固体废物处理与出疹子-第四章-固体废物的物化处理讲义.ppt

固体废物处理与处置,主编 宁平,第四章固体废物的物化处理,主要内容 4.1 浮选 掌握浮选的原理，熟悉浮选的药剂 4.2 溶剂浸出 熟悉溶剂浸出过程的化学反应机理、典型浸出反应 4.3 固体废物稳定化/固化处理 掌握稳定化／固化处理技术所涉及的概念和方法及其评价指标一、浮选原理,定义：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 原理：浮选是通过在固体废物与水调制成的料浆中加入浮选剂扩大不同组分的可浮性差异，再通入空气形成无数细小气泡，使目的颗粒黏附在气泡上，并随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层刮出，成为泡沫产品；不浮的颗粒则留在料浆内，通过适当处理后废弃一、浮选原理,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二、浮选药剂,根据在浮选过程中的作用，浮选药剂分为捕收剂、起泡剂和调整剂二、浮选药剂,捕收剂,定义：捕收剂是能够选择吸附在预选颗粒上，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 分类： 异极性（黄药、油酸）：由极性基(亲固)和非极性基(疏水)组成黄药回收含重金属和贵金属的废物；油酸回收碱土金属的碳酸盐、金属氧化物、萤石、重晶石等。

二、浮选药剂,捕收剂,分类： 非极性油类（脂肪烃(CnH2n+2)、脂环烃(CnH2n)和芳香烃）：难溶于水，不能解离成离子而得名常用的有煤油、柴油、燃料油、变压器油、重油等目前，主要用于一些天然可浮性很好的非极性废物颗粒回收，例如：粉煤灰中未燃尽碳的回收、废石墨的回收等起泡剂,定义：能促进泡沫 形成，增加分选界面的药剂 结构特征： 是一种异极性的有机物质，极性基亲水，非极性基亲气，使起泡剂分子在空气和水的界面上产生定向排列； 大部分起泡剂是表面活性物质，能够强烈地降低水的表面张力； 起泡剂应有适当的溶解度 常用的起泡剂有：松醇油、脂肪醇等气泡,气泡,气泡,气泡,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,起泡剂,,起泡剂在气泡表面的吸附,,气泡,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,起泡剂,捕收剂,,,,,,,起泡剂与捕收剂的相互作用,,,,,二、浮选药剂,调整剂,定义：主要用于调整捕收剂的作用及介质条件 常用的调整剂： 活化剂：促进目的颗粒与捕收剂作用，常用的多为无机盐(硫酸钠、硫酸铜等) 抑制剂：抑制非目的颗粒的可浮性，常用的有各种无机盐(水玻璃)和有机盐(单宁、淀粉)。

二、浮选药剂,调整剂,常用的调整剂： pH值调整剂：调整介质的pH值，常用的是酸类和碱类 分散剂：促使料浆中非目的细粒成分散状态，常用的有无机盐类(苏打水、水玻璃)和高分子化合物(各类聚磷酸盐) 混凝剂：促使料浆种目的颗粒联合成较大团粒常用的有石灰、明矾、聚丙烯酰胺等二、浮选药剂,三、浮选工艺过程,主要包括调浆、调药、调泡三个程序 浮选前料浆的调制（调浆）：主要是废物的破碎、磨碎等，目的是得到粒度适宜，基本上单体解离的颗粒，进入浮选的料浆浓度必须适合浮选工艺的要求浓度低，回收率很低，质量高；浓度过高，回收率也下降还要考虑充气量、浮选药剂的消耗、处理能力及浮选时间等因素 加药调整（调药）：药剂的种类、数量、添加地点和方式，应根据预选物质颗粒的性质，通过实验确定一般浮选前添加药剂总量的6－7％，其余的分批在适当地点加入三、浮选工艺过程,充气浮选（调泡）：a、正浮选：将有用物质浮选入泡沫产品中，无用或回收价值不大的物质留在料浆中b、反浮选：将无用物质浮选入泡沫产物中，有用物质留在料浆中 当料浆中含有两种以上有用物质时，有两种浮选法：a、优先浮选：将有用物质依次浮选b、混合浮选：有用物质共同浮选，然后再把有用物质一一分离。

