淺談工業(yè)固體廢棄物資源化利用的分離技術(shù)

宋 麗 蔣東海

(天能水泥有限公司，新疆 石河子 832000)

0 引言

工業(yè)固體廢棄物主要是指工業(yè)生產(chǎn)過程中伴隨產(chǎn)生的固體廢棄物，通常包括一般的工業(yè)固廢以及危險(xiǎn)性工業(yè)固廢兩大類。近些年隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域也得到了極大的發(fā)展，伴隨產(chǎn)生的工業(yè)固廢的量也逐漸增多，基于其總量大涉及面廣、管理困難以及處理成本相對(duì)比較高等特點(diǎn)，如果處理不當(dāng)極易導(dǎo)致二次污染。在人類社會(huì)對(duì)于生活環(huán)境要求越來越高的今天，對(duì)其進(jìn)行合理利用不僅是一種現(xiàn)實(shí)需求，減輕工業(yè)固廢對(duì)環(huán)境構(gòu)成的巨大威脅，同時(shí)也是“放錯(cuò)了位置的資源”，因此對(duì)其進(jìn)行合理的利用必將對(duì)工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展提供良好的支撐。企業(yè)在資源化利用固體廢棄時(shí)，必須科學(xué)選擇分離技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)利益最大化。本文對(duì)工業(yè)固體廢棄物資源化利用的分離技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1 常見的工業(yè)固體廢棄物

在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固廢主要包括蒸發(fā)結(jié)晶鹽、污泥、廢催化劑、鍋爐飛灰、氣化爐渣等。蒸發(fā)結(jié)晶鹽、污泥、廢催化劑目前都有較好的處置方式。而氣化爐渣和鍋爐飛灰由于是目前沒有較好的處置方式，大部分進(jìn)行填埋處理。流化床燃煤固硫灰渣是指含硫煤與固硫劑以一定比例混合后，在流化床鍋爐內(nèi)經(jīng)低溫燃燒固硫后排出的固體廢棄物，包括從煙道經(jīng)過濾器收集的粉狀固硫灰，從爐底排出的塊狀固硫渣。流化床脫硫技術(shù)多使用石灰石或生石灰等作脫硫劑，石灰石在爐膛內(nèi)受熱分解生成CaO，或直接用生石灰與SO2反應(yīng)生成硫酸鈣，從而使SO2得以固化排出，因此脫硫灰渣中硫酸鈣的含量較高，為了提高固硫效率，鈣硫比一般都大于1:1，因此脫硫后的灰渣中含鈣量大增，同時(shí)含有5%左右未反應(yīng)的fCaO。由于流化床鍋爐內(nèi)燃燒溫度較煤粉鍋爐低，煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間有限，固硫灰渣含碳量遠(yuǎn)高于煤粉爐粉煤灰；此外在測(cè)定燒失量時(shí)，固硫灰渣中殘留的固硫劑和固硫產(chǎn)物在高溫下分解，因此固硫灰渣的燒失量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粉煤灰。

氣化爐渣目前應(yīng)用比較單一，有效處理程度不高，多數(shù)堆放處置，侵占土地。氣化爐渣中含有Cr、Zn、Cu、Pb 等重金屬，隨著酸雨淋洗、長(zhǎng)時(shí)間堆存，重金屬成分溶解，造成土壤和水體污染。氣化爐爐渣主要由大量的非晶態(tài)物質(zhì)以及少量的結(jié)晶礦物質(zhì)組成，可燃物在渣樣中分布不均，其中細(xì)渣的可燃物含量隨顆粒尺寸的增大而增加，而粗渣中可燃物含量隨顆粒尺寸的增大而減少。氣化殘?jiān)牧街饕性?.40～4.75mm，化學(xué)成分主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，其含量達(dá)到67%以上。由于受氣化爐爐型和爐內(nèi)工況的影響，氣化爐爐渣特性差異很大。

