淺談工業固體廢棄物資源化利用的分離技術

宋 麗 蔣東海

(天能水泥有限公司，新疆 石河子 832000)

0 引言

工業固體廢棄物主要是指工業生產過程中伴隨產生的固體廢棄物，通常包括一般的工業固廢以及危險性工業固廢兩大類。近些年隨著經濟社會的快速發展，工業領域也得到了極大的發展，伴隨產生的工業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比較高等特點，如果處理不當極易導致二次污染。在人類社會對于生活環境要求越來越高的今天，對其進行合理利用不僅是一種現實需求，減輕工業固廢對環境構成的巨大威脅，同時也是“放錯了位置的資源”，因此對其進行合理的利用必將對工業的長期發展提供良好的支撐。企業在資源化利用固體廢棄時，必須科學選擇分離技術，才能實現利益最大化。本文對工業固體廢棄物資源化利用的分離技術進行簡單介紹。

1 常見的工業固體廢棄物

在生產過程中產生的固廢主要包括蒸發結晶鹽、污泥、廢催化劑、鍋爐飛灰、氣化爐渣等。蒸發結晶鹽、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，在流化床鍋爐內經低溫燃燒固硫后排出的固體廢棄物，包括從煙道經過濾器收集的粉狀固硫灰，從爐底排出的塊狀固硫渣。流化床脫硫技術多使用石灰石或生石灰等作脫硫劑，石灰石在爐膛內受熱分解生成CaO，或直接用生石灰與SO2反應生成硫酸鈣，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，同時含有5%左右未反應的fCaO。由于流化床鍋爐內燃燒溫度較煤粉鍋爐低，煤粉在爐內停留時間有限，固硫灰渣含碳量遠高于煤粉爐粉煤灰；此外在測定燒失量時，固硫灰渣中殘留的固硫劑和固硫產物在高溫下分解，因此固硫灰渣的燒失量遠遠高于粉煤灰。

氣化爐渣目前應用比較單一，有效處理程度不高，多數堆放處置，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、長時間堆存，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物質以及少量的結晶礦物質組成，可燃物在渣樣中分布不均，其中細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。氣化殘渣的粒徑主要集中在0.40～4.75mm，化學成分主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，其含量達到67%以上。由于受氣化爐爐型和爐內工況的影響，氣化爐爐渣特性差異很大。

2 現代分離技術

隨著科學技術的發展，離子交換、離子浮選、離子和沉淀物的電浮選以及傳統方法從液相中分出固體顆粒等技術在固廢分離中有著大量運用，離子和沉淀物的電浮選在許多條件下不需添加有機藥劑就可把金屬離子分選出來，在廣泛開展細菌浸出和堆浸方面應用的同時,也出現了用生物化學方法凈化污水,使焦炭化學生產中的污水所含有害雜質和濕法冶煉廢液中的氧化鐵離子分解的方法。在很多地區,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爭能力，對于細粒分散懸浮液來說,強化脫水作業具有很大意義。用聚丙烯酸胺和聚氧乙烯類型的人工合成聚合絮凝劑對礦泥和煤泥進行了試驗,在水力旋流器中用絮凝劑進行礦泥的濃密和澄清作業已出現。礦泥經磁場和電場處理以及在含石油產品和染料等的體系中均會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,它能使細粒物料絮凝，交變磁場中在固體磁性顆粒上進行磁絮凝的同時亦能提高過濾效率。

應用磁力、電力、振動、超聲波和放射線等各種力場和輻射線,用以改變分選介質顆粒的表面性質,磁力、電力和重力的聯合力場和作用主要是用于建立一些新方法和設備,其中亦包括用來創造磁流體動力和磁流體靜力分選機，化學和生物化學所取得的成就擴大了浮選藥劑的種類,以及強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,同時基建投資和生產費用不多,故迄今跳汰仍為最廣泛使用的一種方法。在水流中用床面進行分選的方法及在水流中按比重進行分選的方法,對分選≤2mm 的物料仍具有很大意義。在離心力場中應用重介質選礦可較精確地分選細粒物料，重介質分選可在磁場下進行選別。重選法的改革主要是要靠設備振動和超聲波裝置,由于懸浮液中所形成的結構遭到破壞,從而可保證選別過程的強化。同時亦可分散介質的穩定性,加重劑無分層現象。并且由于介質粘度的降低,可使密度大的產品能較快排出。

