第4章_固体废物的物化处理
固体废物的物化处理
固体废物的物化处理一、引言固体废物的物化处理是指通过物理和化学的方法对固体废物进行处理，以降低其对环境的影响和危害。
物化处理是固体废物管理中的重要环节，能有效地减少废物的体积和有害物质的含量，同时还能回收利用可再生资源，实现资源的循环利用。
本文将详细介绍固体废物的物化处理的标准格式文本。
二、物化处理方法1. 物理处理物理处理是指通过物理手段改变废物的物理性质，以达到减少体积和分离有用物质的目的。
常见的物理处理方法包括：压缩、粉碎、筛分、磁选、离心、过滤等。
（1）压缩：将固体废物进行压缩，减少其体积，方便运输和储存。
压缩设备应满足国家相关标准，具备稳定的压缩效果和安全的操作性能。
（2）粉碎：将固体废物进行粉碎，使其颗粒大小均匀，便于后续处理。
粉碎设备应具备高效的破碎能力和可靠的运行稳定性。
（3）筛分：将固体废物进行筛分，分离出不同大小的颗粒。
筛分设备应具备精确的筛分效果和良好的耐磨性能。
（4）磁选：利用磁性物质对固体废物中的磁性物质进行分离。
磁选设备应具备强大的磁力和高效的分离能力。
（5）离心：利用离心力将固体废物中的液态或悬浮物分离出来。
离心设备应具备高速离心和稳定的分离效果。
（6）过滤：将固体废物中的液态通过滤网进行分离。
过滤设备应具备精确的过滤效果和耐腐蚀的性能。
2. 化学处理化学处理是指通过化学反应改变废物的化学性质，以降低有害物质的含量和改善固体废物的稳定性。
常见的化学处理方法包括：氧化、还原、中和、沉淀等。
（1）氧化：利用氧化剂对固体废物中的有机物进行氧化反应，将其转化为无害的物质。
氧化剂应符合国家相关标准，具备高效的氧化能力和安全的使用性能。
（2）还原：利用还原剂对固体废物中的氧化物进行还原反应，降低其毒性和危害性。
还原剂应具备高效的还原能力和稳定的反应性。
（3）中和：利用酸碱中和反应将固体废物中的酸性或碱性物质中和至中性。
中和剂应具备良好的中和效果和安全的使用性能。
（4）沉淀：利用沉淀剂将固体废物中的悬浮物或溶解物沉淀下来，实现固液分离。
第四章固体废物的物化处理
固体废物处理与处置 Treatment and 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 + H2SO4 MeSO4 + SO2 + S + H2O
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
（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：溶剂向颗粒表面扩散速率 VD=KD（ρ-ρs） 质量作用定律：溶剂在颗粒表面的化学反应速率Vk=Kkρsn
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
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
酸浸
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。
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
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
第四章 固体废物的物化处理
Chapter 4 Physical-chemical Treatment of Solid Waste
第四章 固体废物的物理化学处理
物质表面疏水性强，则可浮性好，可上浮从表面刮出 回收； 物质表面亲水性强，则可浮性差，将下沉从底部排出。
5
固体废物 资源化工程
（2）浮选药剂
第四章 物化处理
捕收剂：能够选择性地吸附在欲选的颗粒上,使其表面疏 水, 易于向气泡附着的药剂。——扩大目的物质与其他成 分的可浮性差异
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 + NaOH Na2WO4 + CaCO3 还可用于浸出闪锌矿（ZnS）、白钨矿、黑钨矿、铝土矿（Al2O3· 2O） nH
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)+ 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。
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固体废物 资源化工程
（2）浸出方法
根据浸出过程所用的药剂分为：
酸浸 盐浸 浸出 方法 水浸 碱浸
第四章 物化处理
中性浸出剂——水和盐
