固体废物处置与资源化实验指导书

固体废物处置与资源化试验指导书《固体废物处置与资源化》试验指导书中国矿业大学环境与测绘学院2023.3名目试验一碱溶性金属废物碱浸-电解资源化(3)Ⅰ、化学滴定法测定强碱溶液中的游离碱、锌和碳酸钠(4)Ⅱ、含锌废物中锌含量的测定试验(7)Ⅲ、含锌废物强碱浸取试验(9)(12)试验二固体废物裂开与筛选(15)试验三固体废物热值、含水率测定(20)(23)试验五固体废物堆肥试验(26)试验一碱溶性金属废物碱浸-电解资源化含锌废物碱浸-电解回收金属锌粉工艺简介锌〔Zn，65.39〕是一种蓝白色金属，化学性质活泼，能溶于大多数无机酸和强碱性溶液。锌用途广泛，在有色金属消费中仅次于铜和铝，在国民经济中占有重要地位，在工业进展中有着不行替代的作用。随着我国经济迅猛进展，锌需求快速增长与锌精矿资源面临枯竭的冲突日益加深，贫杂氧化锌矿及含锌废物等锌二次资源越来越受到重视。本工艺基于锌在强碱性溶液中能被高效选择性浸出、净化流程简洁、电解能耗低、可直接电解回收金属锌粉等优势而提出，是生产金属锌粉的一种清洁工艺，特别适用于贫杂氧化锌矿及含锌废物的处理。锌粉碱浸-电解回收金属锌粉工艺流程图本试验属于综合性试验，基于该工艺可分为四个子试验：Ⅰ、化学滴定法测定强碱溶液中的游离碱、锌和碳酸钠Ⅱ、含锌废物中锌含量的测定试验Ⅲ、含锌废物强碱浸取试验Ⅳ、含锌强碱溶液电解回收金属锌试验Ⅰ、化学滴定法测定强碱溶液中的游离碱、锌和碳酸钠一、试验目的和要求准确快速测定碱法炼锌工艺含锌碱液〔消解液、浸取液、净化液、电解液、废电解液等〕中的游离碱、锌及碳酸钠对该工艺的试验争论和生产掌握都有着至关重要的作用。通过本试验使学生了解强碱溶液中游离碱、锌和碳酸钠的测定原理，把握强碱溶液中游离碱、锌和碳酸钠的测定方法。二、试验原理首先利用酸碱中和原理以酚酞和甲基橙作指示剂，用盐酸标准溶液进展滴定；然后在pH=5.5~6的条件下以Na2S2O3和KF作掩蔽剂，以二甲酚橙作指示剂进展 EDTA络合滴定测定溶液中锌含量，EDTA能够与多种金属形成稳定的可溶性协作物，当接近滴定终点时，金属离子急剧削减使指示剂得以释放，溶液显示出指示剂本色或显示出EDTA与金属离子络合物的颜色，确定滴定终点。最终利用盐酸和EDTA的消耗量联合计算含锌碱性溶液中游离碱和碳酸钠量。三、试验仪器和材料112、酸式滴定管〔含铁架台〕3、250mL34、10mL25、50mL26、氨水〔1+1〕7、盐酸〔1+1〕80.5mol/L9、EDTA〔0.1~0.15mol/L〕10、1.0000mg/mL〔0.1g优级纯锌粉溶2mL100mL〕11、pH=5.5~6的乙酸—乙酸钠缓冲溶液〔称取200g结晶乙酸10mL1L，摇匀〕12、100g/L13、200g/LKF14、5g/L〔5g100mL中，保质期两周〕15、10g/L的酚酞指示剂〔1g酚酞溶于100mL无水乙醇中〕16、1g/L的甲基橙指示剂〔称取0.1g甲基橙溶于100mL水中〕。17、玻璃棒，去离子水，胶头滴管假设干四、试验步骤1、用移液管吸取10mL待测液于50mL容量瓶中，用去离子水定容。2、取10mL上述定容后试液于250mL锥形瓶中，参加1滴酚酞指示剂，用盐酸标准溶液滴定至粉色变成红色，读取盐酸消耗体积V1；再滴加1滴甲基橙指示剂，连续用盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色，加热煮沸，冷却，再滴定到溶液变成橙色，读取盐酸消V2。