3章 固体废物预处理技术 第4节 固体废物的热处理

碳 盐 物 酸 矿 MeCO3 MeO + CO2 ↑ →
550～ 1000°C
石灰石煅烧: 石灰石煅烧: 菱镁矿煅烧: 菱镁矿煅烧: 白云石煅烧: 白云石煅烧:
CaCO3 →CaO+ CO2 ↑ 500 MgCO3 ～750°C→MgO + CO2 ↑
CaMg(CO3)2 →MgO + CaO+ 2CO2 ↑
CaSO 4 2H 2O
～ °C ΙΙ型CaSO4 6001200→ Ι型CaSO4
105～ αCaSO4 1 H2O 240°C ΙΙΙ型αCaSO4 → 2
105～ βCaSO4 1 H2百度文库 194°C ΙΙΙ型βCaSO4 → 2
半水石膏有α型与β型两种, 型凝结硬化比β型快, 半水石膏有α型与β型两种, α型凝结硬化比β型快,得到同样 稠度所需的拌和用水少,强度高.半水石膏再进一步加热, 稠度所需的拌和用水少,强度高.半水石膏再进一步加热, 可得到Ⅱ型无水石膏(CaSO 这种石膏加水不会硬化, 可得到Ⅱ型无水石膏(CaSO4).这种石膏加水不会硬化,在其 中加入明矾,硼砂,硅砂,黏土等做促硬剂, 800~1200煅 中加入明矾,硼砂,硅砂,黏土等做促硬剂,在800~1200煅 可得到具有硬化性的石膏. 烧,可得到具有硬化性的石膏.
(二)干燥设备
1,转筒干燥器 主要部件是与水平线稍有倾角安装的旋转金属圆筒, 物料由 主要部件是与水平线稍有倾角安装的旋转金属圆筒, 高端给入,由上向下,高温烟气由下向上呈逆流操作. 高端给入,由上向下,高温烟气由下向上呈逆流操作.随 着圆筒的旋转,物料在筒内壁的螺旋板推动与分散作用下, 着圆筒的旋转,物料在筒内壁的螺旋板推动与分散作用下, 连续的从上端向下端传输,并由出口排出. 连续的从上端向下端传输,并由出口排出. 物料在筒内停留约30~40min.尾气有排气口进入除尘器, 物料在筒内停留约30~40min.尾气有排气口进入除尘器,净 化后排放.已干燥的物料从底部排出. 化后排放.已干燥的物料从底部排出.
2,流化床干燥器
待干燥的物料连续地布撒在网孔水平传送带上, 待干燥的物料连续地布撒在网孔水平传送带上,使之通过逆向高 温气流的水平干燥器. 温气流的水平干燥器. 在金属网或多孔板上铺 上厚度3~15cm的透气性 上厚度3~15cm的透气性 材料,热风以0.5~1.3m/s 材料,热风以0.5~1.3m/s 的速度通过料层进行干燥. 的速度通过料层进行干燥. 被干燥物料自入口到出口 移动过程中得到干燥,其 移动过程中得到干燥, 水分降低变轻.热风由上 水分降低变轻. 而下或由下而上通过料层, 而下或由下而上通过料层, 用风机使大部分热风循环, 用风机使大部分热风循环, 只排出一部分废气. 只排出一部分废气.
3,隧道干燥器 ,
是一种循环履带干燥器,一种废物在窑内可以流动(运动前进) 是一种循环履带干燥器,一种废物在窑内可以流动(运动前进)的 大型干燥室.一般采用逆流干燥,热气流方向与废物移动方向相 大型干燥室.一般采用逆流干燥, 可使废物平稳均匀升温,逐渐被干燥. 反,可使废物平稳均匀升温,逐渐被干燥.废物的移动可采用窑 车或采用链板或网带等,可连续工作,也可间歇操作. 车或采用链板或网带等,可连续工作,也可间歇操作.利用率和 生产效率高,干燥质量稳定,便于调节控制. 生产效率高,干燥质量稳定,便于调节控制.但须避免介质气体 出口温度过低,且进口的湿料温度要高于气体出口的气体温度. 出口温度过低,且进口的湿料温度要高于气体出口的气体温度.
Al2O3 2SiO2 2H2O → Al2O3 2SiO2 + 2H2O ↑
400～600°C
(高岭石)
(偏高岭石)
(2)废石膏 (2)废石膏 广泛存在的化工废渣.石膏脱除结构水的温度较低, 广泛存在的化工废渣.石膏脱除结构水的温度较低,并被用 来制取烧石膏.不同的煅烧条件,可制取不同性能的热石膏, 来制取烧石膏.不同的煅烧条件,可制取不同性能的热石膏, 反应如下: 反应如下:
氧化气氛
还原气氛中: 还原气氛中:1100 ℃开始大量分解
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO 2 ↑
还原气氛
注意:在上述热解过程中烧制产品时,其氧化分解产生的 注意:在上述热解过程中烧制产品时, (CO2,SO2及有机物气体)必须在氧化分解期充分逸散,否 及有机物气体)必须在氧化分解期充分逸散, 则在高温烧成期易产生气泡等对烧结制品产生破坏. 则在高温烧成期易产生气泡等对烧结制品产生破坏.