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固体废物 资源化工程
酸浸
第四章 物化处理
包括简单酸浸、氧化酸浸和还原酸浸。常用的酸浸剂有 硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸等。 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; MeO· 2 + H+ Me2+ + H2SiO3 SiO
固体废物的物化处理
固体废物的物化处理一、引言固体废物的物化处理是指通过物理和化学的方法对固体废物进行处理，以减少其对环境的污染和危害。
随着工业化和城市化的不断发展，固体废物的产生量不断增加，对环境和人类健康造成为了严重的威胁。
因此，开展固体废物的物化处理具有重要的意义。
二、物化处理的分类固体废物的物化处理可以分为物理处理和化学处理两大类。
1. 物理处理物理处理是指通过物理手段对固体废物进行分离、分类和减量处理的过程。
常见的物理处理方法包括：- 磁选：利用磁性物质对固体废物中的磁性物质进行分离，如铁、钢等。
- 筛分：利用不同颗粒大小的筛网将固体废物进行分离，如颗粒状废物和纤维状废物的分离。
- 水洗：通过水的冲刷将固体废物中的杂质和有害物质去除，如沙土、泥浆等。
- 空气分选：利用气流的作用将固体废物中的轻质物质和重质物质分离，如塑料和金属的分离。
2. 化学处理化学处理是指通过化学反应对固体废物进行转化、降解和稳定化处理的过程。
常见的化学处理方法包括：- 氧化：利用氧化剂将固体废物中的有机物氧化为无机物，如高温氧化、化学氧化等。
- 还原：利用还原剂将固体废物中的无机物还原为有机物，如还原焚烧、还原反应等。
- 中和：利用酸碱中和反应将固体废物中的酸性或者碱性物质中和为中性物质，如酸碱废物的中和处理。
- 沉淀：利用沉淀剂将固体废物中的悬浮物沉淀下来，如重金属废物的沉淀处理。
三、物化处理的应用领域固体废物的物化处理在多个领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 城市生活垃圾处理城市生活垃圾是指居民日常生活中产生的废弃物，包括食品残渣、纸张、塑料、金属、玻璃等。
物化处理可以通过物理分选、压缩、焚烧等方式对城市生活垃圾进行处理，减少垃圾的体积和对环境的污染。
2. 工业固体废物处理工业固体废物是指工业生产过程中产生的废弃物，包括废水、废气、废渣等。
物化处理可以通过化学反应、沉淀、过滤等方式对工业固体废物进行处理，将有害物质转化为无害物质或者固化处理，以减少对环境的污染和危害。
04固体废物的物化处理
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。
§4.2溶液浸出
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：
§4.1浮选 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。
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
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。
浸出过程
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
还原酸浸：
M e x O y 或 M e O H y H 还 原 剂 M e n H 2 O 氢 氧 化 物
用于：浸出变价金属的高价氧化物或氢氧化物。
三、几种典型浸出反应
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：C u O 2 N H 4 O H ( N H 4 ) 2 C O 3 C u ( N H 4 ) 4 C O 3 3 H 2 O
4 固体废物的物化处理
理溶解过程和化学溶解过程。
（一）交换反应溶解过程
（二）氧化还原反应溶解过程
（三）络合反应溶解过程
三、几种典型浸出反应
（一）中性溶剂浸出
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。
（二）酸性溶剂浸出
1、简单酸浸 2、氧化酸浸 3、还原酸浸
4 固体废物的物化处理
§1 浮选 §2 溶剂浸出 §3 固体废物稳定化/固化处理
1
机械搅拌式 充气搅拌式 充气式 气体析出式
固体废物的浮选
浮选设 备 影响 浮选 效果 的因 素
物料性质 药剂条件 操作条件..来自浮选浮选工 艺
调浆 调药 调泡
浮选药 剂
捕收剂 起泡剂 调整剂
浮选原 理
