固體廢物處置與資源化實驗指導(dǎo)書

固體廢物處置與資源化試驗指導(dǎo)書《固體廢物處置與資源化》試驗指導(dǎo)書中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院2023.3名目試驗一堿溶性金屬廢物堿浸-電解資源化(3)Ⅰ、化學滴定法測定強堿溶液中的游離堿、鋅和碳酸鈉(4)Ⅱ、含鋅廢物中鋅含量的測定試驗(7)Ⅲ、含鋅廢物強堿浸取試驗(9)(12)試驗二固體廢物裂開與篩選(15)試驗三固體廢物熱值、含水率測定(20)(23)試驗五固體廢物堆肥試驗(26)試驗一堿溶性金屬廢物堿浸-電解資源化含鋅廢物堿浸-電解回收金屬鋅粉工藝簡介鋅〔Zn，65.39〕是一種藍白色金屬，化學性質(zhì)活潑，能溶于大多數(shù)無機酸和強堿性溶液。鋅用途廣泛，在有色金屬消費中僅次于銅和鋁，在國民經(jīng)濟中占有重要地位，在工業(yè)進展中有著不行替代的作用。隨著我國經(jīng)濟迅猛進展，鋅需求快速增長與鋅精礦資源面臨枯竭的沖突日益加深，貧雜氧化鋅礦及含鋅廢物等鋅二次資源越來越受到重視。本工藝基于鋅在強堿性溶液中能被高效選擇性浸出、凈化流程簡潔、電解能耗低、可直接電解回收金屬鋅粉等優(yōu)勢而提出，是生產(chǎn)金屬鋅粉的一種清潔工藝，特別適用于貧雜氧化鋅礦及含鋅廢物的處理。鋅粉堿浸-電解回收金屬鋅粉工藝流程圖本試驗屬于綜合性試驗，基于該工藝可分為四個子試驗：Ⅰ、化學滴定法測定強堿溶液中的游離堿、鋅和碳酸鈉Ⅱ、含鋅廢物中鋅含量的測定試驗Ⅲ、含鋅廢物強堿浸取試驗Ⅳ、含鋅強堿溶液電解回收金屬鋅試驗Ⅰ、化學滴定法測定強堿溶液中的游離堿、鋅和碳酸鈉一、試驗?zāi)康暮鸵鬁蚀_快速測定堿法煉鋅工藝含鋅堿液〔消解液、浸取液、凈化液、電解液、廢電解液等〕中的游離堿、鋅及碳酸鈉對該工藝的試驗爭論和生產(chǎn)掌握都有著至關(guān)重要的作用。通過本試驗使學生了解強堿溶液中游離堿、鋅和碳酸鈉的測定原理，把握強堿溶液中游離堿、鋅和碳酸鈉的測定方法。二、試驗原理首先利用酸堿中和原理以酚酞和甲基橙作指示劑，用鹽酸標準溶液進展滴定；然后在pH=5.5~6的條件下以Na2S2O3和KF作掩蔽劑，以二甲酚橙作指示劑進展 EDTA絡(luò)合滴定測定溶液中鋅含量，EDTA能夠與多種金屬形成穩(wěn)定的可溶性協(xié)作物，當接近滴定終點時，金屬離子急劇削減使指示劑得以釋放，溶液顯示出指示劑本色或顯示出EDTA與金屬離子絡(luò)合物的顏色，確定滴定終點。最終利用鹽酸和EDTA的消耗量聯(lián)合計算含鋅堿性溶液中游離堿和碳酸鈉量。三、試驗儀器和材料112、酸式滴定管〔含鐵架臺〕3、250mL34、10mL25、50mL26、氨水〔1+1〕7、鹽酸〔1+1〕80.5mol/L9、EDTA〔0.1~0.15mol/L〕10、1.0000mg/mL〔0.1g優(yōu)級純鋅粉溶2mL100mL〕11、pH=5.5~6的乙酸—乙酸鈉緩沖溶液〔稱取200g結(jié)晶乙酸10mL1L，搖勻〕12、100g/L13、200g/LKF14、5g/L〔5g100mL中，保質(zhì)期兩周〕15、10g/L的酚酞指示劑〔1g酚酞溶于100mL無水乙醇中〕16、1g/L的甲基橙指示劑〔稱取0.1g甲基橙溶于100mL水中〕。