工業(yè)固廢中有價成分的提取原理

十、工業(yè)固廢中有價成分的

提取原理一、固體廢物化學浸出基本原理二、固體廢物生物處理基本原理三、浸出液中目的組分的提取與分離原理工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!前段學習回顧固體廢物緒論城市生活垃圾緒論垃圾預處理垃圾堆肥垃圾厭氧消化垃圾熱解垃圾焚燒垃圾衛(wèi)生填埋污泥濃縮與脫水工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!工業(yè)固廢的產(chǎn)生？??制品(products)礦床(deposit)礦石(ore)金屬metal精礦(concentrate)冶煉(metallurgy)脈石(gangue)采礦(mining)選礦(mineraldressing)加工(processing)尾礦(tailing)廢渣(slag&residue)廢料(scrap)工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!一、固體廢物化學浸出基本原理浸出——溶劑選擇性的溶解固體廢物中的某種目的組分，使該組分進入溶液中而與廢物中其他組分相分離的工藝過程。浸出過程是個提取和分離目的組分的過程。浸出過程所用的藥劑稱為浸出劑，浸出后含有目的組分的溶液稱為浸出液，殘渣稱為浸出渣。浸出方法——依藥劑種類不同，浸出可以分為酸浸、堿浸、鹽浸、水浸等。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!（1）簡單酸浸適用于浸出某些易被酸分解的簡單金屬氧化物、金屬含氧鹽及少數(shù)的金屬硫化物中的有價金屬，簡單酸浸過程反應(yīng)式如下：大部分金屬的簡單氧化物、金屬鐵酸鹽、砷酸鹽和硅酸鹽能簡單酸溶，大部分金屬硫化物不能簡單酸溶工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!（2）氧化酸浸多數(shù)金屬硫化物在酸性溶液中相當穩(wěn)定，不易簡單酸溶。但在有氧化劑存在時，幾乎所有的金屬硫化物在酸溶液中或在堿液中均能被氧化分解而浸出，其氧化分解反應(yīng)為：常壓氧化酸浸時常用的氧化劑有：氧化除用于浸出金屬硫化物以外，還常用于浸出某些低價金屬化合物，使其中低價金屬氧化成高價金屬離子轉(zhuǎn)入酸液中。如輝銅礦中的銅的氧化酸浸：工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!2.堿浸堿浸的特點:藥劑的浸出能力比一般酸浸藥劑弱，但浸出過程選擇性高，浸出液純度較高，且設(shè)備防腐問題比較容易解決。常用的堿浸藥劑:包括碳酸銨和氨水、碳酸鈉、苛性鈉、硫化鈉等，相應(yīng)的浸出方法包括銨浸、碳酸鈉溶液浸出、苛性鈉溶液浸出和硫化鈉溶液浸出等。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!（2）碳酸鈉溶液浸出凡是能與碳酸鈉反應(yīng)生成可溶性鈉鹽的廢物，碳酸鹽含量較高的廢物更適合采用這種浸出方法。目前主要用于浸出某些含鎢廢料、硫化鉬氧化焙燒渣、含磷廢物、含釩廢物等，其浸出反應(yīng)式：工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!（4）硫化鈉溶液浸出硫化鈉可分解砷、銻、錫、汞等硫化物，使它們生成可溶性硫代鹽的形態(tài)轉(zhuǎn)入浸液中。因此，凡含這類硫化物的廢物都可以用硫化鈉溶液浸出，浸出反應(yīng)：工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!4.浸出效果衡量浸出過程衡量：目的組分的浸出率、浸出過程的選擇性及浸出藥劑用量等。某組分的浸出率是指浸出條件下該組分轉(zhuǎn)入浸出液中的質(zhì)量與其在廢物原料中的總質(zhì)量之比常用百分數(shù)表示。浸出過程的選擇性常用選擇性系數(shù)表示，它是在相同浸出條件下，某兩組分的浸出率之比，即，值越接近1，表示浸出過程中該組分得浸出選擇性越差。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!案例分析（同學訓練—再講解）依據(jù)物相、成分，確定工藝流程某種金屬廢渣主要含銅10%、鋅15%、銀1%、鐵20%，其他為脈石成分，其賦存的主要物相為氧化物。試設(shè)計一條從中回收有價金屬的工藝流程，并要求寫出各工序的化學反應(yīng)式工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!（1）微生物生物冶金工業(yè)用的微生物主要有氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、鐵氧化鉤端螺菌和嗜酸熱硫化菌等其浸礦細菌種類及其主要生理特征：細菌名稱主要生理特征最佳生存pH值氧化鐵硫桿菌Fe2+→Fe3+,S2O32-→SO42-2.5~5.3氧化鐵桿菌Fe2+→Fe3+3.5氧化硫鐵桿菌S→SO42-,Fe2+→Fe3+2.8氧化硫桿菌S→SO42-,S2O32-→SO42-2.0~3.5聚生硫桿菌S→SO42-,H2S→SO42-2.0~4.0工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!(3)浸出機理①細菌的直接作用：附著于礦物表面的細菌能直接催化礦物而使礦物氧化分解，并從中直接得到能源和其他礦物營養(yǎng)元素滿足自身生長需要。