3、另取10mL定容后试液于250mL锥形瓶中，滴加1滴氨水〔1+1〕，再加1滴甲基橙指示剂，用盐酸〔1+1〕中和至甲基橙变红，然后再滴加氨水〔1+1〕使其刚好变黄，参加15mL乙酸—乙酸钠缓冲2~3mLNa2S2O3溶液和KF溶液，摇匀。参加1滴二甲酚橙指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变成亮黄色，EDTAV3。4、按上述步骤做平行样，结果取平均值。5、记录试验数据。6、清洗各种试验用具，并归回原位，检查无误前方可离开试验室。五、试验结果计算ρZn=12f?V3ρNaOH=402(V1?V2)?CHClρNa2CO3=1062(V2?CHCl?2?f?V365)式中：ρZn、ρNaOH、ρNa2CO3──分别为测得溶液的锌、游离碱和碳酸钠浓度〔g/L〕f──1.00mLEDTA〔g/mL〕CHCl──盐酸标准溶液浓度〔mol/L〕V1──用酚酞作指示剂滴定消耗盐酸的体积V2──用甲基橙作指示剂连续滴定消耗盐酸的体积V3──EDTA六、思考与争论1、步骤2中为什么反复滴加氨水、盐酸至甲基橙刚好变成黄色？2、参加缓冲溶液的作用是什么？3、Na2S2O3溶液和KF溶液作为掩蔽剂主要掩蔽哪些离子？注：本试验涉及溶液比较多，包括锌标准溶液、盐酸标准溶液、EDTA标准溶液、缓冲溶液以及掩蔽剂和各种指示剂溶液，请同学们试验前查阅相关资料，了解这些溶液的配备和标定方法，以便加深对本试验的理解。Ⅱ、含锌废物中锌含量的测定试验一、试验目的和要求利用消解、化学滴定法准确测定固体废物中锌含量。要求学生把握固体废物的消解方法。二、试验原理利用单一强酸或混合强酸在加热条件下破坏固体废物中的有机物和复原性物质，并将金属元素氧化为高价态，然后利用化学滴定法测定其中金属锌元素的含量，最终得到该固体废物中的锌含量。三、试验仪器和材料1、电子天平〔0.0001g〕2、电加热板〔DB-ZA，置于通风橱内〕3、消解杯〔聚四氟乙烯材质〕三个4、100mL35、5mL、10mL6、盐酸〔优级纯〕、硝酸〔优级纯〕、高氯酸〔优级纯〕、氢氟酸〔优级纯〕7、去离子水8、口罩、手套等防护用品四、试验步骤1、翻开通风橱通风开关，翻开电加热板并将温度调至100℃。2、称取约0.1g固体废物样品〔记为m〕于消解杯中，快速参加6mL盐酸和2mL硝酸，马上盖上消解杯盖，放在电加热板上加热。同时做平行、空白比照试验。3、待消解杯中酸剩余量很少〔2~3mL〕，假设仍有较多不溶物时，留神取下消解杯稍加冷却，同时将电加热板温度调高至 160℃，在稍加冷却的消解杯中参加3mL氢氟酸连续放在电加热板上消解。4、同样待酸剩余量很少时，假设仍有较多不溶物，留神取下消解杯3mL5、待酸剩余量很少〔2~3mL〕时，取下消解杯冷却后转移至100mL容量瓶中〔假设有不溶物则需过滤〕，参加2mL硝酸，用去离子100mL6、然后利用化学滴定法测定定容后溶液中锌浓度〔记为ρ，单位g/L〕。五、计算ωZn=ρ10×m×100%式中：ωZn──样品中锌含量ρ──定容到100mL〔单位g/L〕M──称取的含锌废物质量〔单位g〕六、留意事项1、消解时假设固体废物已经完全溶解，没有不溶物残留，则可以完毕加酸消解，进入定容步骤。2、本试验所涉及强酸属于高危药品，全部具有极强的腐蚀性，其中高氯酸应避开震惊或撞击，以免发生发生爆炸危急，必需轻拿轻放，因此试验时务必听从教师指导，佩戴必要的防护用品，切勿试验时嬉戏打闹，以免发生危急。Ⅲ、含锌废物强碱浸取试验一、试验目的和要求本试验属于含锌固体废物碱浸电解资源化回收利用金属锌工艺预处理的关键步骤，通过本试验使学生初步了解含锌废物强碱浸出工艺。要求学生能够理解试验原理和试验流程，把握试验操作方法。