固体废弃物处理

固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste第四章固体废物的物化处理PhysicalandChemicalTreatmentofSolidWaste固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste1固体废物浮选2固体废物溶剂浸出3固体废物稳定化/固化处理…固体废物的物化处理方法1flotation2solventextraction3Stabilization/solidification固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste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。润湿性(wettability)：物质被水润湿的程度。亲水性(hydrophilicity)：如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲水性的。疏水性(hydrophobicity)：如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。1浮选(flotation)固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste浮选影响浮选效果的因素浮选工艺浮选原理浮选药剂浮选设备料浆/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principlemedicamentequipmenttechniqueinfluencefactor固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste1.1浮选原理(principle)浮选是通过在固体废物与水调制的料浆中，加入浮选药剂，并通入空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出泡沫回收；不能上浮的颗粒仍留在料浆内，适当处理后废弃。固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste1.2浮选药剂(medicament)浮选剂(flotationagent)根据其作用的不同可分为捕收剂(collector)、起泡剂(frother)和调整剂(modifyingagent)。捕收剂(collector)捕收剂能够选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面，使其疏水性增强，提高可浮性，并牢固地粘附在气泡上而上浮。良好的捕收剂应具备：①捕收作用强，具有足够的活性②有较高的选择性③易溶于水、无毒、无臭、成分稳定、不易变质④价廉易得固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste捕收剂异极性捕收剂非极性油类捕收剂黄药(ROCSSMe)油酸非极性基团极性基团、非极性基团脂环烷烃(CnH2n+1)环烷烃(CnH2n)煤油固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste起泡剂(frother)起泡剂是一种表面活性物质(surfactant)，主要作用在水气界面上，使其界面张力降低，促使空气在料浆中弥散，形成小气泡，防止气泡兼并，增大分选界面，提高气泡与颗粒的粘附和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层。常用的起泡剂有松油、松醇油、脂肪醇等。起泡剂在气泡表面的吸附起泡剂与捕收剂相互作用固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste调整剂(modifyingagent)调整剂的作用主要是调整捕收剂与物质颗粒表面之间的作用，还可调整料浆的性质，提高浮选过程的选择性。按其作用可分为活化剂(activator)、抑制剂(depressor)、介质调整剂(regulator)、分散剂(dispersant)与混凝剂(coagulant)。固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste1.3浮选工艺过程(technique)调浆:调节浮选前料浆浓度。浮选密度较大颗粒，用较浓料浆；浮选密度较小颗粒，用较稀料浆。调药:调整浮选过程药剂。包括提高药效，合理添加，混合用药,料浆中药剂浓度调节与控制。调泡:调节浮选气泡的过程。浮选前料浆的调制(废物的破碎，磨碎等)加药调整(搅拌)充气浮选浓缩、脱水产品固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste1.4浮选设备(equipment)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设备类型机械搅拌式充气搅拌式充气式气体析出式固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste缺点固体废物浮选前需要破碎到一定的细度浮选时要消耗一定数量的浮选药剂且易造成环境污染或增加相配套的净化设施需要一些辅助工序如浓缩、过滤、脱水、干燥等1.5浮选应用(application)应用粉煤灰中回收炭炼铜炉渣中回收金属废弃塑料混合物分离牙科废料中回收贵金属固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste2溶剂浸出(solventextraction)溶剂浸出：是用适当的溶剂与废物作用使物料中的有关的组分有选择性地溶解的物理化学过程。浸出目的：使物料中有用成分或有害成分能选择性地最大限度地从固相转入液相。选择溶剂原则：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对设备腐蚀性小固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste仅发生晶格的破坏化学键（离子或原子）物理溶解化学溶解2.1化学反应机理(reactionmechanism)发生化学反应交换反应氧化还原反应络合反应physicaldissolutionchemicaldissolution固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste中性浸出浸出方法碱浸酸浸浸出：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2.2典型浸出反应(leachingreaction)acidextractionneutralextractionalkalineextractionleachingliquorleachingresidueleachingagent固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste中性溶剂浸出氯化钠浸出如含铅废物。PbSO4+NaClPbCl2+Na2SO4PbCl2+NaClNa2PbCl4中性浸出剂是水和盐，如氯化钠、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，可浸出金属硫化矿废物。Bi+FeCl3BiCl3+FeCl2Bi2S3+FeCl3BiCl3+FeCl2+S0氯化铜浸出是浸出金属硫化矿废物的良好溶剂。可浸出FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS、Cu2S等。Cu2S+CuCl2CuCl+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。MoS2+NaClO+NaOHNa2MoO4+NaCl+Na3SO4+H2O水浸出如硫化铜矿经硫酸化焙烧后。CuSO4（固）+H2OCu2++SO42-+H2O固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste酸性溶液浸出简单酸浸适用于简单金属氧化物、金属含氧盐及少数的金属硫化物（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;MeO·SiO2+H+Me2++H2SiO3从含铜废物中浸出铜：孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）、蓝铜矿（CuCO3·Cu(OH)2）、黑铜矿（CuO）、赤铜矿（Cu2O）、硅孔雀石（CuSiO3·2H2O）、铜蓝（CuS）、辉铜矿（Cu2S+O2）、黄铜矿（CuFeS2+O2）、自然铜包括简单酸浸、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。固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste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（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+H2SO4MeSO4+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固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste碱性溶剂浸出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)2CO3Cu(NH3)4CO3+H2O孔雀石CuCO3Cu(OH)2+NH4OH+(NH4)2CO3Cu(NH3)4CO3+H2O而金属铜通过氧化还原反应浸出Cu+Cu(NH3)4CO3Cu2(NH3)4CO3Cu2(NH3)4CO3+NH4OH+(NH4)2CO3+O2Cu(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+H2O[Cu(NH3)4]SO4+[Cu(NH4)2]CO3+Fe2O3·nH2O黄铜矿CuFeS2+NH3+O2+H2O[Cu(NH3)4]SO4+(NH4)2SO4+Fe2O3·nH2O常用的碱浸剂有氨水、碳酸钠、苛性钠、硫化钠等。固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste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。白钨矿CaWO4+Na2CO3Na2WO4+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。方铅矿PbS+NaOHNa2WO4+CaCO3还可用于浸出闪锌矿（ZnS）、白钨矿、黑钨矿、铝土矿（Al2O3·nH2O）硫化钠溶液浸出硫化钠可分解砷、锑、锡、汞等硫化物，使其生成可溶性硫代酸盐的形态转入浸液中。As2O3(Sb2O3、SnS2、HgS)+Na2SNa3AsS3(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。固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste浸出操作要保证有较高的浸出率(leachingefficiency)。浸出率是目的溶质进入溶液的质量分数。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)%%QamQaQVC100100浸2.3影响浸出的过程的主要因素(factor)固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste影响因素：物料粒度及其特性size浸出温度temperature浸出压力pressure搅拌速度mixingrate其他因素的影响固体废物处理与