ch2二次资源利用的基本方法及原理.ppt

,二次资源开发与利用 Utilization of secondary resource,矿物加工工程 本科课程,江西理工大学矿物加工工程系,第二章 二次资源利用的基本方法及原理,矿物加工工程 本科课程,【概念】 物理分选； 界面分选； 焙烧、焚烧与热解； 成型； 绿色建材。 【掌握】 固体物料的物理化学性质； 二次资源利用方法； 二次资源利用原理；,本章重点,1,固体物料的物理化学性质,1、几何特征： 大小：粒径、粒度。两者的区别？ 形状：球形、非球形 比表面积 2、磁性： 比磁化系数 磁性矿物 强磁性矿物 弱磁性矿物：赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、钛铁矿、锰矿等 非磁性矿物,物理性质,思考：非球形如何表征？,讨论：金环磁选机的贡献？,3、电性 电阻（电导率） 导体 半导体 非导体 介电常数 常规电选：12 摩擦电选： 12 比导电度：相对导电度,物理性质,讨论：电选的应用场合？,电阻差别越大，越容易实现分离,介电常数差别越大，导电性越好,物料的比导电度越小，导电性越好,1、表面电性 双电层、电位差 优先溶解 优先吸附 电离作用 2、表面润湿性 3、表面改性 调节润湿性 物理法：加热、辐射 化学法：捕收剂、调整剂,表面化学性质,润湿性强的物料难以采用浮选法分离,思考：浮选的本质？什么是铜硫分离？,1、生物化学性质 生物降解 好氧堆肥 厌氧发酵 2、毒性 危险废物：电镀污泥、砷渣、汞渣 固化技术,特殊性质,思考：哪种选矿厂会产生砷渣、汞渣？,1、破碎 破碎方法：湿式、干式、半湿式 破碎设备：颚式、锤式、反击式、剪切式等 2、筛分 预处理 粒度差异分选 筛分设备：固定筛、振动筛、圆筒筛,预处理,2,物 理 分 选,基于处理对象的物理性质差异而进行分选的过程。 预处理、分选作业、产品处理,1、基本特征 基于表面特征、导电性、磁性、放射性等特性 2、拣选方法 人工拣选 分类收集：中国垃圾难处理的最根本原因！ 人工分选：纸张、玻璃、塑料、橡胶 皮带运输机上人工拣选：赣南钨矿人工拣选 机械拣选 借助放射性设备：放射性分选机,拣选,1、基本特征 基于密度差异 2、重力分选方法 风力分选：风选、气流分选，以空气为介质 水平气流分选机：卧式风力风选机 上升气流分选机：立式风力分选机 用于城市垃圾的分选 重介质分选 需要重介质，且易回收、再生 摇床分选 以水为介质 跳汰分选 水力跳汰：以水为介质 风力跳汰：以空气为介质,重力分选,1、基本特征 基于磁性差异 从粉状固体物料中提纯磁性材料 从粉状固体物料中剔除磁性杂质 2、应用 从钢铁工业的尘泥、废渣中回收铁 从钢渣中回收铁粒 从城市生活垃圾中回收钢铁 从高岭土、长石等非金属矿中除去铁,磁力分选,1、界面分选单元作业 颗粒界面性质的调节：润湿性、表面电选、吸附特性等 利用颗粒间作用的变化，调节并控制颗粒体系的分散及聚团状态； 通过适当物理场的作用在相界面实现颗粒分选。 2、浮选，三个条件 在水中有足够的微细气泡 形成不溶性固态或液态悬浮体 气泡能够与悬浮粒子相粘附 3、应用 冶金工业炉渣回收铜镍、废纸脱墨、工业废水处理等,界面分选,3,界 面 分 选,1、焙烧机理：吸附-扩散学说 外扩散 内扩散 发生化学反应 气体产物逸出 2、焙烧分类 氧化焙烧 硫酸化焙烧 氯化焙烧 还原焙烧,焙 烧,4,焙 烧,1、反应过程：硫化物资源二次冶炼提金属 MoS2 MoO3 MoS2 +NH4OH(NH4)6Mo7O24 (NH4)6Mo7O24 +HClH2MoO4 H2MoO4MoO3 MoO3 +H2Mo 2、焙烧因素 焙烧温度 焙烧时间 气氛特性 物料中含硫量,氧化焙烧,1、反应过程：含硫酸盐的固体二次资源 MeS+O2 MeO+SO2 SO2 +O2SO3 MeO+ SO3 MeSO4 2、焙烧工艺分析,硫酸化焙烧,Co-S-O Cu-S-O,1、反应过程：氯化剂与二次资源发生氯化作用 固体二次资源：氧化物、碳化物、硫化物及金属或合金 氯化剂：Cl2、HCl、CCl4、CaCl2、NaCl、MgCl2、FeCl3 MeS+ Cl2 MeCl2 + S2 MeO+ Cl2 MeCl2 + O2 2、分类 中温氯化焙烧、高温氯化焙烧 3、含氧化铜氯化焙烧工艺 CuO+ HCl Cu3Cl3 + O2+H2O CuO+ CO Cu2O + CO2 Cu3Cl3+H2 Cu + HCl,氯化焙烧,思考：氯化焙烧的危害？