二、试验原理依据来源，含锌废物中的锌可能以Zn、ZnS、ZnO、ZnCO3、Zn2SiO4或ZnO·Fe2O3ZnO·Fe2O3、硫化锌ZnS外，金属锌单质及其他化合态在肯定条件下既能溶于酸，也能溶于强碱。锌及锌的化合态在强碱溶液中相关反响如下：Zn+2OH?→ZnO22?+H2↑ZnO+2OH?→ZnO22?+H2OZnCO3+4OH?→ZnO22?+2H2O+CO32?Zn2SiO4+6OH?→2ZnO22?+3H2O+SiO32?ZnO22?+2H2O?Zn(OH)42?三、试验仪器和材料11台〔DF-101S〕21〔10mL〕3、500mL4、磁力转子5、温度计6、玛瑙研钵7、100目标准筛8、含锌固体废物9、氢氧化钠10、500mL111、100mL12、滤纸，玻璃棒等。图1含锌原料浸出试验装置1.水浴锅；搅拌子；锥形瓶；冷凝管或漏斗；电节点温度计四、试验步骤1、研磨烘干冷却后的含锌废物使通过100目标准筛，然后称取10g〔0.0001g，记为M〕筛下含锌废物，备用。2、在水浴锅中参加适量水，翻开加热开关并将温度调至预设值〔80℃〕。3、称取65gNaOH并转移至反响器内，向反响器内参加去离子NaOH250mL4、将反响器放入水浴锅中；开启磁力搅拌并调整搅拌转速至预设值；待反响器溶液温度到达预设值后，向反响器内参加已称量好的含250mL；开头浸取。5、浸取过程中，每到达某一预设浸取时间〔如0.5h，1h，1.5h，2h等〕，马上用移液管取5mL浸取液放至离心管并放入离心机进展离心，固液分别。6、准确移取离心管上清液1mL，用试验Ⅰ的检测方法测定溶液中的锌浓度〔ρ，g/L〕。7、记录试验数据。8、清洗各种试验用具，并归回原位，检查无误前方可离开试验室。五、计算η=250mM×P×100%式中：η──含锌废物中锌的浸取率〔%〕；m──1mL〔g〕；M──称量的含锌废物总质量〔g〕；P──含锌废物中锌的百分含量〔%〕。六、思考与争论1、影响锌浸取效率的因素有哪些？2、NaOH浓度降低了多少？降低量是否全部参与了与ZnO的反响？七、留意事项本试验所需高浓度强碱溶液腐蚀性强，配置和转移时应留神操作，并按要求佩戴乳胶手套和口罩，听从教师指导。Ⅳ、含锌强碱溶液电解回收金属锌试验一、试验目的和要求掌握电解参数回收含锌强碱溶液中的金属锌。通过本试验使学生直观感受碱锌溶液中金属锌的电沉积过程，培育学生对固体废弃物资源化回收利用的兴趣，要求学生把握碱锌溶液电解回收金属锌的试验操作。二、试验原理电解过程即在外部电压作用下驱动电解质溶液中阴阳离子分别向阳极和阴极移动，并分别在阳极和阴极发生氧化反响和复原反响。强碱介质中，碱根离子失去电子生成氧气和水，同时碱锌离子在阴极得到电子被复原为锌单质，从而得到高纯度的金属锌。碱锌溶液中阴阳极主要反响如下〔不锈钢板作阳极，镁合金板做阴极〕：O2↑+H2O阳极：2OH??2e→12阴极：Zn(OH)42?+2e→Zn↓+4OH?三、试验仪器和材料11〔WYK-3030〕2、阴阳极板各一块〔阳极：不锈钢板阴极：镁铝合金板〕31台〔DF-101S〕4、蠕动泵〔可用磁力转子搅拌代替〕5、电解槽〔500mL〕6、氧化锌〔AR〕7、氢氧化钠〔AR〕8、1000mL19、pH10、玻璃棒，直尺，导线16电解试验装置图1、水浴锅；2、电解槽；3、阳极板；4、阴极板；5、数显直流电源；6、蠕动泵四、试验步骤1、称取21.87g氧化锌和121.6g氢氧化钠溶于去离子水中并定容、配制成500mL的碱锌溶液〔35g/L，氢氧化钠浓度200g/L〕。2、利用化学滴定法测定碱锌溶液中锌含量〔g/L〕，记为C1。