固体废物的物化处理

固体废物的物化处理是利用物理化学反应过程对固体废物进行处理的方法，常见的是浮选、溶剂浸出、稳定化/固定化处理等第一节浮选一、浮选原理浮选是在固体废物与水调制的料浆中，加入浮选药剂，并通过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，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。二、浮选药剂：捕收剂、起泡剂、调整剂（1）捕收剂：主要作用是使欲浮的废物颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着。异极性捕收剂：黄药类、脂肪酸类常用的捕收剂非极性油类捕收剂：煤油、柴油等异极性捕收剂(heteropolarcollector)异极性捕收剂的分子由极性基（亲固基）和非极性基（疏水基）组成，如黄药（ROCSSNa）和羧酸（RCOOH）或羧酸盐（RCOONa）等。其捕收对象主要取决于极性基的选择性吸附。非极性捕收剂(non-polarcollector)不含极性基的有机烃类，如煤油、柴油等，对具有天然可浮性的物料具有增强作用。（2）起泡剂：表面活性物质，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:松醇油、脂肪醇等。松醇油的主要成分为α-萜烯醇（C10H17OH）结构式为：（3）调整剂：主要作用是调整捕收剂的作用及介质条件。三、浮选工艺包括调浆、调药、调泡三个程序。（1）调浆：浮选前料浆浓度的调节，它是浮选过程的一个重要作业。一般，调整剂系列pH调整剂活化剂抑制剂絮凝剂分散剂典型代表酸、碱金属阳离子、阴离子HS－、HSiO3－等O2、SO2和淀粉、单宁等腐植酸、聚丙烯酰胺水玻璃磷酸盐浮选密度较大、粒度较粗的废物颗粒，往往用较浓的料浆；反之浮选密度较小的废物颗粒，可用较稀的料浆。（2）调药：浮选过程药剂的调整，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等。（3）调泡：浮选气泡的调节。气泡越小，数量越多，气泡在料浆中分布越均匀，料浆的冲气程度越好，为欲浮颗粒提供的气液界面越充分，浮选效果越好。对机械搅拌式浮选机，当料浆中有适量起泡剂存在时，大多数气泡直径介于0.4～0.8mm，最小0.05mm，最大1.5mm，平均0.9mm左右。四、浮选设备浮选机的种类很多，其主要差别有：充气方式不同（吸入或压入），搅拌方式的不同，槽体形状不同（方形、圆形，上方下锥形等），料浆和空气在槽内的运动方式不同。浮选机的主要类型：机械搅拌式浮选机、充气搅拌式浮选机、充气式浮选机、气体析出式浮选机。XJK型机械搅拌式浮选机我国使用最广。浮选技术经济指标的好坏，与浮选机的性能密切相关。对浮选机的基本要求有：良好的充气作用：气泡是疏水性物料的运载工具，浮选机必须保证能吸入或压入足量的空气并能使这些空气充分弥散；良好的搅拌作用：搅拌能造成物料的悬浮，物料在浮选槽内均匀分散，造成物料与药剂、气泡充分接触和碰撞，促进药剂的溶解；能形成比较平稳的泡沫区：在浮选的料浆表面，应有比较平稳的泡沫区，以使吸附了目的物料的泡沫保持住目的物料，并使夹杂的非目的物料能够脱落；能连续工作并便于调节：包括连续给料和连续排料，给、排料量的调节等。浮选法的主要缺点：是有些工业固体废物浮选前需要破碎和磨碎到一定的细度。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。另外，还需要一些辅助工序(如浓缩、过滤、脱水、干燥)等。因此，在生产实践中究竟采用哪一种分选方法，应根据固体废物的性质，经技术经济综合比较后确定。第二节溶剂浸出化学浸出：溶剂选择性地溶解固体废物中某种目的组分，使该组分进入溶液中而达到与废物中其他组分相分离的工艺过程。