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 的颗粒黏附在气泡上 上浮
2.非极性油类捕收剂
非极性油类捕收剂主要成分是脂肪烷烃和环烷 烃。在料浆中由于强烈搅拌作用而被乳化成微 细的油滴，与物质颗粒碰撞接触时，便粘附于 疏水性颗粒表面上，并且在其表面上扩展形成 油膜，从而大大增加颗粒表面的疏水性，使其 可浮性提高。 从粉煤灰中回收炭，常用煤油作捕收剂。
（二）起泡剂
物(如单宁、淀粉等)。
3．pH调整剂——调整介质pH（酸，碱）
常用的介质调整剂是酸类和碱类。
4．分散剂——促使料浆中非目的颗粒成分散
状态的药剂（水玻璃、苏打、各类聚磷酸盐）
常用的分散剂有无机盐类(如苏打、水玻璃等)
和高分子化合物(如各类聚磷酸盐)。
5. 絮凝剂——促使料浆中目的颗粒联合成较
良好的充气作用；搅拌作用；能形成比较平稳
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第四章固体废物的物化处理一、名词解释1．反扩散答：反扩散是指可溶性化合物在固体表面解吸之后向液相扩散，由于搅拌等外界因素以及表面上可溶性化合物浓度降低，使颗粒的内外形成浓度差，产生一种使空隙内部可溶性化合物向表面扩散的推动力。
2．药剂稳定化答：药剂稳定化是指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。
稳定化技术与其他方法（例如封闭与隔离）相比，具有处理后潜在威胁特点。
利用稳定化技术可以有效地防止污染物的扩散。
3．固化答：固化是指在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。
固化的产物是结构完整的整块密实固体，这种固体可以方便地按尺寸大小进行运输，而无需任何辅助容器。
目前常用的固化处理方法主要包括水泥固化、石灰固化、沥青固化、塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、熔融固化（玻璃固化）和陶瓷固化等。
4．稳定化答：稳定化是指将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。
稳定化一般可分为化学稳定化和物理稳定化。
化学稳定化是指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的过程；物理稳定化是指将污泥或半固体物质与一种疏松物料（如粉煤灰）混合生成一种粗颗粒、有土壤坚实度的固体的过程。
5．溶剂浸出答：溶剂浸出是指适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有选择性地溶解的物理化学过程。
浸出主要用于处理成分复杂、嵌布粒度微细且有价成分含量低的矿业固体废物、化工和冶金过程的废弃物。
浸出的目的是要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。
6．浮选答：浮选是指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。
物质被水润湿的程度，即为物质的润湿性。
许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易被水润湿。
易被水润湿的物质，称为亲水性物质；不易被水润湿的物质，称为疏水性物质。
二、填空题1．根据在浮选过程中的作用，浮选药剂分为______、______、______。
第四章固体废物的物化处理
4.2.2 水泥与添加剂
水泥(cement) 添加剂(additive)
（1）水泥
• 水泥的种类
– 硅酸盐水泥：以石灰、粘土为主要原料的水泥（又叫 波特兰水泥）；
– 矿渣水泥：加入了一定量的高炉水淬渣（火山灰质）。 – 粉煤灰水泥：加入了一定量的粉煤灰（火山灰质）。 – 高铝水泥：加入了一定量的高铝原料，如铝土。
浸出主要用于处理成分复杂有价成Байду номын сангаас含量 低的矿业固体废物、化工和冶金过程的 废弃物。
浸出的目的是要使物料中有用或者有害成 分能选择性地最大限度地从固相转入液 相。
• 浸出动力学过程
浸出过程大致分为以下几个阶段：
1.外扩散-即溶剂分子向颗粒表面和孔隙扩散。
2.化学反应-即溶剂达到反应带之后与颗粒中某些 组分发生反应生成可溶性化合物。
• 碱性溶剂浸出 浸出剂：碳酸铵、氨水、碳酸钠、硫化钠
等。 如用碳酸钠浸出经焙烧过的钨矿：
CaWO4 + Na2CO3 + SiO2 Na2WO4 + CaSiO3 + CO2
铜、镍、钴等固体废物可用氨浸：
CuO + 2NH4OH + (NH4)2CO3 Cu(NH3)4CO3 + 3H2O
