固体废弃物处理与处置-宁平-第四章PPT课件

固体废物的物化处理,固体废物浮选,固体废物化学浸出,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,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,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。,图4-1起泡剂在气泡表面的吸附,图4-2起泡剂与表面活性剂相互作用,固体废物的化学浸出,本节内容,浸出理论基础,浸出工艺与设备,目的组分提取与分离,提取或除去矿业、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,酸浸,浸出方法,碱浸,盐浸,水浸,浸出的理论基础,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,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+H2SiO3eg.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。,氧化酸浸控制酸用两及氧化剂（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,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。,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。,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。,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,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（）,浸出工艺与设备,渗滤浸出搅拌浸出,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,目的组分提取与分离,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,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,硫化物沉淀大部分的金属离子.常用Na2S,H2S作沉淀剂。,其他盐类的沉淀某些金属的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、草酸盐、氟化物、氯化物等。,eg.Li+Na2CO3Li2CO3+Na+WO42-+CaCl2CaWO4+Cl-Th4+C2O42-Th(C2O4)2,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：,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。,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:,固体废物的物化处理稳定化固化处理,Stabilization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,2,药剂稳定化,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pH10,3,固化处理,水泥固化,固化材料废物被掺入水泥的基质中,水泥与废物中的水分或另外添加的水分,发生水化反应后生成坚硬的水泥固化体水泥主要成分：铝、硅、铁、钙的氧化物固化基材:普通硅酸盐矿渣硅酸盐/火山灰硅酸盐矾土沸石等水泥无机添加剂：蛭石、沸石、多种粘土矿物、水玻璃、无机缓凝剂、无机速凝剂和骨料等有机添加剂：硬脂肪酸丁酯、-糖酸丙酯、柠檬酸水泥固化过程硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等的水合反应产生Ca(OH)2,基本理论,危险废物、水泥、水、添加剂,3,固化处理,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,3,固化处理,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,工艺流程,3,固化处理,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。,3,固化处理,石灰固化,概念应用及特点,以石灰和具有火山灰活性的物质（如粉煤灰、垃圾焚烧灰渣、水泥窑灰等）为固化基材对危险废物进行稳定化与固化处理的方法。重金属被吸附于胶体结晶中，包裹起来的粘结性物质,概念,应用,适用于稳定石油冶炼污泥、重金属污泥、氧化物、废酸等无机污染物。简单，物料来源方便，操作不需特殊设备及技术，比水泥固化法便宜，并在适当的处置环境，可维持波索来反应的持续进行。石灰固化处理得到固化体的强度较低，所需养护时间较长，并且体积膨胀较大，增加清运和处置的困难，因而较少单独使用。,特点,3,固化处理,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：如图4-12，150230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,3,固化处理,石灰固化,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,3,固化处理,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。,3,固化处理,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