影响浮选的因素：物料性质（如颗粒的润湿性、颗粒的大小等）；药剂条件（如药剂的种类、用量、药剂组合等）；操作条件（如充其量大小、液面高低等）四、浮选设备,浮选机的基本要求： ①良好的充气作用； ②搅拌作用； ③能形成比较平稳的泡沫区； ④能连续工作便于调节主要的浮选设备： 机械搅拌机（应用最广，包括叶轮式机械搅拌机和棒形浮选机）；充气搅拌式；充气式；气体析出式溶剂浸出：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： 对目的组分选择性好； 浸出率高，速率快； 成本低，容易制取，便于回收和循环使用； 对设备腐蚀性小一、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：,质量作用定律：,,,,二、浸出过程的化学反应机理,浸出过程,,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个可逆过程，溶质可从溶液中结晶出来,,,化学溶解过程 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交换反应 物料中的金属氧化物、硫化物与酸、碱、可溶性盐作用，生成可溶性盐类的过程,,,络合反应 溶剂与物料中的组分发生络合反应，生成可溶性络合物的过程,,,氧化还原反应 溶液同物料组成之间发生氧化还原反应，生成可溶性化合物的过程,三、几种典型浸出反应,中性溶剂浸出,中性浸出剂是水和盐。

常用的盐浸剂有氯化钠、高价铁盐、氯化铜和次氯酸钠等 氯化钠浸出：,高价铁盐浸出：,用于：含铋废物氯化铜浸出：,用于：含铅废物用于：含金属硫化物的废矿如FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS、CuS等用于：难被高价铁盐及高价铜离子浸出的金属硫化物次氯酸钠浸出：,三、几种典型浸出反应,酸浸,常用的有稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸等凡废物中的某种组分可通过酸溶进入溶液的都可采用酸浸的方法中性溶剂浸出,用于：大部分金属的简单氧化物、金属铁酸盐、砷酸盐和硅酸盐，小部分金属硫化物(FeS、Ni2S、CoS、MnS、NiS)简单酸浸是含铜废物回收的重要方法氧化酸浸：,用于：大部分金属硫化物氧化剂：Fe3+、Cl2、O2、HNO3、NaClO、MnO2、H2O2还原酸浸：,用于：浸出变价金属的高价氧化物或氢氧化物简单酸浸：,酸浸,用于：铜、钴、镍及其氧化物的废物的浸出，属于金属的电化腐蚀过程由于铜、钴、镍能与氨形成稳定的可溶络合物，扩大了铜、钴、镍离子在溶液中的稳定区，降低了铜、钴、镍的还原电位，使其较易转入浸液中如氧化铜,碱浸,浸出能力一般比酸浸药剂弱，但选择性高，浸出液较纯净，且设备防腐蚀问题较易解决。

碱浸药剂：碳酸铵、氨水、碳酸钠、苛性钠、硫化钠 浸出方法：氨浸、碳酸钠溶液浸出、苛性钠溶液浸出、硫化钠溶液浸出等氨浸：,三、几种典型浸出反应,碱浸,碳酸钠溶液浸出：,用于：能与碳酸钠反应生成可溶性钠盐的废物主要用于浸出某些含钨废料、硫化钼氧化焙烧渣、含磷废物、含钒废物例如：白钨矿,三、几种典型浸出反应,四、影响浸出过程的主要因素,物料颗粒及其特性（粒度、比表面积等） 浸出温度 浸出压力 搅拌速度 其他（溶剂浓度、固液比、氧分压等）,五、浸出工艺与设备,为使废物中的目的组分充分暴露，增大浸出效果，浸出前一般须进行破碎处理，也可焙烧后浸出 1.根据浸出过程废物的运动方式，浸出分为渗滤浸出和搅拌浸出 渗滤浸出：浸出剂在浸出剂在重力作用下自上而下或在压力作用下自下而上通过固定废料层的浸出过程 搅拌浸出：将磨细的废物与浸出剂在搅拌槽中进行强烈搅拌的浸出过程，可浸出各种废物浸出前废物磨细至0.3mm以下，采用连续操作制度浸出工艺,五、浸出工艺与设备,2.根据浸出剂与被浸废料的相对运动方式的不同浸出工艺可分为顺流浸出、错流浸出和逆流浸出三种浸出工艺,,,,,,送后续处理,顺流浸出工艺流程,浸出剂,被浸物料,,,浸液,浸渣,物料,新浸出剂,,,错流浸出工艺流程,,,浸液,浸渣,被浸物料,浸出剂,逆流浸出工艺流程,,,,,,五、浸出工艺与设备,浸出设备,常用的设备包括：渗滤浸出槽、机械搅拌浸出槽、空气搅拌浸出槽、液态化逆流浸出槽、高压釜等。