• 影响浸出过程的主要因素： 1、物料粒度及特性 2、浸出温度 3、浸出压力 4、搅拌速度 5、浸出溶剂浓度及固液比等
固化剂(Solidifying agent)
固化常用的惰性材料：
①水泥、沥青、塑料、石灰（凝结固化） ②硅酸钠（水玻璃）、粘土（玻璃化固化）
固化效果的评价
• 浸出速率 (leaching rate) • 增容比 (Enlargement ratio)
固体废物处理与资源化-第四章 固体废物的物化处理
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。常见方法有：浮选、溶剂浸出、 稳定、固化处理等。
第一节 浮选
一、浮选原理
浮选是固体废弃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，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过 适当处理后废弃。
水玻璃，单宁、淀粉等。
③介质调整剂：主要作用为调整浆料的性质，使其对某些物 质的浮选有利，而对另外一些物质不利。如酸类、碱类调整
pH值。
④分散与混凝剂：调整料中细泥的分散、团聚、絮凝，以减 小细泥对浮选的不利影响，改善和提高浮选效果，如苏打、 水玻璃(水溶性硅酸盐)、聚合磷酸盐、石灰、明矾、PAM( 聚丙烯酰胺)。
可分为以下四种类： ①活化剂：凡是能够促进捕收剂与欲选物质颗粒的作用，从而提高欲选 物质颗粒可浮性的药剂称为活化剂。常用的活化剂多为无机盐，如硫化 纳、硫酸铜等。
②抑制剂：抑制剂与活化剂的作用正相反，其作用为削弱非选物质与捕
收剂之间的作用，抑制其可浮性，增大其与欲选物质颗粒之间的可浮性 差异，提高分选过程的选择性。起这种抑制作用的药剂称为抑制剂，如
充气搅拌式浮选机
充气式浮选机 气体析出式浮选机
（一）捕收剂 捕收剂能够选择性地吸附在欲选物质颗粒表面上，使其疏
水性增强，提高浮性并牢固地粘附在气泡上而上浮。
良好的捕收剂应具备：捕收作用强，具有足够的活性；有
较高的选择性，最好只对一种物质颗粒具有捕收作用；易溶于
水、无毒、无臭、成分稳定，不易变质；价廉易得。
常用的捕收剂有异极性捕收剂和非极性油类捕收剂两类。 典型异极性捕收剂有黄药、油酸等。从煤矸石中回收黄铁矿
第四章固体废物的物化处理
（3）硅酸盐沉淀水和金属离子与二氧化硅或硅胶不同比 例结合，pH范围2～11） （4）碳酸盐沉淀:应用不广泛。 (5)共沉淀 如氢氧化铁、碳酸钙产生共沉淀。 （6）无机及有机螯合物沉淀 4、吸附技术 通过吸附剂吸附废物中的重金属离子和有机污染物。 5、离子交换技术 溶液中的重金属离子与离子交换剂发生交换反应,去 除重金属离子。
三、浮选工艺过程（P93) 1.调浆：调节浮选前料浆浓度。 2.调药：药剂的种类、数量、浓度调节与控制等，通过实 验确定。 3.调泡：调节气泡的过程。 a.正浮选：有用物质浮入泡沫产物，无用或回收价值不大 的物质留在料浆中。 b.反浮选：无用物质浮入泡沫产物，有用物质留在料浆中。 当废物中含有两种或两种以上有用物质，采用优先 浮选、混合浮选方法。 影响浮选效果因素：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（如充气量的大小、液面高低等）
2.应用及特点 （1）应用：低水平放射性废物。 （2）特点：增容比小，不可燃。操作复杂、价格昂贵；
(五）玻璃固化 1.固化原理 将玻璃与废物按一定的比例混合，在高温下熔融，冷却 后形成稳定的固化体。
2.应用:高放射性废物的处理。 3.特点：固化体浸出率小；增容比小；装置复杂，费用高
图4－14
硼酸盐玻璃固化工艺流程
（六）自胶结固化 1.原理 利用废物自身的胶结性能来固化废物。
1 3 CaSO4 2 H 2O CaSO4 H 2O H 2O 2 2 1 3 CaSO4 H 2O H 2O CaSO4 2 H 2O 2 2
图4-15烟道气脱硫灰渣自胶结固化工艺流程图
2.特点：工艺简单；固化体浸出率低；强度高； 适用于含硫酸钙、亚硫酸钙的废物；
固体废物污染控制工程：第四章 固体废物的物化化处理
常用于处理成分复杂，粒度微细，有价成分含量 低的矿业、化工、冶金固废。
采用传统的分选技术往往成效甚微，而常常采用 化学浸出技术。
浸出是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。
浸出过程所使用的药剂成为浸出剂，浸出后含目 的组分的溶液成为浸出液，残渣成为浸出渣。
一、浮选
浮选药剂：据药剂作用不同进行分类：捕收剂、 起泡剂、调整剂
起泡剂：促进泡沫形成，增加分选界面的药剂。 与捕收剂有联合作用。