以氧化鐵桿菌為例，其直接作用被認為是氧化鐵硫桿菌能將廢物中的低價鐵及低價硫氧化物氧化為高價鐵和硫酸根以取得其活動所需的能源，在此氧化過程中破壞了相關(guān)廢物的晶格，使廢物中的銅及其他金屬組分呈硫酸鹽形態(tài)進入溶液中。其過程可以表示為：2CuFeS2+H2SO4+8O2=2CuSO4+Fe2(SO4)3+H2OCu2S+H2SO4+2O2=2CuSO4+H2O工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!(3)微生物浸出方法浸出方法：槽浸、堆浸和原位浸出。槽浸一般適合于高品位貴金屬的浸出，是將細菌酸性硫酸高鐵浸出劑在反應(yīng)槽中混合，機械攪拌通氣或空氣攪拌，然后從浸出液中回收金屬。堆浸法是在傾斜地面上，用水泥、瀝青砌成不滲漏的基礎(chǔ)盤床，把含量低的礦業(yè)固體廢物堆積在上面，從上部不斷噴灑細菌酸性硫酸高鐵浸出劑，然后從流出的浸出液中回收金屬。原位浸出法是利用自然或人工形成的礦區(qū)地面裂縫，將細菌酸性硫酸高鐵浸出劑注入礦床中，然后從礦床中抽出浸出液回收金屬。三種方法都注重溫度、酸度、通氣和營養(yǎng)物質(zhì)堆菌種影響，促使細菌能最佳的發(fā)揮浸礦作用。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!（1）微生物的表面性質(zhì)自然界存在的許多生物都具有與浮選礦藥劑類似的優(yōu)異性能如電性、疏水性，另外還具有選礦藥劑所不具備的優(yōu)異性能，如生長繁殖和吸附生長等性能。不同的微生物表面帶電量和電性不同，通常革蘭陽性菌的等電點為pH＝2.0～3.0，革蘭陰性菌的等電點為pH＝4～5。微生物還具有不同程度的潤飾性。微生物表面的潤飾性主要取決于微生物表面脂肪酸基等疏水基團所占面積和表面水區(qū)面積之比。比值大，則微生物表面的疏水性強，比值小，則微生物表面的親水性強。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!（2）微生物浮選藥劑微生物浮選藥劑包括微生物絮凝劑、調(diào)整劑、捕收劑等。微生物絮凝劑——許多固體廢物以微粒狀態(tài)存在，如赤泥、尾礦中的一些有價顆粒。常需通過絮凝劑增大微細顆粒度的方式加以回收。常用絮凝劑為聚丙烯酰胺，它能使微細顆粒形成親水絮團。浮游類和草分枝桿菌等，它們也具有選擇性的絮凝微細顆粒的作用。特別是一些帶電量較高又具有疏水性的微生物，它們形成絮團的速度更快，得到的絮團更緊密。由于是疏水絮團，后續(xù)脫水更容易。微生物絮凝劑的作用——主要是通過橋鍵作用將微細顆粒連接成一種松散的、網(wǎng)絡(luò)狀的聚集狀態(tài)，微生物絮凝劑也具有這一作用。若吸附于顆粒表面的微生物同時具有疏水性，則它對顆粒還具有疏水作用力。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!③微生物捕收劑微生物本身可以作為捕收劑使用外，微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，如糖脂，脂肽、多糖－脂類復合物、磷脂、脂肪酸和中性脂等表面活性劑，都可以作為浮選捕收劑使用。微生物代謝產(chǎn)物（表面活性劑），在適當條件下也可以作為氣泡劑使用。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!三、浸出液中目的組分的提取與分離原理——從浸出液中提取和分離目的組分可采取離子沉淀、置換沉淀、電沉積、離子交換、溶劑萃取等化學方法。離子沉淀——利用沉淀劑使浸出液中的某種離子選擇性呈難溶氫氧化物、硫化物及各種鹽類沉淀的過程，包括中和沉淀、硫化物沉淀和其他難溶鹽沉淀等。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!（2）硫化物沉淀絕大多數(shù)金屬硫化物的溶度積均很小，因此也可以通過硫化物沉淀來回收金屬。用作沉淀劑的硫化物有Na2S和H2S，在金屬提取中多用H2S。金屬硫化物的溶解反應(yīng)為：當水解反應(yīng)達平衡時，有溶度積。常溫下氣態(tài)在溶液中分步電離，其離解反應(yīng)為：根據(jù)平衡常數(shù)可以推導出:——在一定的溫度下，金屬形成硫化物沉淀的pH值與金屬硫化物本性（Ksp）、金屬離子活度及價數(shù)有關(guān)。對具體的硫化物沉淀，其為定值，此時值與構(gòu)成線性關(guān)系。如果假定a=1時開始沉淀，a=10-5時完全沉淀，則可以根據(jù)這一線性關(guān)系作圖或者計算出金屬離子開始沉淀或完全沉淀的pH值。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!工業(yè)固廢特征：（如礦業(yè)、化工和冶金廢渣等）成分復雜、嵌布粒度微細、有價成分含量低采用化學浸出或生物浸出技術(shù)提取其中有價成分或者去除其中有害成分（目的組分）工業(yè)固廢處理??工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!1.酸浸常用的酸浸劑包括稀硫酸、濃硫酸、鹽酸、硝酸、王水、氫氟酸、亞硫酸等，凡廢物中的某種組分可通過酸溶進入溶液的都可以采用酸浸的方法。包括簡單酸浸、氧化酸浸、還原酸浸三種方法。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!以銅為例——