17、玻璃棒，去離子水，膠頭滴管假設(shè)干四、試驗步驟1、用移液管吸取10mL待測液于50mL容量瓶中，用去離子水定容。2、取10mL上述定容后試液于250mL錐形瓶中，參加1滴酚酞指示劑，用鹽酸標準溶液滴定至粉色變成紅色，讀取鹽酸消耗體積V1；再滴加1滴甲基橙指示劑，連續(xù)用鹽酸標準溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)槌壬?，加熱煮沸，冷卻，再滴定到溶液變成橙色，讀取鹽酸消V2。3、另取10mL定容后試液于250mL錐形瓶中，滴加1滴氨水〔1+1〕，再加1滴甲基橙指示劑，用鹽酸〔1+1〕中和至甲基橙變紅，然后再滴加氨水〔1+1〕使其剛好變黃，參加15mL乙酸—乙酸鈉緩沖2~3mLNa2S2O3溶液和KF溶液，搖勻。參加1滴二甲酚橙指示劑，用EDTA標準溶液滴定至溶液由酒紅色變成亮黃色，EDTAV3。4、按上述步驟做平行樣，結(jié)果取平均值。5、記錄試驗數(shù)據(jù)。6、清洗各種試驗用具，并歸回原位，檢查無誤前方可離開試驗室。五、試驗結(jié)果計算ρZn=12f?V3ρNaOH=402(V1?V2)?CHClρNa2CO3=1062(V2?CHCl?2?f?V365)式中：ρZn、ρNaOH、ρNa2CO3──分別為測得溶液的鋅、游離堿和碳酸鈉濃度〔g/L〕f──1.00mLEDTA〔g/mL〕CHCl──鹽酸標準溶液濃度〔mol/L〕V1──用酚酞作指示劑滴定消耗鹽酸的體積V2──用甲基橙作指示劑連續(xù)滴定消耗鹽酸的體積V3──EDTA六、思考與爭論1、步驟2中為什么反復(fù)滴加氨水、鹽酸至甲基橙剛好變成黃色？2、參加緩沖溶液的作用是什么？3、Na2S2O3溶液和KF溶液作為掩蔽劑主要掩蔽哪些離子？注：本試驗涉及溶液比較多，包括鋅標準溶液、鹽酸標準溶液、EDTA標準溶液、緩沖溶液以及掩蔽劑和各種指示劑溶液，請同學們試驗前查閱相關(guān)資料，了解這些溶液的配備和標定方法，以便加深對本試驗的理解。Ⅱ、含鋅廢物中鋅含量的測定試驗一、試驗?zāi)康暮鸵罄孟?、化學滴定法準確測定固體廢物中鋅含量。要求學生把握固體廢物的消解方法。二、試驗原理利用單一強酸或混合強酸在加熱條件下破壞固體廢物中的有機物和復(fù)原性物質(zhì)，并將金屬元素氧化為高價態(tài)，然后利用化學滴定法測定其中金屬鋅元素的含量，最終得到該固體廢物中的鋅含量。三、試驗儀器和材料1、電子天平〔0.0001g〕2、電加熱板〔DB-ZA，置于通風櫥內(nèi)〕3、消解杯〔聚四氟乙烯材質(zhì)〕三個4、100mL35、5mL、10mL6、鹽酸〔優(yōu)級純〕、硝酸〔優(yōu)級純〕、高氯酸〔優(yōu)級純〕、氫氟酸〔優(yōu)級純〕7、去離子水8、口罩、手套等防護用品四、試驗步驟1、翻開通風櫥通風開關(guān)，翻開電加熱板并將溫度調(diào)至100℃。2、稱取約0.1g固體廢物樣品〔記為m〕于消解杯中，快速參加6mL鹽酸和2mL硝酸，馬上蓋上消解杯蓋，放在電加熱板上加熱。同時做平行、空白比照試驗。