CaSO 4 + CO → CaSO 3 + CO 2 ↑
还原气氛
CaSO3 → CaO + SO2 ↑
(3)碳素,硫化物及有机物的氧化 (3)碳素 碳素, 低温阶段,矿物气孔率较高, 低温阶段,矿物气孔率较高,表面易吸附烟气中一氧化碳的 分解产物(碳素) 当有氧化铁存在是, 分解产物(碳素),当有氧化铁存在是,一氧化碳的低温沉碳反 应加剧,一直进行到800～900为 应加剧,一直进行到800～900为℃止.
(2)硫酸盐的热分解 (2)硫酸盐的热分解 300℃以下为低温脱水阶段,在氧化气氛中直至1300 300℃以下为低温脱水阶段,在氧化气氛中直至1300 ℃才急 剧分解
CaSO4 → CaO + SO3 ↑
氧化气氛
如若在还原气氛下,则在910℃开始被还原成亚硫酸钙,继而 如若在还原气氛下,则在910℃开始被还原成亚硫酸钙, 在高温下分解
二,固体废物的热分解
固体废物的热分解是指晶体状的固体废物在较高温度下脱除 其中吸附水及结合水或同时脱除其他易挥发物质的过程. 其中吸附水及结合水或同时脱除其他易挥发物质的过程.包 热分解脱水,氧化分解脱除挥发组分,分解熔融, 括:热分解脱水,氧化分解脱除挥发组分,分解熔融,熔融 1,热分解脱水 是指在热状态下使废物分子内部的结合水分解排出的过程, 是指在热状态下使废物分子内部的结合水分解排出的过程, 排出结合水后的废物资源化利用档次可得到提高. 排出结合水后的废物资源化利用档次可得到提高. (1)含高岭石废物 (1)含高岭石废物 煤矸石,主要组分为高岭石, 400～600℃ 煤矸石,主要组分为高岭石,在400～600℃失去大量结构水 与结晶水,剩下2-3%的水分直到750～800 ℃时才完全脱除. 与结晶水,剩下2 的水分直到750～ 时才完全脱除.
第四节 固体废物的热处理
热处理是利用热物理方法改变固体废物状 态的过程. 态的过程. 包括干燥脱水,热分解,烧成,焙烧等. 包括干燥脱水,热分解,烧成,焙烧等.
一,固体废物的干燥脱水
(一)原理
干燥脱水是排除固体废物中的自由水和吸附水(去湿) 干燥脱水是排除固体废物中的自由水和吸附水(去湿)的 过程,干燥后含水率可降至20%~40%. 过程,干燥后含水率可降至 . 主要用于城市垃圾经破碎, 主要用于城市垃圾经破碎,分选后的轻物料或经脱水处理 后的污泥. 后的污泥. 干燥是利用加热使物料中水分蒸发. 干燥是利用加热使物料中水分蒸发. 常用措施: 常用措施: (1)将物料分解破碎以增大蒸发面积,提高蒸发速度. )将物料分解破碎以增大蒸发面积,提高蒸发速度. (2)使用尽可能高的热载体或通过减压增加物料和热载体 ) 间温度差,增加传热推动力. 间温度差,增加传热推动力. (3)通过搅拌增大传热传质系数,以强化传热传质过程. )通过搅拌增大传热传质系数,以强化传热传质过程.
三,固体废物的烧成
烧成是指在远高于废物热分解温度下进行的高温煅烧,也称重烧. 烧成是指在远高于废物热分解温度下进行的高温煅烧,也称重烧. 目的是为了稳定废物中氧化物或硅酸盐矿物的物理状态,变为稳定 目的是为了稳定废物中氧化物或硅酸盐矿物的物理状态, 的固相材料(惰性材料) 为了促进变化的进行, 的固相材料(惰性材料).为了促进变化的进行,有时也使用矿化剂 或稳定剂.这个稳定化处理,从现象上看有再结晶作用, 或稳定剂.这个稳定化处理,从现象上看有再结晶作用,使之变为 稳定型变体以及使高密度矿物常压稳定化等作用. 稳定型变体以及使高密度矿物常压稳定化等作用. (1)再结晶 (1)再结晶 氢氧化物和碳酸盐矿物在较低温度下产生热分解生成的各种氧化物, 氢氧化物和碳酸盐矿物在较低温度下产生热分解生成的各种氧化物, 一般结晶度较差,但活性较大. 一般结晶度较差,但活性较大.如果将这些氧化物作为耐火材料原 陶瓷或精细陶瓷材料以及惰性填料,涂料等使用, 料,陶瓷或精细陶瓷材料以及惰性填料,涂料等使用,必须在更高 温度下进行少成,使之充分再结晶,提高强度. 温度下进行少成,使之充分再结晶,提高强度.