簡單酸浸是含銅物料回收金屬銅的重要方法，其浸出反應(yīng)式為：孔雀石黑銅礦一般的含銅礦物均較易稀酸溶出，但赤銅礦和輝銅礦需要氧化劑的參與才能完全浸出；黃銅礦和自然銅即使有氧化劑存在，其浸出率也相當?shù)?，其含量高時宜用氧化酸浸和其他浸出方法。輝銅礦黃銅礦工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!（3）還原酸浸用于浸出變價金屬的高價金屬氧化物和氫氧化物，如鎳渣、錳渣、鈷渣等，其還原酸浸反應(yīng)式如下：工業(yè)上常用的還原劑有金屬鐵等，浸出廢物鎳渣、錳渣、鈷渣中有用組分等，浸出反應(yīng)：工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!（1）氨浸常用于含金屬銅、鈷、鎳及其氧化物的廢物的浸出，其浸出機理相似，屬于金屬電化學過程。由于銅、鈷、鎳能與氨形成穩(wěn)定的可溶絡(luò)合物，擴大了離子在溶液中的穩(wěn)定區(qū)，降低了銅、鈷、鎳的還原電位，使其較易轉(zhuǎn)入浸液。對含鐵高且脈石以碳酸鹽為主的銅鎳廢物的浸出宜采用氨浸法。氨浸銅及其礦物的主要反應(yīng)為：工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!（3）苛性鈉溶液浸出兩性金屬常用苛性鈉浸出；含硅高的固體廢物中的有價組分也常用苛性鈉溶液浸出，苛性鈉浸出某些廢物組分的浸出反應(yīng)，如方鉛礦工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!3.鹽浸利用某些無機鹽水溶液為浸出劑，浸出廢物原料中的某組分的過程。常用的鹽浸劑有氯化鈉、高價鐵鹽、氯化銅和次氯酸鈉等溶液。氯化鈉浸出鉛廢物的反應(yīng)為：工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!5浸出方法與設(shè)備(1)滲濾浸出槽（池）—被浸出廢物固定不動，浸出劑滲濾通過固定廢物層完成浸出過程(2)攪拌浸出槽—最常用的浸出方法，機械攪拌、空氣攪拌浸出槽（泊邱克槽或布朗空氣攪拌槽）(3)堆浸工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!二、固體廢物生物處理基本原理——利用微生物的新陳代謝作用使固體廢物分解、礦化或氧化的過程，稱為固體廢物的生物處理技術(shù)。生物處理可以將固體廢物通過各種工藝轉(zhuǎn)換成有用的物質(zhì)和能源（如提取各種有價金屬、生產(chǎn)肥料、生產(chǎn)沼氣、生產(chǎn)葡萄糖、微生物蛋白質(zhì)等）1、生物冶金技術(shù)（生物浸出）利用微生物及其新陳代謝產(chǎn)物氧化、溶浸廢物中的有價成分，使廢物中的有價組分得以利用的過程，稱為生物浸出。也稱為生物冶金。目前，微生物浸出主要用于回收礦業(yè)固體中的有價金屬，如銅、金、鈾、鈷、鎳、錳、鋅、銀、鉑、鈦等金屬，尤其是銅、金等金屬。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!（2）細菌的生化特征化能自養(yǎng)菌的生理特性——分布于金屬硫化礦及煤礦的礦坑酸性水中，嗜酸好氣，酸性環(huán)境（pH＝1.6～3.0），中溫，3L或9K培養(yǎng)基。不需外加有機物作為能源，以鐵、硫氧化時釋放出來的化學能作為能源，以大氣中的CO2作為碳源，并吸收N、P等無機物養(yǎng)分合成自身的細胞?；茏责B(yǎng)菌的代謝作用——起著生物催化劑作用，在酸性介質(zhì)中可迅速將Fe2+氧化成Fe3+，其氧化速度比自然氧化速度高112~120倍，可將低價元素硫及低價硫化物氧化為硫酸根，產(chǎn)生硫酸和酸性硫酸高鐵具有很好浸礦作用的化合物其他細菌——將硫酸鹽還原為硫化物，將還原為元素硫的還原菌（SRB），也發(fā)現(xiàn)將氮氧化為硝酸根的氧化菌。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!②間接作用依靠細菌的代謝產(chǎn)物——硫酸鐵的氧化作用，細菌間接從礦物中獲得生長所需的能源和基質(zhì)。如，黃鐵礦在有氧和水存在的條件下將緩慢氧：