3、待消解杯中酸剩余量很少〔2~3mL〕，假設(shè)仍有較多不溶物時，留神取下消解杯稍加冷卻，同時將電加熱板溫度調(diào)高至 160℃，在稍加冷卻的消解杯中參加3mL氫氟酸連續(xù)放在電加熱板上消解。4、同樣待酸剩余量很少時，假設(shè)仍有較多不溶物，留神取下消解杯3mL5、待酸剩余量很少〔2~3mL〕時，取下消解杯冷卻后轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中〔假設(shè)有不溶物則需過濾〕，參加2mL硝酸，用去離子100mL6、然后利用化學滴定法測定定容后溶液中鋅濃度〔記為ρ，單位g/L〕。五、計算ωZn=ρ10×m×100%式中：ωZn──樣品中鋅含量ρ──定容到100mL〔單位g/L〕M──稱取的含鋅廢物質(zhì)量〔單位g〕六、留意事項1、消解時假設(shè)固體廢物已經(jīng)完全溶解，沒有不溶物殘留，則可以完畢加酸消解，進入定容步驟。2、本試驗所涉及強酸屬于高危藥品，全部具有極強的腐蝕性，其中高氯酸應(yīng)避開震驚或撞擊，以免發(fā)生發(fā)生爆炸危急，必需輕拿輕放，因此試驗時務(wù)必聽從教師指導(dǎo)，佩戴必要的防護用品，切勿試驗時嬉戲打鬧，以免發(fā)生危急。Ⅲ、含鋅廢物強堿浸取試驗一、試驗?zāi)康暮鸵蟊驹囼瀸儆诤\固體廢物堿浸電解資源化回收利用金屬鋅工藝預(yù)處理的關(guān)鍵步驟，通過本試驗使學生初步了解含鋅廢物強堿浸出工藝。要求學生能夠理解試驗原理和試驗流程，把握試驗操作方法。二、試驗原理依據(jù)來源，含鋅廢物中的鋅可能以Zn、ZnS、ZnO、ZnCO3、Zn2SiO4或ZnO·Fe2O3ZnO·Fe2O3、硫化鋅ZnS外，金屬鋅單質(zhì)及其他化合態(tài)在肯定條件下既能溶于酸，也能溶于強堿。鋅及鋅的化合態(tài)在強堿溶液中相關(guān)反響如下：Zn+2OH?→ZnO22?+H2↑ZnO+2OH?→ZnO22?+H2OZnCO3+4OH?→ZnO22?+2H2O+CO32?Zn2SiO4+6OH?→2ZnO22?+3H2O+SiO32?ZnO22?+2H2O?Zn(OH)42?三、試驗儀器和材料11臺〔DF-101S〕21〔10mL〕3、500mL4、磁力轉(zhuǎn)子5、溫度計6、瑪瑙研缽7、100目標準篩8、含鋅固體廢物9、氫氧化鈉10、500mL111、100mL12、濾紙，玻璃棒等。圖1含鋅原料浸出試驗裝置1.水浴鍋；攪拌子；錐形瓶；冷凝管或漏斗；電節(jié)點溫度計四、試驗步驟1、研磨烘干冷卻后的含鋅廢物使通過100目標準篩，然后稱取10g〔0.0001g，記為M〕篩下含鋅廢物，備用。2、在水浴鍋中參加適量水，翻開加熱開關(guān)并將溫度調(diào)至預(yù)設(shè)值〔80℃〕。3、稱取65gNaOH并轉(zhuǎn)移至反響器內(nèi)，向反響器內(nèi)參加去離子NaOH250mL4、將反響器放入水浴鍋中；開啟磁力攪拌并調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速至預(yù)設(shè)值；待反響器溶液溫度到達預(yù)設(shè)值后，向反響器內(nèi)參加已稱量好的含250mL；開頭浸取。