,1、反应过程：还原气氛下的金属氧化物还原成金属或金属低价化合物 还原剂：碳质还原剂（固态、液态、气态） 磁化焙烧：赤铁矿尾矿和粉矿的利用 温度高于570度 Fe2O3+CFe3O4+CO Fe3O4+CFeO+CO FeO+CFe+CO 温度低于570度 Fe2O3+CFe+CO 2、焙烧影响因素 粒度、温度、气相组成等,还原焙烧,1、成型：冶炼前将粉状造块 成型技术：烧结、球团、压块 2、烧结 烧结概念：低于熔点的设定温度下的焙烧 反应过程：固相反应、液相反应、结晶过程 工艺过程： 颗粒之间形成接触 烧结颈长大 连通孔洞闭合、圆化 局部液相产生 孔洞收缩和致密化 孔洞粗化 晶粒长大,成型技术,5,成 型 技 术,3、球团 球团概念：粉料+黏结剂+水分，形成坚固球体 造球过程：母球形成、母球长大、生球压紧 生球高温焙烧固结： 干燥：降低生球中的水分 预热：除去剩余的水分、发生固相反应 焙烧：结晶、再结晶，晶粒长大 均热：球团内晶体长大，再结晶成分，组成均匀 冷却：空气 4、压块 方法：热压制团、冷压制团 压团设备：辊式压团机、冲压式压团机,成型技术,1、热解 概念 特点 过程便于控制 转为可贮存性能源 铬不转为，NOx产量少，二次污染少 硫、重金 属等大都 被固定，减容量大,热解技术,6,热 解 与 焚 烧 技 术,固体二次资源 气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ） + 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+ 固体(炭黑、灰),热解原理,键断裂,结构单元之间的桥键断裂生成自出基,CH2、CH2CH2、CH2O、O、S、SS,脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃,含氧官能团的裂解,OHCOCOOHOCH,垃圾中低分子化合物的裂解,COOH,CO2、H2O,CO,200,400,700800,H2O,CO,热解原理,异构化（二次热解）,裂解反应,脱氢反应,加氢反应,缩合反应,桥键分解反应,CH2 + H2O CO + 2H2,CH2 + O CO + H2,热解原理,缩聚反应,焦炭生成,炭渣,热解产物,含碳的固体物质,CH4、H2、H2O、CO、CO2、NH3、H2S、HCN、HCl等,分子量小的有机气体或液体,分子量大及分子量中等的有机液体,多种有机酸和芳香族化合物（焦油、燃油及某些芳香族化合物）,可燃气体，6390-10230kJ/kg,有机液体,固体残渣,热 解 工 艺分类,热解 设备,固定床热解炉,100250,300800,900,1200,H2O(l) H2O(g),气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ） 液体（有机酸、芳烃、焦油） 固体(炭黑、灰),C+CO2 2CO C+H2O 2CO+H2,C+O2 CO2,最终产物： H2 、CH4 、CO、CO2 、N2、 H2O(g) 混合气热值：62817118KJ/m3,热解 设备,回转窑式分解炉,外热式 内热式,外热式最终产物 混合气：H2 、CH4 、CO 液态：焦油 固态：碳黑,废塑料的热解,热分解图,规律 PE、PP、PS在300400之间几乎全部分解 PVC在200300、300400分两段分解，并释放出HCl,PVC：聚氯乙烯1 管材 PE：聚乙烯9 农膜 PP：聚丙烯8 编织袋 PS：聚苯乙烯6 包装材料 PB：聚丁烯 PMMA：有机玻璃5,废塑料的热解,热分解产物,烃类气体：C20 石蜡、焦炭,新日铁垃圾热解熔融系统,城市生活垃圾的热解,混合气热值：627610460kJ/m3,废橡胶的热解,轮胎破碎 分（磁）选 干燥预热 橡胶热解 油气冷凝 热量回收 废气净化,热分解图,热解工序,产物 气体(22%):CH4、C2H6、C2H4、CO、CO2、H2 液体(27%):苯、甲苯、芳香族化合物 固体(51%)：炭灰、钢丝,污泥的热解,污泥脱水 干燥 热解 炭灰分离 油气冷凝 热量回收 二次污染防治,热分解图,热解工序,规律 产物：可燃性气体、液态油、焦油、炭黑 温度，产气比率，固体比率 温度800以上，可燃性成分气化率高,2、焚烧：在充足的氧化剂条件下使处理的固体废物完全氧化的过程。 