浮選應用范圍已經擴大到選別冶金產品、煤炭灰、化工產品以及可溶性鹽等非傳統原料,同時，浮選方法也在創新，如電浮選、離子浮選、乳濁浮選以及泡沫選礦等新方法。往磨礦機中添加藥劑、對分選物料分別進行調整以及將藥劑與空氣以氣溶膠形式加入浮選機等措施均有效果。電化學對礦漿的作用是一個很有意義的新的發展方向:藥劑溶液預先用電化學處理,是為了浮選過程中提高藥劑的效能；同時也為了改善礦物顆粒的浮選性質,而使多金屬硫化礦的浮選礦漿進行電還原。在電化學作用下,固相與液相的界面處所產生的電現象控制著含可變價鍵元素礦物中的電路,這就改變了氧化-還原電位,因而在礦粒表面產生了吸附和化學反應過程。浮選的另一重要方面是擴大適合浮選的粒度范圍。最簡單而有發展前途的方法是泥、砂部份分別進行處理,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液使其凝聚,亦取決于流體力學特點以及空氣抱沫粒度的選擇。噴射浮選和電浮選對浮選細粒級較為有利，礦物顆粒的團聚和從溶液中析出氣體兩者的聯合方法稱為充氣絮凝浮選。

3 分選技術在固廢利用的應用

粗鋼生產過程中會產生20%左右的鋼渣，而鋼渣中還含有大量廢鋼。當前，大部分企業會綜合運用自磨技術與磁選技術來處理廢鋼，還有部分企業會利用余熱自解熱悶技術進行處理廢鋼。自磨技術與磁選技術的結合主要是通過對廢鋼渣進行干式破碎或者是利用濕式球墨磁選技術，充分利用廢鋼渣的物理屬性來達到資源回收的目的。

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，導致浮選效率低，回收未燃碳較為困難，研究者必須根據所浮選粉煤灰及其未燃碳物理化學性質，選擇合適的浮選藥劑，改進浮選工藝，方能獲得較好的浮選效果。流態化法脫碳技術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域的上部漂浮，密度較大的粉煤灰顆粒向床層區域底部沉積，經過篩分、分級后，得到的粉煤灰約 80%能滿足用戶需求。

電選法脫碳的關鍵在于顆粒充分帶電和帶電顆粒在電場中高效分離。典型摩擦電選裝置有帶內擋板的流化床摩擦帶電系統、摩擦電選機、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。摩擦電選系統構成包括旋風給料系統、流化床摩擦充電器、高壓直流電源、分離室、集料槽、氮氣筒、靜電計等。該系統工作時，氮氣使待分離物料流態化，顆粒進入分離室帶異種電荷，在旋風給料系統負壓作用下進入高壓直流電源兩極板之間，在電場作用下分別向正、負極板聚集，最后在集料槽中進行收集，實現了粉煤灰與未燃碳的分離。

濕法和氣法分選也稱為化學分選，主要是利用各種化學方法如浸出、溶劑萃取、電化學、氣相分離、氣相沉積等工藝手段進行分選。在過去，人們多在處理較難分選的物料時，才會使用濕法和氣法分選，經過這些年不斷的技術發展，使得濕法和氣法分選的應用范圍不斷擴大，其方法與技術越來越嫻熟。除此以外，現在的創新手段越來越多，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用。

4 結束語

隨著社會經濟的不斷發展，我國固廢資源的綜合利用率會持續增長。國家提出“綠水青山就是金山銀山”，企業要實現與環境的協調發展，必然會運用先進的分選回收技術，科學規劃固廢的回收利用方式，創新回收工藝，建立和完善固廢資源管控制度，設立標準化的管理體系，最大限度地滿足社會發展需求。同時，企業必須制定科學的廢渣處理方案，利用先進的技術和管理模式進行回收處理，充分發揮各種回收技術的作用。長此以往，固廢數量會不斷減少，固廢資源的綜合利用率持續提高，從而實現固廢的綠色循環利用，促進社會實現健康、穩定、和諧發展。