CN106583036A - 一种垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法，该方法以经粉碎后过100目筛的垃圾热处理灰渣为原料，以无水乙醇为提取介质，分别采用1.0T 和0.25T 的磁铁，经过湿法‑干法两步提取，富集含铁矿物质。该方法不仅实现了垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的有效富集，得到纯度更高的垃圾热处理灰渣的含铁矿物质，有利于垃圾热处理灰渣含铁矿物质和非含铁残余物质资源化利用的实现，具有良好的经济效益；同时解决了垃圾热处理灰渣对环境具有的潜在危害性问题，具有环保效益。

Description

一种垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法
技术领域
本发明涉及含铁矿物质的富集技术领域，尤其涉及一种利用垃圾热处理灰为原料，以无水乙醇为介质，有效富集含铁矿物质的方法。
背景技术
垃圾热处理灰渣是垃圾高温热处理过程中产生的主要废弃物。随着城市生活垃圾得与日俱增以及土地资源的日益紧缺，能够快速实现生活垃圾无害化及能源化的热处理技术迅速发展。垃圾热处理技术的迅速发展必然导致大量固体灰渣的产生，2014年中国垃圾热处理量约为53000万吨，灰渣产生量约为14000万吨。城市生活垃圾热处理灰渣具有一定的经济价值，若将其直接弃于环境中，不仅对周边生态环境及人类健康产生危害，而且是对潜在资源的浪费。含铁矿物质在垃圾热处理灰渣中广泛存在，但在垃圾热处理灰渣中所占的比例并不高（Fe元素的质量百分含量约为4-7%），尚不能满足直接资源化利用的要求（如作为炼铁原材料）；此外，垃圾热处理灰渣因含铁矿物质的存在，在资源化利用的过程中也出现了一些不利影响（如灰渣制砖过程中含铁矿物化学反应影响砖体强度和美观）。因而，有必要对生活垃圾热处理灰渣中含铁矿物质进行富集分离，对含铁矿物质组分和非含铁物质组分有针对性地进行综合利用，以解决垃圾热处理灰渣资源化利用过程中出现的各种问题，并实现最大化经济效益。
热处理灰渣中含铁物质呈现出在大粒径段含量较高的现象，而位于大粒径段的灰渣颗粒中含铁物质常被包裹在灰渣玻璃相中，形成含铁矿物质和玻璃相包裹体，不利于灰渣中含铁矿物质的分离提取。
目前，含铁矿物质的富集方法很多，主要是利用其磁性特征进行富集，具体包括干法和湿法两种方法。干法提取含铁矿物质的过程：将干燥物料以一定厚度摊开，再用磁铁通过含铁物料表面，提取的物质通常称为富含铁的矿物质。湿法提取含铁矿物质的过程：将物料与提取介质按照一定比例混合，再用磁铁浸没于提取介质中，搅拌过程中物料中的铁磁性物质不断粘附于磁铁上，粘附的铁磁性物质即为富含铁的矿物质。实践表明，简单的一步干法提取或一步湿法提取并不能对垃圾热处理灰渣中含铁矿物质进行有效富集。此外，湿法提取所用介质一般为水，但热处理灰渣中各种矿物组分与水接触可能发生化学反应，导致提取过程评价指标发生差异性变化，如含铁矿物质中铁元素各价态分布情况的改变。有鉴于此，如何有效收集垃圾热处理灰渣中含铁矿物质是本领域技术人员有待解决的技术问题。
发明内容
针对现有干法提取或湿法提取不能有效富集垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的问题，本发明提供一种垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法。
解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法，包括如下步骤：
（1）预处理：采集炉排炉尾部排出的垃圾热处理灰渣，去除灰渣中明显可见的大块、未燃尽物料，置于干燥箱中于55-60℃条件下干燥12-24h，混合均匀，采用四分法缩分样品，采取机械和人工的粉碎方式粉碎过 100 目筛，混合均匀；
（2）湿法提取：将预处理后的灰渣与无水乙醇按固液按重量/体积比为1：3-5混合均匀，得到固液混合物；将磁通量为0.8-1.2T的磁铁用聚四氟乙烯膜包裹进行湿法提取，刮下并冲洗提取出来的含铁矿物质；重复操作2-3次，直至提取不出明显的含铁矿物质为止；
（3）干法提取：将湿法提取物置于电热板上55-60℃条件下烘干，混合均匀平铺于锡箔纸上，厚度约为0.3-0.5mm；然后于提取物上方3-5mm处用磁通量为0.2-0.3T的磁铁进行干法提取，收集提取的含铁矿物质；重复操作2-3次，直至提取不出明显的含铁矿物质为止，将其混合均匀，密封保存备用。
作为优选，本发明更适合于垃圾热处理灰渣中铁的质量百分含量不低于4%的灰渣。其中铁的质量百分含量以Fe元素的质量百分含量计。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用湿法和干法相结合并且湿法在先，克服了直接干法提取过程中灰渣颗粒间静电吸引导致难以有效提取的技术难点；湿法提取采用无水乙醇作为提取介质，更好地保持了垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的原有特性，有利于垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的精准分析表征。