2 現(xiàn)代分離技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，離子交換、離子浮選、離子和沉淀物的電浮選以及傳統(tǒng)方法從液相中分出固體顆粒等技術(shù)在固廢分離中有著大量運(yùn)用，離子和沉淀物的電浮選在許多條件下不需添加有機(jī)藥劑就可把金屬離子分選出來，在廣泛開展細(xì)菌浸出和堆浸方面應(yīng)用的同時(shí),也出現(xiàn)了用生物化學(xué)方法凈化污水,使焦炭化學(xué)生產(chǎn)中的污水所含有害雜質(zhì)和濕法冶煉廢液中的氧化鐵離子分解的方法。在很多地區(qū),特別是缺水的地方,空氣選、電選和干式磁選等無水選礦方法具有競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)于細(xì)粒分散懸浮液來說,強(qiáng)化脫水作業(yè)具有很大意義。用聚丙烯酸胺和聚氧乙烯類型的人工合成聚合絮凝劑對(duì)礦泥和煤泥進(jìn)行了試驗(yàn),在水力旋流器中用絮凝劑進(jìn)行礦泥的濃密和澄清作業(yè)已出現(xiàn)。礦泥經(jīng)磁場(chǎng)和電場(chǎng)處理以及在含石油產(chǎn)品和染料等的體系中均會(huì)引起懸浮體中礦物凝聚,從而加速其濃密過程。添加助濾粉如硅藻土亦有效果,由于附著力的作用,它能使細(xì)粒物料絮凝，交變磁場(chǎng)中在固體磁性顆粒上進(jìn)行磁絮凝的同時(shí)亦能提高過濾效率。

應(yīng)用磁力、電力、振動(dòng)、超聲波和放射線等各種力場(chǎng)和輻射線,用以改變分選介質(zhì)顆粒的表面性質(zhì),磁力、電力和重力的聯(lián)合力場(chǎng)和作用主要是用于建立一些新方法和設(shè)備,其中亦包括用來創(chuàng)造磁流體動(dòng)力和磁流體靜力分選機(jī)，化學(xué)和生物化學(xué)所取得的成就擴(kuò)大了浮選藥劑的種類,以及強(qiáng)化濕法冶金處理礦石過程所用溶劑的種類。

由于跳汰的效率很高,同時(shí)基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用不多,故迄今跳汰仍為最廣泛使用的一種方法。在水流中用床面進(jìn)行分選的方法及在水流中按比重進(jìn)行分選的方法,對(duì)分選≤2mm 的物料仍具有很大意義。在離心力場(chǎng)中應(yīng)用重介質(zhì)選礦可較精確地分選細(xì)粒物料，重介質(zhì)分選可在磁場(chǎng)下進(jìn)行選別。重選法的改革主要是要靠設(shè)備振動(dòng)和超聲波裝置,由于懸浮液中所形成的結(jié)構(gòu)遭到破壞,從而可保證選別過程的強(qiáng)化。同時(shí)亦可分散介質(zhì)的穩(wěn)定性,加重劑無分層現(xiàn)象。并且由于介質(zhì)粘度的降低,可使密度大的產(chǎn)品能較快排出。

浮選應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)大到選別冶金產(chǎn)品、煤炭灰、化工產(chǎn)品以及可溶性鹽等非傳統(tǒng)原料,同時(shí)，浮選方法也在創(chuàng)新，如電浮選、離子浮選、乳濁浮選以及泡沫選礦等新方法。往磨礦機(jī)中添加藥劑、對(duì)分選物料分別進(jìn)行調(diào)整以及將藥劑與空氣以氣溶膠形式加入浮選機(jī)等措施均有效果。電化學(xué)對(duì)礦漿的作用是一個(gè)很有意義的新的發(fā)展方向:藥劑溶液預(yù)先用電化學(xué)處理,是為了浮選過程中提高藥劑的效能；同時(shí)也為了改善礦物顆粒的浮選性質(zhì),而使多金屬硫化礦的浮選礦漿進(jìn)行電還原。在電化學(xué)作用下,固相與液相的界面處所產(chǎn)生的電現(xiàn)象控制著含可變價(jià)鍵元素礦物中的電路,這就改變了氧化-還原電位,因而在礦粒表面產(chǎn)生了吸附和化學(xué)反應(yīng)過程。浮選的另一重要方面是擴(kuò)大適合浮選的粒度范圍。最簡(jiǎn)單而有發(fā)展前途的方法是泥、砂部份分別進(jìn)行處理,以后在一起浮選。礦泥的選擇性浮選方式取決于用絮凝劑和極性藥劑的乳獨(dú)液使其凝聚,亦取決于流體力學(xué)特點(diǎn)以及空氣抱沫粒度的選擇。噴射浮選和電浮選對(duì)浮選細(xì)粒級(jí)較為有利，礦物顆粒的團(tuán)聚和從溶液中析出氣體兩者的聯(lián)合方法稱為充氣絮凝浮選。