与热解的区别,需氧 放热 二氧化碳、水 就地利用 二次污染大,无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小,氧需求,能量,产物,利用,污染,6,热 解 与 焚 烧 技 术,焚烧技术,机械化连续垃圾焚烧炉。处理能力、焚烧效果、治污,焚毁带病毒、病菌的垃圾。英、美、法等试验研究，建立焚烧炉,19世纪中后期,20世纪初,1960,大型机械化炉排；较高效率的烟气净化系统,19701990,自控、移动式机械炉排焚烧炉、多样化、T ,除尘 资源化 智能化 多功能 综合性,1,2,3,4,我国始于1980 深圳垃圾焚烧发电厂,焚烧发展历程,焚 烧 原理,焚烧形式,熄火,燃料种类 燃料形态 燃烧环境，P、T,焚 烧 过程,干燥加热阶段 焚烧阶段 燃尽阶段,标志：达到着火点,反应：H2O(l) H2O(g),吸热,氧化反应：,热解反应：,放热,标志：生成灰渣，降低温度,延长焚烧过程？,放热,辅助燃料,CxHyOzNuSvClw + O2 CO2 + HCl + N2 + SO2 + H2O,原子基团碰撞：形成火焰 原子态的H、O、Cl 双原子的CH、CN、OH、C2 多原子的基团HCO、NH2、CH3,翻动、拨火,增加过剩空气量,焚 烧 产物,有机C 有机H 有机S、P 有机N 有机F 有机Cl Me,CO2、CO,H2O；HCl or HF,SO2、 SO3 、P2O5,N2、NOx,HF,HCl、Cl2,金属卤化物、硫酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物,CxHyOzNuSvClw + O2CO2 + HCl + N2 + SO2 + H2O,燃烧过程影响因素,焚 烧 系统组成,垃圾接受系统 焚烧系统 余热回收系统 燃烧空气系统,汽轮发电系统 烟气净化系统 灰渣处理 渗滤液处理系统,流化床焚烧炉,原理 借助砂介质进行燃烧 焚烧物 垃圾、污泥、油渣及多种有机废液和废物,设备,焚 烧 效 果 评价,焚烧技术实例,发电站,垃圾焚烧发电厂,1、浸出：在浸出剂作用下发生选择性溶解 2、浸出原理 浸出率：=（Qa-m/Qa）*100% 选择性浸出：=1/2 3、浸出方法：,浸出技术,7,浸出与固液分离技术,浸 出 剂,酸浸出,碱浸出,盐浸出,浸 出 方式,堆浸,搅拌浸出,流态化浸出,浸出化学过程,氧化浸出,还原浸出,浸出过程压力,常压浸出,加压浸出,1、固液分离：浸出液分离成固相和液相 2、固液分离方法 重力沉降：固相和液相存在密度差 含极细物料：利用离心力代替重力以加速颗粒沉降 极细颗粒：投加絮凝剂或混凝剂 过滤：多孔介质拦截固相 多孔介质：编织物、多孔陶瓷、 多孔金属、纸浆、石棉 过滤设备：板框压滤机,固液分离技术,1、特性： 节能材料：导热系数0.23W/(m.k)的材料 类型 早期：石棉、硅藻土、泡沫混凝土 中期：膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、矿渣棉（炼钢废渣） 现代：岩棉、矿渣棉、玻璃棉、泡沫石棉、微孔硅酸钙 2、常见节能材料 无机节能材料 矿物质原料制成：石棉、岩棉、矿渣棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、多孔混凝土 有机节能材料：软木、纤维板、聚氯乙烯塑料,节能材料,8,绿色建材技术,1、基本原理 气流、液流或其他机械力 外力场的冲击、挤压、碰撞、剪切、摩擦作用 大颗粒破碎成超细微粒 2、超细粉碎设备 喷射粉磨机 气流磨 搅拌磨 振动磨 胶体磨、分散磨,超细粉碎技术