以达到对废物稳定化的目的的过程。,第三节稳定化固化处理,.,49,应用及特点,特点：引入密度较低的物质，添加剂数量较少，固化体密度小；但操作过程复杂，热固性材料自身价格高昂。由于操作中有机物的挥发，容易引起燃烧起火，所以通常不能在现场大规模应用。,热固性材料固化,特点：浸出速率低；需要的包容材料少，在高温下蒸发了大量的水分，增容率较低。缺点是高温操作，耗能较多；会产生大量的挥发性物质，其中有些是有害的物质；有时废物中含有热塑性物质或某些溶剂，影响稳定剂