Ca(OH)2 + CO2 →CaCO3 + H2O
600～ 1050°C
CaO,MgO水化能力很强,可以作为胶凝材料.如若将煅烧生成的 , 水化能力很强, 水化能力很强 可以作为胶凝材料.如若将煅烧生成的CaO和 和 CO2反应,则生成沉淀碳酸钙 轻质碳酸钙 ,反应如下: 反应,则生成沉淀碳酸钙(轻质碳酸钙 反应如下: 轻质碳酸钙),
CaO+ H2O →Ca(OH)2
轻质碳酸钙的粒度极细,白度很高,是优良的填料,涂料, 轻质碳酸钙的粒度极细,白度很高,是优良的填料,涂料,广泛作 为化工原料.同样方法可以制备轻质碳酸镁, 是生产碳酸盐, 为化工原料.同样方法可以制备轻质碳酸镁,而CO2是生产碳酸盐, 是生产碳酸盐 干冰和饮料的重要原料
FeS + O →FeS+ SO ↑
500～800° C
4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2 ↑
(4)氧化铁的热分解 (4)氧化铁的热分解 氧化气氛中:1250 开始分解, 氧化气氛中:1250 ℃开始分解,1370 ℃下发生急剧反应
2Fe2O3 → 4FeO + O2 ↑
2CO → 2C(沉碳) + O2 ↑
碳素及有机物在 碳素及有机物在600 ℃以上才开始氧化,一直进行到高温阶 以上才开始氧化,一直进行到高温阶 段,即
C + O2 → CO2 ↑
含有硫化物的废物 硫化物的氧化反应一般在800 含有硫化物的废物,硫化物的氧化反应一般在800 ℃左右才 硫化物的废物, 基本结束. 基本结束. 350～450°C 2 2 2
硅酸盐 其他结晶矿物+ 液相SiO2 →
高 熔 温 融
莫来石(3Al2O3 2SiO2) → 刚玉(Al2O3) + SiO2(液相)
堇青石 (2MgO Al2O3 5SiO2) → 莫来石 3Al2O3 2SiO2) + SiO2(液相) (
失透石(Na2O 3CaO 6SiO2) → 硅灰石(CaO SiO2) + SiO2(液相)
925～ 高岭石(Al2O3 2SiO2) 950°C 硅尖晶石(Al2O3 3SiO2) + SiO2(液相) →
锆英石(ZrO2 SiO2) → 斜锆石( ZrO2) + SiO2(液相)
4,熔融 将固体废物在熔点条件下转变为液相高温流体的工艺过程, 将固体废物在熔点条件下转变为液相高温流体的工艺过程, 有单一成分的熔融和复合成分的熔融. 有单一成分的熔融和复合成分的熔融. (1)单一成分的熔融 将单一组分的高纯度氧化物用电弧炉活高 (1)单一成分的熔融 频电炉熔融,以获得稳定的结晶. 频电炉熔融,以获得稳定的结晶. (2)复合成分的熔融 指由两种以上的被熔融物经过相互熔融 (2)复合成分的熔融 (在熔融状态下互相混合),使之发生高温反应的工艺流程,其 在熔融状态下互相混合) 使之发生高温反应的工艺流程, 目的是制造各种硅酸盐制品, 目的是制造各种硅酸盐制品,同时也是金属冶炼的一个重要 工序.特点是被熔融物事先按组分进行配料, 工序.特点是被熔融物事先按组分进行配料,然后对配料混 合物进行高温熔融制铸石,熔制水泥, 合物进行高温熔融制铸石,熔制水泥,熔制磷肥和熔制人造 矿物等. 矿物等.
3,分解熔融 一些硅酸盐矿物,如尾矿,在高温下热解,易转变成新的结晶矿物, 一些硅酸盐矿物,如尾矿,在高温下热解,易转变成新的结晶矿物, 同时产生具有补充组分的液相.对固体废物生产陶瓷,耐火材料, 同时产生具有补充组分的液相.对固体废物生产陶瓷,耐火材料, 玻璃,铸石等高温材料具有重要作用. 玻璃,铸石等高温材料具有重要作用.
2,氧化分解脱除挥发组分 一些固体废物,如碳酸盐,硫酸盐,氧化物等在高温煅烧时易发生分解, 一些固体废物,如碳酸盐,硫酸盐,氧化物等在高温煅烧时易发生分解, 脱除其中的易挥发组分,这些固体废物常可采用煅烧的方法提高性能, 脱除其中的易挥发组分,这些固体废物常可采用煅烧的方法提高性能,使 其得到更有效的利用. 其得到更有效的利用. (1)碳酸盐的热分解 (1)碳酸盐的热分解 650～ 650～900 ℃开始发生热分解,放出,变为氧化物,直到1000 ℃基本分解完 开始发生热分解,放出,变为氧化物,直到1000 反应如下: 毕.反应如下: 煅 烧