夏溢;章骅;邵立明;何品晶
【摘 要】基于生活垃圾焚烧炉渣金属形态实验室分析与中试回收生产线的磁性分选和涡电流分选试验,对生活垃圾焚烧炉渣中有价金属铁(Fe)、铝(Al)和铜(Cu)的可回收特征进行了研究.结果表明:生活垃圾焚烧炉渣中有价金属磁选和涡电流分选回收产率分别为12.3％和1.14％,Fe的磁选回收率为14.8％,Al、Cu的涡电流回收率分别为73.1％和52.7％.生活垃圾焚烧炉渣中Cu和Fe的回收效率分别受其含量分布和赋存形态的影响,其中Cu的回收产率和回收率受Cu的含量与分布的影响,而Fe的回收率与产率则受炉渣中Fe的含量与形态的限制.在实践中,可通过调整涡电流运行参数、增大磁场强度、降低炉渣含水率等方式提高炉渣中金属的回收效率.%The recoverability of ferrous (Fe)and non-ferrous (Al and Cu)metals from municipal solid waste incineration bottom ash (MSWIBA) was investigated based on speciation analysis of metals in MSWIBA,and metal recovery was tested using a pilot production line equipped with magnetic and eddy current separators.The results showed that the productivities of ferrous and non-ferrous metal products were 12.3％ and 1.14％ re spectively.Moreover,the recovery ratio of Fe was 14.8％ on a basis of the total MSWIBA,and the recovery ratios of Al and Cu were 73.1％ and 52.7％ respectively on a basis of ＞5 mm MSWIBA.Fe recovery from MSWIBA was limited by its speciation,while Cu recovery was limited by its distribution characteristics.It was suggested that the metal recovery could be improved by several methods,such as the adjustment of the mechanical parameters,enlargement of magnetic density,decrease of moisture content in MSWIBA,and so on.
【期刊名称】《环境科学研究》
【年(卷),期】2017(030)004
【总页数】6页(P586-591)
涡轮分子泵
【关键词】生活垃圾焚烧炉渣;磁选;涡电流分选;金属回收
【作 者】夏溢;章骅;邵立明;何品晶
【作者单位】同济大学环境科学与工程学院,上海200092;同济大学环境科学与工程学院,上海200092;同济大学环境科学与工程学院,上海200092;住房和城乡建设部村镇建设司农村生活垃圾处理技术研究与培训中心,上海200092;同济大学环境科学与工程学院,上海200092;住房和城乡建设部村镇建设司农村生活垃圾处理技术研究与培训中心,上海200092
【正文语种】中 文
抗衡阀
【中图分类】X705
垃圾焚烧是我国生活垃圾无害化处理的重要方法.根据2015年国家统计局数据，2014年我国城市生活垃圾焚烧量为5 330×104 ta，生活垃圾焚烧厂数量为188座，焚烧量已占垃圾无害化处理量的32.5%[1].炉渣是生活垃圾焚烧的主要副产物，约占焚烧垃圾质量的15%～25%.按照目前生活垃圾焚烧量估算，我国生活垃圾焚烧炉渣产生量已超过1 000×104 ta，并呈持续增长趋势.由于生活垃圾焚烧炉渣的物化性质与天然集料类似[2]，炉渣可作为建筑材料进行资源化利用，主要利用途径包括道路集料及路面材料[3- 4]、水泥或混凝土替代材料[5- 6]、填埋场覆盖材料[7- 8]等.然而，一方面，炉渣中残留的金属(尤其是Al)会造成炉渣再生材料服役期间的膨胀或开裂[9- 10]，严重影响炉渣再生材料寿命及性能,故炉渣中的金
属回收是炉渣再利用的重要前处理步骤；另一方面，通过回收炉渣中的金属可以再利用金属资源，属于炉渣的高值化利用途径(上海市原生生活垃圾中可回收金属含量约为0.2%，炉渣中可回收金属含量约为5%～8%[11]).