5、浸取過程中，每到達某一預(yù)設(shè)浸取時間〔如0.5h，1h，1.5h，2h等〕，馬上用移液管取5mL浸取液放至離心管并放入離心機進展離心，固液分別。6、準確移取離心管上清液1mL，用試驗Ⅰ的檢測方法測定溶液中的鋅濃度〔ρ，g/L〕。7、記錄試驗數(shù)據(jù)。8、清洗各種試驗用具，并歸回原位，檢查無誤前方可離開試驗室。五、計算η=250mM×P×100%式中：η──含鋅廢物中鋅的浸取率〔%〕；m──1mL〔g〕；M──稱量的含鋅廢物總質(zhì)量〔g〕；P──含鋅廢物中鋅的百分含量〔%〕。六、思考與爭論1、影響鋅浸取效率的因素有哪些？2、NaOH濃度降低了多少？降低量是否全部參與了與ZnO的反響？七、留意事項本試驗所需高濃度強堿溶液腐蝕性強，配置和轉(zhuǎn)移時應(yīng)留神操作，并按要求佩戴乳膠手套和口罩，聽從教師指導(dǎo)。Ⅳ、含鋅強堿溶液電解回收金屬鋅試驗一、試驗?zāi)康暮鸵笳莆针娊鈪?shù)回收含鋅強堿溶液中的金屬鋅。通過本試驗使學生直觀感受堿鋅溶液中金屬鋅的電沉積過程，培育學生對固體廢棄物資源化回收利用的興趣，要求學生把握堿鋅溶液電解回收金屬鋅的試驗操作。二、試驗原理電解過程即在外部電壓作用下驅(qū)動電解質(zhì)溶液中陰陽離子分別向陽極和陰極移動，并分別在陽極和陰極發(fā)生氧化反響和復(fù)原反響。強堿介質(zhì)中，堿根離子失去電子生成氧氣和水，同時堿鋅離子在陰極得到電子被復(fù)原為鋅單質(zhì)，從而得到高純度的金屬鋅。堿鋅溶液中陰陽極主要反響如下〔不銹鋼板作陽極，鎂合金板做陰極〕：O2↑+H2O陽極：2OH??2e→12陰極：Zn(OH)42?+2e→Zn↓+4OH?三、試驗儀器和材料11〔WYK-3030〕2、陰陽極板各一塊〔陽極：不銹鋼板陰極：鎂鋁合金板〕31臺〔DF-101S〕4、蠕動泵〔可用磁力轉(zhuǎn)子攪拌代替〕5、電解槽〔500mL〕6、氧化鋅〔AR〕7、氫氧化鈉〔AR〕8、1000mL19、pH10、玻璃棒，直尺，導(dǎo)線16電解試驗裝置圖1、水浴鍋；2、電解槽；3、陽極板；4、陰極板；5、數(shù)顯直流電源；6、蠕動泵四、試驗步驟1、稱取21.87g氧化鋅和121.6g氫氧化鈉溶于去離子水中并定容、配制成500mL的堿鋅溶液〔35g/L，氫氧化鈉濃度200g/L〕。2、利用化學滴定法測定堿鋅溶液中鋅含量〔g/L〕，記為C1。3、取450mL的堿鋅溶液于500mL塑料燒杯中〔也可以依據(jù)裝置圖將盛有堿鋅溶液的塑料燒杯放在水浴鍋中在可控溫度下進展電解〕，放入陰、陽電極板〔7cm×6.5cm〕，用導(dǎo)線將極板與直流電源正負極正確連接，并調(diào)整陰、陽極板間距3cm。4、翻開直流電源，調(diào)整電壓、電流旋鈕輸出恒電流，使電流密度到達預(yù)設(shè)值〔如1000A/m2〕；開頭電解，觀看電解過程中陰、陽極板外表的現(xiàn)象。5、電解到預(yù)定時間〔1h，1.5h，2h等〕后，關(guān)閉電源開關(guān)；用移液管取適量〔如1mL，2mL等〕電解廢液，利用化學滴定法測C2。6、將燒杯中的剩余電解廢液倒入廢液桶內(nèi)；將陰極電解鋅粉刮下，并將陰、陽極板從燒杯內(nèi)取出；用去離子水反復(fù)沖洗電解得到的金屬鋅粉，直至清洗水pH值＜8，送真空枯燥箱真空枯燥，即可得到高純度金屬鋅粉。