适用对象：成分复杂、嵌布粒度微细且有价成分含量低的矿业固体废物、化工和冶金过程排出的废渣等，采用传统分选技术往往成效甚微，而常常采用化学浸出技术。一、浸出理论浸出方法：依浸出药剂种类的不同，分为酸浸、碱浸、盐浸、水浸等方法。（一）酸浸：常用的浸出方法常用的酸浸剂包括稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸等。简单酸浸、氧化酸浸和还原酸浸三种方法。简单酸浸：适用于浸出某些易被酸分解的简单金属氧化物、金属含氧盐及少数的金属硫化物中的有价金属。固体废物浸出化学溶剂：浸出剂过滤浸出渣浸出液固体废物浸出酸过滤浸出渣浸出液SHMeHMeSSiOHMeHSiOMeOAsOHMeHMeAsOOHFeMeHOFeMeOOHMeHMeOOHMeHOMeOHMeMeHOMeOHMeHMeO22322243342323224223322234322223428243264282氧化酸浸：适用于金属硫化物、某些低价金属化合物。在酸性溶液中相当稳定，不易简单酸溶。但在有氧化剂存在时，几乎均能被氧化分解而浸出。常用的氧化剂：Fe3+、Cl2、O2、HNO3、NaClO、MnO2、H2O2等还原酸浸：主要用于浸出变价金属的高价金属氧化物和氢氧化物，如浸出有色金属冶炼过程产出的镍渣、锰渣、钴渣中的有用组分为MnO2、Co(OH)3、Ni(OH)3、Co2O3、Ni2S3等。工业上常用的还原剂（二）碱浸碱浸药剂的浸出能力一般比酸浸药剂弱，但浸出过程选择性高，可获得较纯净的浸出液，且设备防腐问题较易解决。SHCuHCuSOHSiOCuHOHCuSiOOHCuCuHOCuOHCuHCuOOHCOCuHOHCuCuCOOHCOCuHOHCuCuCO222222322222222232222322铜蓝硅孔雀石赤铜矿黑铜矿）（蓝铜矿）（孔雀石OHCuOHCuOHSOFeCuOHCuFeSOHSHCuOHSCu222224222222222金属铜黄铜矿辉铜矿2402SOSMeHMeS或氧化剂氧化酸浸OHSHCuOHSCuOHCuOHOCu222222222221222212辉铜矿赤铜矿OHMeHn2还原酸浸还原剂化物和氢氧化物变价金属的高价金属氧OHSONiHSOOHNiOHSOCoHSOOHCoOHFeMnHFeMnOOHFeMnHFeMnO224222242232322232224223)(2422)(22324322242常用的碱浸药剂与浸出方法：碳酸铵和氨水：氨浸碳酸钠：碳酸钠溶液浸出苛性钠：苛性钠溶液浸出硫化钠：硫化钠溶液浸出氨浸：常用于含金属铜、钴、镍及其氧化物的废物的浸出。适用对象：含铁高且脉石以碳酸盐为主的铜镍废物。碳酸钠溶液浸出：能与碳酸钠反应生成可溶性钠盐的废物，特别是碳酸盐含量较高的废物更适宜采用这种浸出方法。目前，碳酸钠溶液主要用于浸出某些含钨废料、硫化钼氧化焙烧渣、含磷、含钒等废物。苛性钠溶液浸出：苛性钠是拜耳法生产氧化铝的主要浸出剂。含硅高的固体废物中的有价组分也常用苛性钠溶液浸出。固体废物浸出碱过滤浸出渣浸出液OHCONHCuOCONHOHNHCONHCuCONHCuCONHCuCuOHCONHCuCONHOHNHOHCuCuCOOHCONHCuCONHOHNHCuO234323244343234323432343324423234332443)(221)(2)()()(8)(2)(6)(3)()(2还原氧化金属铜孔雀石黑铜矿23325224332524232233423234232423234CONaVOCONaOVCOPONaCONaOPMoONaCONaMoOMnCOFeCOWONaCONaWOMnFeCaCOWONaCONaCaWO废物中废物中氧化钼），黑钨矿（白钨矿OHNaAlONaOHOnHOAlOHMnOHFeWONaNaOHWOMnFeOHCaWONaNaOHCaWOOHSNaZnONaNaOHZnSOHSNaPbONaNaOHPbS2223222424242422222222铝土矿）（）（），黑钨矿（）（白钨矿闪锌矿方铅矿硫化钠溶液浸出：硫化钠可分解砷、锑、锡、汞等硫化物，使它们生成可溶性硫代酸盐的形态转入浸液中。