目前回收炉渣金属采用的方法主要包括重力密度分选、磁选和涡电流分选[12].其中，重力分选依据物料密度的差异进行分离；磁选是基于不同组分物料磁性差异的分离方法，适用于炉渣中磁性金属的分选；涡电流分选是基于物质导电率不同的分选技术.由于重力分选回收获得的金属产品品位低，不能满足产品再冶炼的要求，而磁选和涡电流分选则具有适应性好、专一性强的优点，故二者已被广泛用于炉渣金属回收.虽然发达国家采用磁选和涡电流分选的方法回收炉渣中金属已有一定的研究经验和工程实践，然而不同国家地区的炉渣性质差异较大，需要寻求适用于我国炉渣性质特征的金属回收方法[13- 16].矿用可移动式救生舱
综上，依托上海市某生活垃圾焚烧炉渣金属回收中试生产线，采用多级磁选和涡电流分选，配合破碎筛分方式，研究炉渣中有价金属铁(Fe)、铝(Al)和铜(Cu)的分选效果，依据炉渣中的金属含量和形态分布特征，分析制约炉渣中金属回收的主要限制因素，以期为炉渣中金属回收工艺的改进及优化提供依据.
1.1 生活垃圾焚烧炉渣
生活垃圾焚烧炉渣取自上海市某生活垃圾焚烧厂，焚烧工艺为倾斜逆推往复式炉排，共有3条焚烧生产线，设计生活垃圾焚烧处理能力为1 000 td，炉渣产生后经水淬送至炉渣贮坑存放.炉渣采集时间为焚烧厂正常运行期间，由机械抓斗将炉渣从贮坑中取出后进行采集，单次炉渣取样份样量为10 kg，份样数为15份左右，使样品具有足够的代表性.采集的炉渣混匀后，再经铲分法或圆锥四分法缩分，最终取50 kg样品用于后续分析测试.
1.2 炉渣性质测试方法
生活垃圾炉渣经风干后筛分为d≤1 mm、1 mm<d≤3 mm、3 mm<d≤5 mm、5 mm<d≤10 mm、10 mm<d≤20 mm、d>20 mm共6种粒径范围.采用球磨破碎机(SM 200，德国Retsch)进行破碎预处理，炉渣中的大块金属先用线切割机和砂轮磨碎，后再用球磨机磨细至100目(0.15 mm).炉渣实密度采用比重法测定，热灼减率采用马弗炉(SX- 2- 5- 12，苏州江东精密仪器有限公司)在600 ℃下灼烧2 h测定.炉渣中宏量及微量金属含量分别由X射线荧光光谱仪(XRF，S4 Explorer，德国Brucker)和经HCl-HNO3-HF-HClO4消解后电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES，720 ES，美国Agilent)测定.生活垃圾焚烧炉渣中的金属形态
通过X射线衍射光谱(XRD，D8 Advance，德国Brucker)和X射线光电子能谱(XPS，5000C ESCA System，美国PHI)分析.
1.3 生活垃圾焚烧炉渣金属回收中试工艺
生活垃圾焚烧炉渣金属回收工艺如图1所示，进料速率为20 th.该中试工艺采用破碎和筛分工序将进料炉渣处理为不同粒径级别；然后，通过多级磁选与涡电流分选的方式回收不同粒径炉渣中的磁性金属和有金属.分选装置包括3台悬挂式磁选机和2台涡电流分选机，磁选机的磁选强度为0.10～0.15 T，涡电流分选机的进料速率设为0.4 ms，磁辊转速为800 rmin.具体步骤如下：
第1步：给料机将炉渣均匀摊铺在传输带上，由安置在传输带上方的磁选板和磁滚筒分选出磁性金属；其余炉渣过100 mm振动筛，人工分拣出筛上物中的塑料、大块金属；剩余的块状炉渣与筛下物一起进入颚式破碎机处理.
快速水分测定
第2步：颚式破碎机破碎后的炉渣经第二级磁选后进入20 mm振动筛；筛上的炉渣经锤式破碎后，再经第三级磁选，而后返回传输带上再次过筛；炉渣中小块及颗粒状的磁性金属可由第二级和第三级悬吊式磁选机分选出.
第3步：20 mm振动筛的炉渣筛下物连续经过5和10 mm两个振动筛，被筛分为d≤5 mm、5 mm<d≤10 mm和>10 mm三个不同粒径范围；d>10 mm和5 mm<d≤10 mm粒径的炉渣分别进入各自的涡电流分选机，依据不同物质的导电率及在涡电流场中所受斥力的不同，最终分选距离也不同，可以得到具导电性的有金属(Al和Cu)；最终经过人工清理，回收有金属产品.