2、本发明以垃圾热处理灰渣为研究对象，采用梯度磁通量进行二级富集的方法，实现了垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的有效富集，可从垃圾热处理灰渣中提取得到纯度更高的含铁矿物质，同时得到铁含量更低的非铁磁性物质，在一定程度上解决了垃圾热处理灰渣综合资源化利用过程中出现的技术问题，具有明显的经济效益。
3、本发明以3个垃圾焚烧发电厂炉排炉尾部排出灰渣为研究对象，重复验证了本提取方法的有效性，垃圾热处理灰渣铁含量在4-7%范围，提取得到的含铁矿物质中铁含量为35-48%。
附图说明
图1是本发明从垃圾热处理灰渣中提取含铁矿物质的技术流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：参见图1，本发明对垃圾焚烧发电厂炉排炉尾部排出的垃圾热处理灰渣含铁矿物质进行富集，包括如下步骤：
步骤一，对采集的垃圾热处理灰渣进行预处理：去除灰渣中明显可见的大块、未燃尽物料，包括大块砖瓦碎石、金属制品等，置于干燥箱中于55-60℃条件下干燥24h，混合均匀，采用四分法缩分样品，得到质量约为5kg的灰渣样品，采取机械和人工的粉碎方式粉碎至过100 目筛，混合均匀预处理灰渣；
步骤二，湿法提取：取500g上述预处理后的灰渣与2500mL无水乙醇混合均匀，得到固液混合物，将磁通量为1.0T的磁铁用聚四氟乙烯膜包裹进行提取，刮下并冲洗提取出来的含铁矿物质，重复操作3次，将提取所得的所有含铁矿物质置于电热板上55-60℃条件下烘干，混合均匀；
步骤三，干法提取：将干燥且混合均匀的上述提取产物平铺于锡箔纸上，厚度约为0.3-0.5mm，于产物上方3-5mm处用磁通量为0.25T的磁铁进行干法提取，收集提取的含铁矿物质；重复操作3次，将提取所得的含铁矿物质混合均匀，密封保存。
其中，原始灰渣和经过湿法-干法提取所得的含铁矿物质的含铁量（Fe%）可通过XRF测定分析。
由表1可知，实施例1以重庆灰渣为处理对象富集得到的含铁矿物质中含铁量为38.7%，约为原灰渣中含铁量的8倍。
实施例2-9，其操作方法与实施例1相同，主要是原料来源不同。
实施例2-9中的垃圾热处理灰渣均为炉排炉尾部排出的灰渣，其中实施例2-7的灰渣来源与实施例1相同，取自于重庆垃圾焚烧发电厂，实施例8、实施例9的灰渣分别取自于上海垃圾焚烧发电厂、杭州垃圾焚烧发电厂，实施例2-9中含铁矿物质的提取方法与实施例1相同，区别在于灰渣来源、灰渣含铁量、固液比、磁通量等参数存在区别，具体见表1。
表1 实施例1-9相关参数及含铁量的测定结果
由表1可知，实施例9中，原灰渣含铁量为7.2%时，经湿法-干法提取所得的含铁矿物质的含铁量最高，为48.5%，约为原灰渣中含铁量的6.7倍；而实施例8中，原灰渣含铁量为4.4%时，经湿法-干法提取所得的含铁矿物质的含铁量最低，为35.8%，约为原灰渣中含铁量的8.1；实施例1-7中，原灰渣含铁量为5.0%时，经湿法-干法提取所得的含铁矿物质的含铁量在36.6-40.3%之间，约为原灰渣含铁量的7.3-8.1倍。由此可知，本发明方法提取的含铁矿物质含铁量约为原灰渣含铁量的6-8倍，且原灰渣含铁量越高，提取所得的含铁矿物质的含铁量也越高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）预处理：采集炉排炉尾部排出的垃圾热处理灰渣，去除灰渣中明显可见的大块、未燃尽物料，置于干燥箱中于55-60℃条件下干燥12-24h，混合均匀，采用四分法缩分样品，采取机械和人工的粉碎方式粉碎物料过 100 目筛，混合均匀；
（2）湿法提取：将预处理后的灰渣与无水乙醇按固液按g/mL比为1：3-5混合均匀，得到固液混合物；将磁通量为0.8-1.2T的磁铁用聚四氟乙烯膜包裹进行湿法提取，刮下并冲洗提取出来的含铁矿物质；重复操作2-3次，直至提取不出明显的含铁矿物质为止；
（3）干法提取：将湿法提取的含铁矿物质置于电热板上55-60℃条件下烘干，混合均匀平铺于锡箔纸上，厚度约为0.3-0.5mm；然后于提取物上方3-5mm处用磁通量为0.2-0.3T的磁铁进行干法提取，收集提取的含铁矿物质；重复操作2-3次，直至提取不出明显的含铁矿物质为止，将其混合均匀，密封保存备用。
2.根据权利要求1所述的垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法，其特征在于，所述垃圾热处理灰渣中铁的质量百分含量为4-7%。
3.根据权利要求1所述的垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法，其特征在于，所述湿法提取采用磁通量为1.0T的磁铁。
4.根据权利要求1所述的垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法，其特征在于，所述干法提取采用磁通量为0.25T的磁铁。
5.根据权利要求1所述的垃圾热处理灰渣中含铁矿物质的富集方法，其特征在于，步骤（3）干法提取的含铁矿物质含铁量为垃圾热处理灰渣含铁量的6-8倍。
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