(I)2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4在氧和硫酸存在的條件下，溶液中的浸礦細菌可起催化作用，使溶液中的硫酸亞鐵氧化為硫酸高鐵：

(Ⅱ)4FeSO4+2H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+2H2O生成的硫酸高鐵和硫酸溶液可浸出許多金屬硫化礦。浸出金屬硫化礦時生成的元素可在細菌的催化下氧化為硫酸，浸出過程被還原的硫酸亞鐵又可以被氧化成硫酸高鐵，從而實現(xiàn)金屬硫化礦的連續(xù)不斷的浸出。其過程可以表示為：

(Ⅲ)FeS2+Fe2(SO4)3=3FeSO4+2S0

——目前認為細菌的直接作用較緩慢，所需浸出時間長，細菌浸出主要靠細菌的間接催化作用，但兩者所占比例隨著目的礦物而異。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!（4）微生物冶金的其它用途①菌體直接吸附金等貴重和稀有金屬，如曲霉從膠狀溶液中吸附金的能力是活性碳的11~13倍，有的藻類每克干細胞可吸附400mg的金；②微生物對煤脫硫，有的細菌對煤中的無機硫的脫出率可達96%③非金屬礦用微生物脫除金屬，如用于生產(chǎn)陶瓷的礦業(yè)廢物，如用黑曲霉脫出其中的鐵等。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!2.生物浮選技術(shù)生物浸出的對象主要是硫化物。因為微生物對含硫廢物具有很強的氧化溶浸能力，而對本身已與氧緊緊結(jié)合的非硫廢物氧化溶浸能力很弱。非硫廢物不像含硫廢物那樣可采用生物冶金技術(shù)，主要是以微生物作為浮選劑對廢物中的金屬采取浮選分離技術(shù)。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!（1）微生物表面性質(zhì)在廢物處理中的作用調(diào)整和改變廢物表面的濕潤性——只要微生物表面的電性和廢物表面的電性有助于微生物在廢物表面吸附，微生物必定能吸附于廢物表面浮選調(diào)節(jié)劑——微生物在廢物表面吸附，不但可減少廢物表面凈電荷，還可以通過廢物表面靜電荷的減少，調(diào)節(jié)廢物的抑制、活化、分散和絮凝等狀態(tài)廢物捕收劑——吸附于廢物表面的微生物，本身具有疏水性，則在中和或改變廢物表面電性的同時，還可改變廢物表面的疏水性，這種微生物就相當于捕收劑。疏水性微生物在微細粒廢物表面吸附還可以導致微細粒廢物形成疏水聚團而浮選。工業(yè)固廢中有價成分的提取原理共38頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!②微生物調(diào)整劑微生物對廢物顆粒的調(diào)整作用不僅可通過微生物在廢物顆粒表面的直接吸附來實現(xiàn)，對于含硫化物的廢物，微生物還可以通過其表面氧化作用實現(xiàn)對其表面的調(diào)整。如黑曲霉及代謝產(chǎn)物能直接吸附于廢物表面，引起某些廢物（重晶石