六、目的组分的提取与分离,提取和 分离方法,离子沉淀,置换沉淀,溶剂萃取,电沉积,离子交换,一、概念,稳定化/固化的应用：对危险废物、其他处理过程残渣及被污染的土壤进行处理 目的：是危险废物中所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，减少后继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处理危险废物的重要手段,一、概念,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包括化学、物理稳定（同时发生） 化学稳定化：通过化学反应使有毒物质变成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固定不动 物理稳定化：将污泥或半固体物质与一种疏松物料混合生成一种粗颗粒、有土壤坚实度的固体，这种固体便于运输固化（Solidifacation）：是用物理-化学方法将有害废物固定或包封在惰性基材中，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法一、概念,固化过程：利用添加剂改变固体废物的工程特性的过程 固化剂：固化所用的惰性材料 固化体：有害废物经过固化处理所形成的固化产物。

固定化：具有固化和稳定化作用的过程 限定化：将有毒化合物固定在固体粒子表面的过程 包容化：用稳定剂/固化剂凝聚，将有毒物质或危险废物颗粒包容或覆盖的过程二、稳定化/固定化效果的评价指标,产物性能：①抗浸出性；②抗干湿性、抗冻融性；③耐腐蚀性、不燃性；④抗渗透性（固化产物）；⑤足够的机械强度（固化产物）评价指标,浸出速率 固化体浸于水或其他溶液中时，其中危险物质的浸出速率 选择方法、工艺条件等；预测固体化不同环境的性能,抗压强度 装桶贮存：0.1～0.5MPa 作建筑材料：＞10MPa 放射性固体化：前苏＞5Mpa，英＞20MPa,体积变化因数/增容比 危险废物处理前后的体积比，取决于掺入固体化中的盐量和可接受的有毒有害物质的水平常用掺入盐量的质量分数鉴别固化效果三、固体废物的药剂稳定化处理,定义：利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程 有毒有害物质（具有相对持久性）： Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等重金属——化学稳定化技术； 含氯的挥发性有机物、硫醇、酚类、氰化物等有机污染物——氧化解毒技术； As、S、F等非金属，放射性元素——稳定化技术值得深入研究。

金属离子的稳定化,主要方法：化学法（中和法、氧化还原法、溶出法、化学沉淀法等）、物理化学法（吸附法、离子交换法等） 中和法：酸碱泥渣中和剂；罐式机械搅拌/池式人工搅拌 氧化还原法：将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒有害组分通过氧化还原反应转化为无毒/低毒化学性质稳定的组分三、固体废物的药剂稳定化处理,金属离子的稳定化,吸附法：利用吸附剂进行可逆吸附吸附剂具有选择性主要吸附剂：天然材料（粘土、沙、氧化铁、氧化镁、氧化铝、沸石、软锰矿、磁铁矿、硫铁矿、磁黄铁矿等），人工材料（活性炭、粉煤灰、高炉渣、活性氧化铝、有机聚合物等）如：活性炭—有机物；活性氧化铝—镍离子 离子交换法：常见的交换剂—离子交换树脂、天然或人工合成沸石、硅胶特点：昂贵、可逆三、固体废物的药剂稳定化处理,化学沉淀法：在含有重金属废物中投加化学药剂，形成难溶沉淀物的方法包括：氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、硅酸盐沉淀法、碳酸盐沉淀法、共沉淀法、无机及有机螯合物沉淀法氢氧化物沉淀法：关键—pH值影响溶解度 ①投加碱性物质——氢氧化钠、石灰、碳酸钠等 ②固化基材（调pH值）：硅酸盐水泥、石灰窑灰渣、碳酸钠等金属离子的稳定化,三、固体废物的药剂稳定化。