因此，凡含这类硫化物的废物都可用硫化钠溶液浸出。（三）中性溶剂浸出利用某些无机盐的水溶液为浸出剂，浸出废物原料中的某种组分的过程。常用的盐浸剂：氯化钠、高价铁盐、氯化铜和次氯酸钠等溶液氯化钠浸出含铅废物的反应为：高价铁盐浸出含铋废物的反应为：氯化铜溶液浸出金属硫化矿:难被高价铁盐及高价铜离子浸出的金属硫化物可用强氧化剂如次氯酸钠等作浸出剂进行浸出，如硫化钼的浸出二、浸出效果衡量实践中常用目的组分的浸出率、浸出过程的选择性及浸出药剂用量等指标衡量浸出过程。浸出过程的选择性：常用选择性系数（β）表示，它是在相同浸出条件下，某两组分的浸出率之比，即：β值愈接近1，表示浸出过程中该两组分的浸出选择性愈差。三、浸出工艺依浸出过程废物的运动方式，分两种：（1）渗滤浸出：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，一般仅用于某些特定的废物，常采用间断操作制度。包括槽浸、堆浸、就地浸出。2）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222322233232332323323HgSNaSNaHgSSnSNaSNaSnSSbSNaSNaSSbAsSNaSNaSAs4224SONaPbClNaClPbSO422PbClNaNaClPbClOHBiClHClOBiSFeClBiClFeClSBi2332023332326362623333FeClBiClFeClBi02202202202220222422222243222SCuClCuClSCuSCuClZnClCuClZnSSCuClPbClCuClPbSSCuClFeClCuClCuFeSSCuClFeClCuClFeS%100%100QmQQVC浸浸出各种废物。浸出前废物磨细至0.3mm以下，采用连续操作制度。依浸出剂与被浸废料的相对运动方式，分三种：顺流浸出、错流浸出、逆流浸出。顺流浸出：浸出时，浸出剂与被浸废料的流动方向相同，此时浸出液中目的组分的含量较高，浸出剂的消耗量较小，但浸出速度较小，浸出时间较长。顺流浸出工艺流程：错流浸出：浸出时，浸出剂与被浸废料的流动方向相错，每次浸出后的浸渣均与新浸出剂接触，浸出速度高，浸出率高，但浸出液体积大，浸出液中目的组分的含量低，浸出剂消耗量大错流浸出工艺流程：逆流浸出：浸出时，浸出剂与被浸废料运动方向相反，即经几次浸出而贫化后的废物与新鲜浸出剂浸出剂接触，而原始被浸废物则与浸出液接触，可较充分地利用浸出液中的剩余浸出剂，浸出液中目的组分含量高，浸出剂消耗量较小，但浸出速度较低，浸出时间较长，需较多的浸出段数。逆流浸出工艺流程：四、常用的浸出设备：渗滤浸出槽（池）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：压煮器，用于热压浸出渗滤浸出槽结构示意图机械搅拌浸出槽结构示意图空气搅拌浸出槽结构示意图流态化逆流浸出槽结构卧式机械搅拌高压釜的结构示意图槽体防酸层假底出液口循环孔排料口溢流孔人孔主轴排气孔进料口进料口排气孔人孔溢流槽循环孔蒸气管蒸气管事故排浆管空气管窥视镜硫酸配管洗涤水分配管硫酸配管洗涤水分配管粗砂排料锥粗砂排料口溢流口观察孔排气孔进料管进料锥排料空气和NH3隔板冷却蛇管档板可调溢流板给料四、浸出液中目的组分的提取和分离固体废物通过浸出，其目的组分进入了浸出液。从