固体废物的化学浸出

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,固体废物的化学浸出,浸出理论基础,浸出工艺与设备,目的组分提取与分离,1,浸出的理论基础,1、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。,2、浸出剂：浸出过程所用的药剂,3、浸出液：浸出后含目的组分的溶液,4、浸出渣：浸出后的残渣,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,2,浸出对象,矿业固体废物,化工废弃物,冶金废弃物,3,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。,选择溶剂应考虑以下原则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,4,浸出动力学过程,浸出过程取决于两个阶段,1、溶剂向反应区的迁移,2、界面上的化学反应,5,浸出过程又可细分为以下阶段,外扩散:溶剂分子向颗粒表面和孔隙扩散,化学反应:溶剂与颗粒中某些组分发生反应生成可溶性化合物,解吸:可溶性化合物从颗粒表面和内部孔隙解吸,反扩散:解吸后的可溶性化合物向液相扩散,6,浸出过程的化学反应机理,浸出过程是一个复杂的溶解过程,可分为物理溶解过程和化学溶解过程。,物理溶解过程:指溶质在溶剂作用下仅发生晶格破坏,不破坏离子或原子间化学键,是一种可逆过程,溶质可以从溶液中结晶出来。,化学溶解过程:指溶剂与物料的相关组分之间发生化学反应生成可溶性化合物进入液相的过程,是一种不可逆过程,主要有交换反应,氧化还原反应,络合反应等。,7,（一）交换反应溶解过程,是指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。,CuO+H2SO4 CuSO4+H2OFe2O3+6HCl 2FeCl3+3H2OGeO2+2NaOH Na2GeO3+H2OCuS+Fe2(SO4)3 CuSO4+2FeSO4+S,8,（二）氧化还原反应溶解过程,是指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。,Cu+H2SO4+1/2O2 CuSO4+H2O,9,（三）络合反应溶解过程,是指溶剂与物料组分之间发生络合反应,生成可溶性化合物的过程。,2Cu+O2+nNH3 2CuO nNH32Cu+ 2CuO nNH3 2Cu2O nNH3CuO+2NH3 H2O+(NH4)2CO3 Cu(NH3)4CO3+3H2OCu+ Cu(NH3)4CO3 Cu2(NH3)4CO3,10,几种典型浸出反应,酸浸,盐浸,碱浸,水浸,11,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。,12,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。,还原酸浸,变价金属的高价金属氧化物和氢氧化物,13,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。,14,碱浸,常用的碱浸剂有氨水、碳酸钠、苛性钠、硫化钠等。,氨浸,适用于含金属铜、钴、镍及其氧化物的废物浸出。,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。,15,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。,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。,16,盐浸,常用的盐浸剂有氯化钠、高价铁盐、氯化铜和次氯酸钠等溶液。,氯化钠浸出,如含铅废物。,高价铁盐浸出,含铋废物，是浸出金属硫化矿废物的良好。,氯化铜浸出,是浸出金属硫化矿废物的良好。,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。,17,影响浸出过程的主要因素,物料粒度及其特性,粒度细,比表面积大的物料浸出率高结构疏松,组成简单,裂隙和孔隙发达,亲水性强的物料浸出率高。,18,浸出温度浸出化学反应速率和扩散速率随温度升高而加快,原因有:热能会破坏或削弱物质中的化学键,热能会改变料浆的流体力学性质如黏度,流态等温度升高,化学反应速率会快于扩散速率,使反应从动力区转入扩散区。,19,浸出压力浸出速率随压力增加而加快,搅拌速度加强搅拌可减小扩散层厚度,从而提高扩散速率，当搅拌速度升高到一定值时,再提高搅拌速度并不能加快扩散,是因为此时反应已不受扩散条件控制,而受反应动力学因素控制。,20,其它因素的影响溶剂浓度大,浸出速率大固液比小,有利于浸出料浆中的氧分压大,有利于氧化浸出,21,浸出工艺,根据浸出过程中被浸废料的运动方式1、渗滤浸出:将浸出剂溶液通过物料层来实现,有就地浸出,堆浸和槽浸等方法,就地浸出针对堆存多年废物堆。2、搅拌浸出:浸出时物料和浸出剂同时流动,通过机械搅拌或空气搅拌来加快浸出。,22,根据浸出液与被浸废料的相对运动方式1、顺流浸出:流动方向相同2、错流浸出:流动方向相错3、逆流浸出:流动方向相反,23,浸出设备,渗滤浸出槽渗滤浸出槽结构特点:能承压,不漏液,耐腐蚀,底部略向出液口方向倾斜,装有假底。操作过程:装假底,关闭浸液出口,然后将破碎废料装入槽内,装至规定高度后,表面耙平,加入浸出剂浸没废料,浸泡一定时间后排放浸出液.这样多次浸泡,直到浸出液中目的组分含量降至规定值,认为浸出结束,用清水洗涤后排渣,重新装料渗浸。,24,机械搅拌浸出槽操作过程:浆叶高速旋转时,利用径向速度差使物料混合,并在轴向形成液流,通过浆叶外部的循环筒来加强轴向液流,从而增强搅拌作用,以加快浸出。,25,空气搅拌浸出槽操作过程:料浆和浸出剂从进料口进入浸出塔,压缩空气由底部小管进入中心循环筒,利用压缩空气的冲力和稀释作用,使料浆在循环筒内上升,通过循环孔进入外环室,外环室的料浆下降进入循环筒内,使循环筒内外料浆产生对流作用,使料浆上下反复循环.连续进料时,循环筒内部分料浆被空气提升至溢流槽流出。,26,流态化逆流浸出塔操作过程:被浸料浆经进料管沿倒锥表面均匀地流入塔内,经浓缩室浓缩后,含微细颗粒的浸出液经溢流口流出,浓缩后的料浆下沉与上升的浸出剂和洗涤水呈逆流运动,经稀相段下沉至固体浓度较高的浓相段,浓相段下部位于洗涤水的最下端布液装置.浓相段下部颗粒呈流动床下降,料浆进一步增浓,经浸出和洗涤后的粗砂经排料倒锥由底部排料口排出,含微细颗粒的浸出液经溢流堰流出,完成浸出过程,27,高压釜操作过程:被浸料浆由釜的下端进入,与压缩空气混合后经漩涡哨从喷嘴进入釜内,呈紊流状态在塔内上升,然后经出料管排出.采用与料浆呈逆流的蒸汽夹套加热方式使料浆加热.经高压釜浸出后的料浆必须经减压后才能送到后续处理工段,28,目的组分提取与分离,提取和分离方法,1、离子沉淀,2、置换沉淀,3、电沉积,4、离子交换,5、溶剂萃取,29,离子沉淀,包括水解沉淀、硫化物沉淀和其他难溶盐沉淀。,水解沉淀,除了部分碱金属和个别碱土金属外。,硫化物沉淀,大部分的金属离子. 常用Na2S, H2S作沉淀剂。,其他盐类的沉淀,某些金属的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、草酸盐、氟化物、氯化物等。,30,置换沉淀,根据热力学原理，任何较负电性的金属均可从溶液中置换出较正电性的金属，直到两种金属的可逆电位相等为止。,31,气体还原沉淀,利用还原剂H2、CO、SO2等在一定条件下直接从溶液中还原金属的过程。,32,