调整剂：调整其他药剂（一般是捕收剂）与固体 颗粒间的作用或者调整料浆的性质。分活化剂、 抑制剂、介质调整剂、分散与混凝剂等。
一、浮选
3、浮选设备
SF型浮选机 SF型浮选机适用于
一、浮选
2、浮选药剂：据药剂作用不同进行分类：捕收 剂、起泡剂、调整剂
捕收剂：选择吸附在欲选物质颗粒表面，提高其 疏水性。要求：捕收作用强；高选择性；稳定无 毒无臭；易溶于水；价格低廉。 常用捕收剂：煤油，柴油，燃料油，变压器 油， 重油。只有可浮性很好的非极性废物颗粒可单独 使用非极性捕收剂，如：粉煤灰中炭的回收 废 石墨的回收。
浸出效果衡量
常用：浸出率、浸出过程的选择性、浸出药剂 的用量衡量浸出过程。
浸出率
浸
Vc
Q
Q m Q
选择性系数(β) ：愈接近1，则该两组分的浸出 选择性愈差。
1 / 2
浸出工艺
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。
CuO 2NH4 OH (NH4 )2CO3 Cu(NH4 )4CO3 3H2O
固体废物的物化处理
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外 表疏水，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
废物 C 2 u 表 4 RO 面 C 表 的 SS 面C 离 （ 2S uS 子 ） 2 C （ R 化 O O ） 2 R
某组分在浸出
液中的含量
浸出液
浸出渣干
浸渣中该
体积浸Q V C 10 % 0Q Q 重 m 1组0 % 分含0 量
废物干重
废物中某组 分的含量
浸出过程的选择性：常用选择性系数 〔β〕表示，它是在一样浸出条件下，某两 组分的浸出率之比，即：
1/2
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。
变价金属的 化高 物价 和金 氢 H 属 氧 还 氧 化 原 物 剂
还 原 酸M 浸neH2O
工业上常用的复原剂：金属铁、Fe2+、SO2
等M。nO 2 2Fe2 4H Mn2 2Fe3 2H2O
M
nO 2
2F 3
e4H
M n2
2F e3 3
2H2O
2Co(OH)3 SO2 2H 2Co2 SO42 4H2O
第四章 固体废物的物化处理
第一节 浮选
润湿性: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 物那么不易被水润湿。易被水润湿的物质， 称为亲水性物质；不易被水润湿的物质，称 一为、疏浮水选性原物理质。
浮选是在固体废物与水调制的料浆中，参加浮选药剂， 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，随气泡上浮于料浆外表成为泡沫层，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。
第4章固体废物的物化处理
常用的浸出设备主要有渗滤浸出槽(池)、机械搅拌浸出槽、 空气搅拌浸出槽、流态化逆流浸出塔和高压釜等五类。
渗滤浸出槽(池)
机械搅拌浸出槽
立式 高压 釜
空气搅拌浸出槽
流态化逆流浸出塔
六、
固体废物中的目的组分浸出进入 浸出液后，要经过后续作业将目 的组分从浸出液中提取或分离出 来，常用方法有：
稳定化／固化处理是处理重金属废物和其他非金属危险废物的重要手 段，在区域性集中管理系统中占有重要的地位。稳定化／固化处理作为废 物最终处置的预处理技术在国内外广泛应用于以下几个方面：
四、浮选设备
浮选机是实现浮选过程的重要设备。
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。
Cu + H2SO4 +1/2O2 CuSO4 + H2O
即
，
（三）典型的浸出反应
氧化
浸出液经固液分离得到含铜的氨浸出液，对其进 行蒸馏，氧化铜以沉淀析出，NH3和CO2冷凝吸 收得到(NH4)2CO3等，返回浸出作业再利用。
浸出剂
粒度细、比表面积大、结构疏松、组成简单、 裂隙和孔隙发达、亲水性强的物料浸出率高。
浮选对浮选机的基本要求
• 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。
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(heteropolar collector)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-polar collector)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。