第4步：d>10 mm和5 mm<d≤10 mm粒径的炉渣经涡电流分选后，与d<5 mm粒径炉渣混合，用于后续材料利用.
中试试验共计运行7 d，记录炉渣进料、d≤5 mm炉渣和回收金属产品质量.不同粒径炉渣、获得的磁性及有金属产品经破碎和消解后，用ICP-OES分别测定炉渣和产品中Al、Cu、Fe的含量，再结合不同产品的质量，按照式(1)～(3)计算磁选及涡电流分选产品的产率、回收率及产品品位.
回收率
产品品位
点火装置2.1 生活垃圾焚烧炉渣的基本性质
不同粒径级别炉渣的质量分数、密度和热灼减率测试结果见图2[16].由于大块炉渣中存在砖石、金属、熔渣等，10 mm以上粒径炉渣密度较大.不同粒径级别炉渣热灼减率在0.8%～4.8%范围内，均满足GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》[13]中的5%限值.通过炉渣的质量分布特征计算得到炉渣的平均粒径为2.8 mm，平均密度为1.9 gcm3，平均热灼减率为2.71%.
2.2 生活垃圾焚烧炉渣的化学组成
生活垃圾焚烧炉渣的化学组成[16]见图3所示.炉渣中的元素丰度按照Si、Ca、Fe、Al、Mg、Na、K、Ti、Cu排序.炉渣中w(Al)约为48 gkg，主要赋存于d>10 mm和3<d≤5 mm粒径范围；w(Fe)为43 gkg，在3<d≤5 mm炉渣中分布最高；w(Cu)为0.8 gkg，主要集中在细颗粒炉渣中，其中d≤5 mm炉渣中的Cu占炉渣中Cu总质量的77.4%.一般而言，炉渣中w(Al)和w(Fe)的分布与生活垃圾中的大尺寸金属质量有关，HU等[14]的研究指出，6 mm以上粒径炉渣中的Al主要源于易拉罐、铝箔等，这与该研究的观察结果相似.生活垃圾中的Cu在焚烧过程中易形成熔融金属，因此，易聚积在细颗粒炉渣中[17- 18].
2.3 生活垃圾焚烧炉渣可回收金属形态
XRD分析结果表明，炉渣中的Al、Fe分别以赤铁矿(Fe2O3)和氧化铝(Al2O3)形式存在.由于低于1%仪器检出限，Cu未能在XRD衍射图谱中检出.经分峰拟合X射线光电子能谱(XPS)谱图，并对照美国国家与技术研究院(NIST)XPS标准数据库后，获得的金属形态结果见表1.炉渣中Al以Al2O3和Al形式存在，单质Al占炉渣中Al总量的25.0%，89%的单质Al分布于d>5 mm炉渣中，d≤5 mm炉渣中的Al几乎全部以Al3+存在，炉渣粒径越小，其比表面积越大，Al的氧化程度越高；单质Fe占铁总量的7.1%，仅分布于d>20 mm级别炉渣中，其余Fe多以Fe2O3的形式存在，与XRD检测结果一致；Cu的能谱峰呈多峰状，说明炉渣中Cu以多种形式存在，而单质Cu的能谱峰位于932～933 eV范围内，单质Cu分布于d>3 mm炉渣中，但含量较低，约占Cu总量的6.9%.
2.4 生活垃圾焚烧炉渣金属回收中试试验结果
tpe薄膜生活垃圾焚烧炉渣金属回收中试试验结果见表2.进料炉渣平均日处理量为132 td，d>5 mm炉渣为53 td；进料全粒径炉渣中w(Fe)约为36.8 gkg；>5 mm粒径炉渣中w(Al)约为32.0 gkg，w(Cu)约为0.35 gkg.最终获得的磁选产品和涡电流分选产品产量分别为Fe 16.3 td、A
l 1.39 td和Cu 0.02 td，磁选和涡电流分选产率分别为12.3%和1.14%.磁性金属产品中Fe品位为4.43%，Fe回收率为14.8%；有金属产品中Al和Cu品位分别为89.2%和48.7%，在可选炉渣粒径(>5 mm)范围内Al和Cu的回收率分别为73.1%和52.7%.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议