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电解锰渣资源化利用研究

作　者: 李明艳
导　师: 陶长元
学　校: 重庆大学
专　业: 化学
关键词: 电解锰渣回收碳酸锰硫酸铝铵利用
分类号: X756
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电解锰渣是硫酸法浸取碳酸锰矿制备电解锰液后产生的一种含水率高的固体废弃物。近些年来,随着我国电解锰工业的快速发展,电解锰废渣的处理和资源化利用问题日益突出。目前,由于经济和技术等原因许多电解锰企业对电解锰渣并未做任何处理而将其直接堆放于渣场,但经过长期堆积这些废渣会对周围环境造成严重污染。因此锰渣的综合利用不但可以消除环境污染,而且还能够创造巨大的经济效益,是可持续发展的有效途径。本文针对重庆某公司生产的电解锰渣,首先利用多种分析手段从电解锰渣资源化利用的角度对其基本性质进行了初步分析,在此基础上分别对锰渣预处理、回收锰及回收氨氮的工艺过程及条件进行探索和讨论,并检测和评价了剩余残渣的资源化利用情况。结论如下:电解锰渣颗粒比较细,粒径大部分在80μm以下。它主要包括二水石膏相、石英相、软锰矿相及水锰矿相等矿相;渣中主要含有Si、Al、Fe、N、Mn、Ca等元素,以氧化物计算含量如下:二氧化硅(35.43%)、三氧化二铝(11.48%)、三氧化二铁(5.40%)、硫酸铵(7.9%)、一氧化锰(3.79%)、氧化钙(8.44%);锰渣中所含元素种类较多,主要是针、柱状外形规则晶体颗粒与其他物质形成的混杂交织堆积结构,各种特征颗粒之间交错搭接。在洗渣过程中,探索了浸锰的方法和条件,确定了清水作为浸取剂的可行性及相应工艺条件。通过实验可知:当m(渣):v(水)=1:5时,常温搅拌下反应2 h,电解锰渣中Mn2+的浸出率可达到93.8%。在回收锰阶段,采用碳酸锰沉淀法回收溶液当中的二价锰,根据对影响锰回收率各个参数的考察可知,采用碳酸铵做沉淀剂,当n(CO32+):n(Mn2+)=1.3:1,转速为80 r/min,絮凝剂浓度为0.4 mg/L,pH值为7,沉淀时间为60 min时,锰回收率可高达99.8%以上。回收得到的碳酸锰纯度达88.9%,可用此碳酸锰代替锰矿石进行电解锰的生产。采用硫酸铝铵结晶法从电解锰废渣中回收可溶性氨氮,探讨了沉淀剂投加量、反应温度、pH值及时间对氨氮回收率的影响,结果显示:在n((NH4)2SO4):n(Al2(SO4)3)= 1:1,溶液pH 2.5,反应温度95℃,反应时间2 h的条件下,氨氮回收率可高达95.2%以上。且所得晶体颗粒呈无规则形状,分散性能良好,无团聚现象,其纯度达93.1%。探究了不同水洗时间对硫酸盐溶解特性的影响。实验表明,当水洗时间为60 min时,渣中可溶性硫酸盐已基本溶解。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景及目的意义  10-11
  1.2 研究现状  11-15
    1.2.1 电解锰渣利用现状  11-13
    1.2.2 碳酸锰的性质及生产技术现状  13-14
    1.2.3 硫酸铝铵的性质及生产技术现状  14-15
  1.3 本论文的研究内容及创新性  15-16
    1.3.1 论文研究内容  15
    1.3.2 论文工作的创新性  15-16
2 实验材料和实验方法  16-24
  2.1 实验材料  16-17
    2.1.1 材料  16
    2.1.2 化学试剂  16-17
  2.2 实验仪器  17-18
  2.3 实验技术路线  18
  2.4 实验方法  18-24
    2.4.1 锰的测定方法  18-20
    2.4.2 氨氮的测定方法  20-21
    2.4.3 硫的测定方法  21-22
    2.4.4 钙的测定方法  22-23
    2.4.5 铝的测定方法  23-24
3 电解锰渣基本性质研究  24-30
  3.1 原材料及试验方法  24
    3.1.1 原材料  24
    3.1.2 试验方法  24
  3.2 电解锰渣性质研究  24-28
    3.2.1 电解锰渣基本物理性质  24-26
    3.2.2 锰渣主要矿物组成  26
    3.2.3 电解锰渣化学成分分析  26-27
    3.2.4 锰渣元素分布  27-28
    3.2.5 锰渣形貌特征  28
  3.3 本章小结  28-30
4 电解锰渣中锰的回收实验研究  30-38
  4.1 浸渣实验  30-32
    4.1.1 浸取过程原理  30
    4.1.2 浸渣实验  30-32
  4.2 碳酸铵沉淀法回收锰的实验研究  32-37
    4.2.1 沉淀形成及沉淀条件的选择  32-33
    4.2.2 实验  33-36
    4.2.3 实验结果表征与分析  36-37
  4.3 本章小结  37-38
5 电解锰渣中氨氮的回收实验研究  38-49
  5.1 实验方法  38
  5.2 实验原理  38-40
    5.2.1 硫酸铝铵反应原理  38-39
    5.2.2 硫酸铝铵结晶动力学理论  39-40
  5.3 实验结果与讨论  40-43
    5.3.1 铵/铝摩尔比对氨氮回收率的影响  40-41
    5.3.2 反应pH 值对氨氮回收率的影响  41-42
    5.3.3 反应温度对氨氮回收率的影响  42
    5.3.4 反应时间对氨氮回收率的影响  42-43
  5.4 实验结果表征与分析  43-47
    5.4.1 X 射线衍射分析  43-44
    5.4.2 扫描电镜分析  44
    5.4.3 热重差热分析  44-45
    5.4.4 X 射线光电子能谱分析  45-47
    5.4.5 十二水硫酸铝铵的应用性分析  47
  5.5 本章小结  47-49
6 滤后残渣的资源化利用  49-53
  6.1 引言  49
  6.2 锰渣硫酸盐溶解特性分析  49-50
  6.3 残渣中硫酸盐在建筑材料领域的应用分析  50-51
    6.3.1 热重－差式量热分析  50
    6.3.2 电解锰残渣中硫酸盐的应用  50-51
  6.4 本章小结  51-53
7 结论与展望  53-55
  7.1 结论  53-54
  7.2 展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录  60
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  60
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  60

电解锰渣资源化利用研究

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