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调整 剂系 列
pH调 整剂
活化剂
抑制剂
絮凝剂
分散剂
典 型 酸 、 金属阳离 O2 、SO2 腐植酸、水玻璃 代表 碱 子、阴离 和淀粉、聚 丙 烯 磷酸盐 子 HS － 、 单宁等 酰胺 HSiO3－等
三、浮选工艺过程
浮选工艺过程主要包括调浆、调药、调泡三个程序。 调浆即调节浮选的料浆浓度。浮选的料浆浓度必须适合 浮选工艺的要求。 调整浮选过程药剂的过程为调药。调药包括提高药效、 合理添加、混合用药、料桨中药剂浓度调节与控制等。一般 先加调整剂，再加捕收剂，最后加起泡剂。 调节浮选气泡的过程为调泡。 影响浮选效果的主要因素有：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、药剂的组 合等)；操作条件(如充气量大小、液面高低等)等。
固液比、
大部分浸出化学反应和扩散 速率随温度升高而加快。温 度升高的程度受到溶剂沸点 和技术经济条件的限制。
(四 )
浸出速率随着压力增加而加快。 溶剂的浓度越大，固体 的溶解速率和溶解程度 都增加，但是过高的浓 度，不仅不经济，杂质 进入溶液的量也增多， 设备腐蚀程度也增大， 因此适宜的浓度需通过 实验确定。
适宜的搅拌能减小扩散层厚度， 加快浸出速率，但需通过实验 确定。
五、 五、
根据浸出过 程中物料的 运动方式： 根据浸出剂与 被浸物料的相 对运动方式：
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。
浸出剂 被浸物料
送后续处理 物料
新浸出剂
浸渣
浸液 顺流浸出工艺流程 浸出剂 浸渣 被浸物料 错流浸出工艺流程
• 非极性捕收剂(non-polar collector)
– 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。
3. 捕收剂的结构特征（以黄药为例）：
• 黄药学名为烃基二硫代碳酸盐，也称黄原酸盐，其分子结构通式为 ROCSSAm, R为烃基，Am为碱金属离子，见下图； – 极性基：决定其在固体表面的吸附（能否吸附，吸附什么离子）以 及属于什么吸附（化学吸附或物理吸附等）； – 非极性基：在一定程度上可促进吸附，并在吸附后决定其吸附接触 角的大小（即吸附强度）。
四、浮选设备
浮选机是实现浮选过程的重要设备。
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。
（2）对其他处理过程所产生的残渣进行无害化处理。例如，焚烧过程 虽然可以有效地破坏有机毒性物质，并具有很大的减容效果。但是同时也 必然会在此过程产生的灰渣中浓集某些化学成分，甚至浓集放射性物质， 所以要对焚烧过程产生的灰渣进行无害化处理。另外，在铅锌的冶炼过程 中产生含有较高浓度砷的废渣，这些废渣大量堆积，会严重威胁地下水的 质量，因此也必须对此废渣进行稳定化/固定化处理。
浮选对浮选机的基本要求
• 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。
2. 捕收剂的种类
捕收剂的种类很多，虽然都是在物料表面吸附以增 加物料表面的疏水性，但吸附机理也有多种，如物理吸 附，化学吸附和电性吸附等，仅介绍两种典型的捕收剂 类型。
• 异极性捕收剂(heteropolar collector)
– 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。
五、 浮选的应用
• 从粉煤灰中回收炭：捕收剂为煤油，起泡剂可用 松醇油； • 从煤矸石中回收硫铁矿：黄药＋松醇油；
• 从焚烧炉灰中回收金属：黄药＋松醇油。
主要用于处理成分复杂、嵌布粒度微细且有价成分含量低的矿业、化工和冶金废弃物。
固相
取决于溶剂向反应区的迁移和界面上的化学反应。 大致经历了: 四个阶段。
浸出系统由数个浸出设备组成，料浆逆向连续通过各浸出槽多段浸出， 以提高浸出效果。机械搅拌和高压反应釜可采用化工生产类似设备。 空气搅拌浸出与机械搅拌浸出比较，具有充气性好，搅拌能力强和避免 机械搅拌部件腐蚀和磨损等优点。
生产中究竟采用哪种工艺，取决于浸出物料品位，回收的有用组分的价 值，进行反应所需条件等因素。
通过氧化还原处理，将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒有 害组分转化为无毒或低毒的化学性质稳定的组分，以便资源化利用或无 害化处置。
一种吸附剂往往只对某一种或某几种污染物具有优良的吸附性能，而对具他 污染成分则效果不佳。例如，活性炭吸附有机物最有效，活性氧化铝对镍离子的 吸附能力较强，而其他吸附剂对这种金属离子却没有吸附作用。