3 分選技術(shù)在固廢利用的應(yīng)用

粗鋼生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生20%左右的鋼渣，而鋼渣中還含有大量廢鋼。當(dāng)前，大部分企業(yè)會(huì)綜合運(yùn)用自磨技術(shù)與磁選技術(shù)來處理廢鋼，還有部分企業(yè)會(huì)利用余熱自解熱悶技術(shù)進(jìn)行處理廢鋼。自磨技術(shù)與磁選技術(shù)的結(jié)合主要是通過對(duì)廢鋼渣進(jìn)行干式破碎或者是利用濕式球墨磁選技術(shù)，充分利用廢鋼渣的物理屬性來達(dá)到資源回收的目的。

粉煤灰浮選脫碳工藝來源于煤炭一段浮選工藝，而粉煤灰中未燃碳在高溫下形成，其疏水性與煤炭存在差異。由于粉煤灰中未燃碳浮選活性低于煤炭，導(dǎo)致浮選效率低，回收未燃碳較為困難，研究者必須根據(jù)所浮選粉煤灰及其未燃碳物理化學(xué)性質(zhì)，選擇合適的浮選藥劑，改進(jìn)浮選工藝，方能獲得較好的浮選效果。流態(tài)化法脫碳技術(shù)是基于氣力的分選工藝。粉煤灰中未燃碳顆粒與其他顆粒密度存在較大的差異，在氣流作用下，密度較小的未燃碳顆粒向床層區(qū)域的上部漂浮，密度較大的粉煤灰顆粒向床層區(qū)域底部沉積，經(jīng)過篩分、分級(jí)后，得到的粉煤灰約 80%能滿足用戶需求。

電選法脫碳的關(guān)鍵在于顆粒充分帶電和帶電顆粒在電場(chǎng)中高效分離。典型摩擦電選裝置有帶內(nèi)擋板的流化床摩擦帶電系統(tǒng)、摩擦電選機(jī)、摩擦電選裝置等。其他電選裝置基本上由這 3 種典型裝置衍變而來。摩擦電選系統(tǒng)構(gòu)成包括旋風(fēng)給料系統(tǒng)、流化床摩擦充電器、高壓直流電源、分離室、集料槽、氮?dú)馔?、靜電計(jì)等。該系統(tǒng)工作時(shí)，氮?dú)馐勾蛛x物料流態(tài)化，顆粒進(jìn)入分離室?guī)М惙N電荷，在旋風(fēng)給料系統(tǒng)負(fù)壓作用下進(jìn)入高壓直流電源兩極板之間，在電場(chǎng)作用下分別向正、負(fù)極板聚集，最后在集料槽中進(jìn)行收集，實(shí)現(xiàn)了粉煤灰與未燃碳的分離。

濕法和氣法分選也稱為化學(xué)分選，主要是利用各種化學(xué)方法如浸出、溶劑萃取、電化學(xué)、氣相分離、氣相沉積等工藝手段進(jìn)行分選。在過去，人們多在處理較難分選的物料時(shí)，才會(huì)使用濕法和氣法分選，經(jīng)過這些年不斷的技術(shù)發(fā)展，使得濕法和氣法分選的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其方法與技術(shù)越來越嫻熟。除此以外，現(xiàn)在的創(chuàng)新手段越來越多，工藝越來越完善，因此，目前許多沒有得到利用的固廢，未來都可能通過氣法和濕法的方式得到應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)固廢資源的綜合利用率會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。國(guó)家提出“綠水青山就是金山銀山”，企業(yè)要實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，必然會(huì)運(yùn)用先進(jìn)的分選回收技術(shù)，科學(xué)規(guī)劃固廢的回收利用方式，創(chuàng)新回收工藝，建立和完善固廢資源管控制度，設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)化的管理體系，最大限度地滿足社會(huì)發(fā)展需求。同時(shí)，企業(yè)必須制定科學(xué)的廢渣處理方案，利用先進(jìn)的技術(shù)和管理模式進(jìn)行回收處理，充分發(fā)揮各種回收技術(shù)的作用。長(zhǎng)此以往，固廢數(shù)量會(huì)不斷減少，固廢資源的綜合利用率持續(xù)提高，從而實(shí)現(xiàn)固廢的綠色循環(huán)利用，促進(jìn)社會(huì)實(shí)現(xiàn)健康、穩(wěn)定、和諧發(fā)展。