7、記錄試驗數(shù)據(jù)。8、清洗各種試驗用具，并歸回原位，檢查無誤前方可離開試驗室。五、試驗結(jié)果計算η=(C1?C2)?0.45q?I?t×100%式中：η──電流效率C1、C2──分別為電解前后溶液中的鋅濃度〔g/L〕q──鋅的電解當量，1.22g/(Ah)I──通電電流〔4.5~4.6A〕t──電解時間〔5400s〕六、思考與爭論1、電解剛開頭一段時間內(nèi)，陰極板內(nèi)外表有什么變化，為什么？2、請推導(dǎo)鋅的電解當量q；思考可能的電流效率偏高現(xiàn)象。注：氫氧化鈉溶解時會產(chǎn)生大量的熱并具有猛烈刺激性，請按要求佩戴口罩和乳膠手套，盡量在通風條件下操作，聽從教師指導(dǎo)。試驗二：固體廢物裂開與篩選一、試驗?zāi)康牧私夤腆w廢物裂開和篩選的目的和意義；了解固體廢物裂開設(shè)備和篩分設(shè)備；把握固體廢物裂開和篩分設(shè)備的使用過程；生疏裂開和篩分的試驗流程。學會計算裂開、粉磨后不同粒徑范圍內(nèi)的固體廢物所占的百分數(shù)二、試驗原理固體廢物的裂開是利用外力抑制固體廢物質(zhì)點間的內(nèi)聚力而使大塊固體廢物分裂成小塊的過程。固體廢物的磨碎是使小塊固體顆粒分裂成細粒的過程。固體廢物的篩分是依據(jù)產(chǎn)物粒度的不同，利用不同篩孔尺寸的篩子將物料中小于篩孔尺寸的細物粒透過篩面，大于篩孔尺寸的粗物粒留在篩面上，從而完成粗、細顆粒分別的過程。裂開的目的：減容，便于運輸和儲存。填埋處置時，裂開后物料的壓實密度高而均勻，可加快復(fù)土復(fù)原。為分選供給所要求的入選粒度。增加比外表積，提高燃燒、熱分解、熔融等作業(yè)的穩(wěn)定性和熱效率?！?〕防止粗大、銳利的廢物堵塞或損壞分選、燃燒等設(shè)備?！?〕使聯(lián)生一起的礦物或聯(lián)接在一起的不同材料實現(xiàn)單體分別，便于回收利用。裂開產(chǎn)物的特性一般用粒度分布和裂開比來描述。表示顆粒大小的參數(shù)一般有粒徑和粒度分布。粒徑是表示顆粒大小的參數(shù)，常用篩徑來表示。粒度分布表示固體顆粒群中不同粒徑顆粒的含量分布狀況。裂開比表示的是裂開過程中原廢物粒度與裂開產(chǎn)物粒度的比值，常用廢物裂開前的平均粒度〔Dcp〕與裂開后的平均粒度〔dcp〕的比值來確定裂開比〔i〕。篩分完成后，本篩格存留的篩上顆粒質(zhì)量為篩余量，這些顆粒粒度小于上格篩孔徑大余本篩格孔徑，本格篩余量的粒度取顆粒平均粒徑。三、試驗儀器與設(shè)備裂開機〔型號SGF系列對輥裂開機〕1臺;球磨機〔型號QM-3SP4行星式球磨機〕1臺電動篩分機〔型號HC-200檢驗分析篩〕1臺方孔篩：規(guī)格80目、100目、160目、200目、250目、325目500鼓風枯燥箱〔型號YHJ5140A鼓風枯燥箱〕1臺；臺式天平〔dmax=15kg〕1臺;刷子1試驗樣品假設(shè)干；四、試驗步驟1600g在(105±5)℃的溫度下烘干至恒重；2500g1g；3、將試驗顆粒倒入按孔徑大小從上到下組合的套篩〔附篩底〕上；415min；5、篩分后將不同孔徑的