3、取450mL的碱锌溶液于500mL塑料烧杯中〔也可以依据装置图将盛有碱锌溶液的塑料烧杯放在水浴锅中在可控温度下进展电解〕，放入阴、阳电极板〔7cm×6.5cm〕，用导线将极板与直流电源正负极正确连接，并调整阴、阳极板间距3cm。4、翻开直流电源，调整电压、电流旋钮输出恒电流，使电流密度到达预设值〔如1000A/m2〕；开头电解，观看电解过程中阴、阳极板外表的现象。5、电解到预定时间〔1h，1.5h，2h等〕后，关闭电源开关；用移液管取适量〔如1mL，2mL等〕电解废液，利用化学滴定法测C2。6、将烧杯中的剩余电解废液倒入废液桶内；将阴极电解锌粉刮下，并将阴、阳极板从烧杯内取出；用去离子水反复冲洗电解得到的金属锌粉，直至清洗水pH值＜8，送真空枯燥箱真空枯燥，即可得到高纯度金属锌粉。7、记录试验数据。8、清洗各种试验用具，并归回原位，检查无误前方可离开试验室。五、试验结果计算η=(C1?C2)?0.45q?I?t×100%式中：η──电流效率C1、C2──分别为电解前后溶液中的锌浓度〔g/L〕q──锌的电解当量，1.22g/(Ah)I──通电电流〔4.5~4.6A〕t──电解时间〔5400s〕六、思考与争论1、电解刚开头一段时间内，阴极板内外表有什么变化，为什么？2、请推导锌的电解当量q；思考可能的电流效率偏高现象。注：氢氧化钠溶解时会产生大量的热并具有猛烈刺激性，请按要求佩戴口罩和乳胶手套，尽量在通风条件下操作，听从教师指导。试验二：固体废物裂开与筛选一、试验目的了解固体废物裂开和筛选的目的和意义；了解固体废物裂开设备和筛分设备；把握固体废物裂开和筛分设备的使用过程；生疏裂开和筛分的试验流程。学会计算裂开、粉磨后不同粒径范围内的固体废物所占的百分数二、试验原理固体废物的裂开是利用外力抑制固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块的过程。固体废物的磨碎是使小块固体颗粒分裂成细粒的过程。固体废物的筛分是依据产物粒度的不同，利用不同筛孔尺寸的筛子将物料中小于筛孔尺寸的细物粒透过筛面，大于筛孔尺寸的粗物粒留在筛面上，从而完成粗、细颗粒分别的过程。裂开的目的：减容，便于运输和储存。填埋处置时，裂开后物料的压实密度高而均匀，可加快复土复原。为分选供给所要求的入选粒度。增加比外表积，提高燃烧、热分解、熔融等作业的稳定性和热效率。〔4〕防止粗大、锐利的废物堵塞或损坏分选、燃烧等设备。〔5〕使联生一起的矿物或联接在一起的不同材料实现单体分别，便于回收利用。裂开产物的特性一般用粒度分布和裂开比来描述。表示颗粒大小的参数一般有粒径和粒度分布。粒径是表示颗粒大小的参数，常用筛径来表示。粒度分布表示固体颗粒群中不同粒径颗粒的含量分布状况。裂开比表示的是裂开过程中原废物粒度与裂开产物粒度的比值，常用废物裂开前的平均粒度〔Dcp〕与裂开后的平均粒度〔dcp〕的比值来确定裂开比〔i〕。筛分完成后，本筛格存留的筛上颗粒质量为筛余量，这些颗粒粒度小于上格筛孔径大余本筛格孔径，本格筛余量的粒度取颗粒平均粒径。三、试验仪器与设备裂开机〔型号SGF系列对辊裂开机〕1台;球磨机〔型号QM-3SP4行星式球磨机〕1台电动筛分机〔型号HC-200检验分析筛〕1台方孔筛：规格80目、100目、160目、200目、250目、325目500鼓风枯燥箱〔型号YHJ5140A鼓风枯燥箱〕1台；台式天平〔dmax=15kg〕1台;刷子1试验样品假设干；四、试验步骤1600g在(105±5)℃的温度下烘干至恒重；2500g1g；3、将试验颗粒倒入按孔径大小从上到下组合的套筛〔附筛底〕上；415min；5、筛分后将不同孔径的