1、外扩散：指溶剂分子向颗粒表面和孔隙扩散到达反应带。 2、化学反应：指溶剂达到反应带后与颗粒中的某些成分发生 反应生成可溶性化合物。 3、解吸：指可溶性化合物在颗粒表面解吸，包括颗粒内部孔 隙的可溶性化合物的解吸。 4、反扩散：指可溶性化合物在固体表面解吸后，向液相扩散， 浓度差是主要的推动力。
由于经历了上述4个过程，物料中目的组分 不断进入液相，最后进行固液分离，即可使 得目的组分全部或大部分转入液相，再从液 相中回收利用。
Cu + H2SO4 +1/2O2
CuSO4 + H2O
即
，
（三）典型的浸出反应
氧化
浸出液经固液分离得到含铜的氨浸出液，对其进 行蒸馏，氧化铜以沉淀析出，NH3和CO2冷凝吸 收得到(NH4)2CO、比表面积大、结构疏松、组成简单、 裂隙和孔隙发达、亲水性强的物料浸出率高。
• 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。
一、浮选原理
一、
二、浮选药剂
根据在浮选过程中的作用，浮选药剂分为 三大类：捕收剂、起泡剂和调整剂。 （一） 捕收剂 1、概念
能够选择性地吸附在欲选颗粒上，使目的颗 粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡浮着 的药剂称为捕收剂。
（二）浸出过程的化学反应机理
CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O
化学溶解过程是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。包括：
浸出物料中的某一种或几 种组分是一个极为复杂的 溶解过程，可分为物理溶 解过程和化学溶解过程。
2Cu + O2 + nNH3
2CuO · nNH3
逆流浸出工艺流程
浸液
（一）渗滤浸出
渗滤浸出是使浸出剂溶液通过物料层实现的，按溶液流向分为上升流浸 出和下降流浸出。包括就地浸出、堆浸和槽浸三种方法。多用于大规模矿业 废物，如尾矿的浸出。
（二）搅拌浸出
搅拌浸出与渗滤浸出不同，浸出时物料和浸出剂同时流动，在机械，空 气或机械与空气联合搅拌下进行。搅拌浸出必须先将物料磨细，再配成20 ％～50％的料浆，它具有浸出速率快，浸出率高、生产能力大、连续方便 等优点。料浆搅拌有常压和高压操作之分。多用于各种数量较少的工业废 物，如各种冶金、化工废渣等的浸出。
调节好pH值是操作的重要条件。
有调pH值的作用
在较宽的pH（2～11）值范 围内，有较低的溶解度
形成硅酸盐
大多数金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的溶解度要小得多， 因此，采用硫化物沉淀法可使重金属的稳定化效果更好。
三、
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。稳定化技术与其他方法(例如封闭与隔离) 相比，具有处理后潜在威胁和相对持久性的持点。利用稳定化技术 可以有效地防止污染物的扩散。
（一）重金属离子的稳定化
在设计处理工艺时应尽 量使用酸、碱性泥渣互 为中和剂，以达到经济 有效的中和处理效果。 对化工、冶金、 电镀等行业中 含重金属的酸、 碱性泥渣，进 行中和处理， 达到化学中性。
二、
浸出速率，是指固化体浸于水或其他溶液中时，其中危
险物质的浸出速率。固化体在浸泡时的溶解性能，是鉴别固 化体产品性能的最重要的一项指标。评价固化体浸出速率主 要有两个目的：一是通过固化体难溶性程度比较，可以对固 化方法及工艺条件进行比较、改进或选择；二是有助于预测 各类型固化体暴露在不同环境时的性能，在危险废物固化体 贮存或运输条件下．用以估计其与水(或其他溶液)接触所引起 的危险或风险。
常用的浸出设备主要有渗滤浸出槽(池)、机械搅拌浸出槽、 空气搅拌浸出槽、流态化逆流浸出塔和高压釜等五类。
渗滤浸出槽(池)
机械搅拌浸出槽
立式 高压 釜
空气搅拌浸出槽
流态化逆流浸出塔
六、
固体废物中的目的组分浸出进入 浸出液后，要经过后续作业将目 的组分从浸出液中提取或分离出 来，常用方法有：
稳定化／固化处理是处理重金属废物和其他非金属危险废物的重要手 段，在区域性集中管理系统中占有重要的地位。稳定化／固化处理作为废 物最终处置的预处理技术在国内外广泛应用于以下几个方面： （1）对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理，使得其满 足后续处理或填埋处置的要求，例如，在填埋处置液态或泥状危险废物时， 由于液态物质的迁移特性，如使用液体吸收剂，当填埋场处于很大的外加 负荷时，被吸收的液体很容易被重新释放出来，所以应对这类废物进行稳 定化/固定化处理。