拜耳法赤泥与含硫铁矿采选固废协同处置研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuguanghong
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大宗工业固废(如赤泥、采选固废等)产生量大、综合利用率低,不仅压占土地,还造成地下水及土壤污染。拜耳法赤泥因碱性矿物含量多,产生大量高碱度淋滤液;采选固废中的硫铁矿在自然条件下容易氧化,产生大量矿山酸性废水。如能通过赤泥与采选固废的酸碱协同处置,对实现低成本大宗工业固废处理处置具有重要的现实意义。针对赤泥与含硫采选固废中矿物分解酸碱释放问题,本研究通过对拜耳法赤泥进行淋滤,分析赤泥碱性矿物分解过程中的碱释放过程行为,阐明天然皂素对含硫采选固废的矿物氧化产酸的加速及滞缓的过程机理,采用含硫铁矿采选固废生物氧化产生的酸性浸出液对赤泥脱碱,探索含硫采选固废与赤泥的协同酸碱中和规律,验证脱碱赤泥的土壤基质化利用可行性。主要研究结果如下:(1)赤泥中碱溶出分为自由碱脱除传质过程限制阶段、自由碱快速脱除阶段、化学结合碱脱除3个阶段,去离子水、盐酸、硫酸在赤泥自由碱脱除过程中OH-平均释放速率分别为0.1012mmol·L-1·h-1、10.047 mmol·L-1·h-1、10.135mmol·L-1·h-1,化学结合碱脱除阶段OH-的平均释放速率去离子水为0.0503mmol·L-1·h-1,酸为10mmol·L-1·h-1左右。去离子水淋滤赤泥时,在化学结合碱脱除阶段Na+:Ca2+(摩尔比)≈3:1,赤泥反碱是钙霞石缓慢溶解所致;硫酸淋滤赤泥时,赤泥中的Ca2+溶出量低于盐酸的原因是赤泥浆液中的Ca2+与SO42-形成Ca SO4(H2O)2附着在赤泥表面,阻碍进一步反应。在酸淋滤下钙霞石、方解石在会发生分解转化,而赤铁矿、钙铁榴石、高岭石、钙钛矿不会发生分解转化,经水、酸淋滤赤泥中弱碱性矿物组分三水铝石均有所增加。(2)投加适宜浓度天然皂素对含硫铁矿采选固废产酸具有促进作用。30mg·L-1皂素可将含硫铁矿采选固废释放H+0.55mmol·g-1、总Fe111.4mg·g-1、SO42-359.3mg·g-1,相比未添加组分别提升175%、82.9%、39.2%;加入皂素可降低溶浸液与矿物表面的接触角以及溶浸液的表面张力,增强溶浸液对矿物表面的润湿、渗透作用,促进硫、铁元素的生物氧化进程;皂素提高含硫铁矿采选固废生物氧化分解产酸的主要原因如下:第一抑制了矿物表面次生矿物黄钾铁矾的生成,减缓了次生矿物的钝化作用,第二增强了溶浸液Fe3+在矿物微孔裂隙中的渗透作用,从而加速了含硫铁矿采选固废的生物氧化过程。(3)酸性浸出液对赤泥脱碱效果良好,脱碱残渣向类土基质转化。在最佳条件(搅拌速率300rpm、液固比15ml/g、反应温度65℃、反应时间30min)下,赤泥脱碱率为93.46%,脱碱液p H为6.37;赤泥经酸性浸出液脱碱,孔隙率增大,团聚体粒径增大,透水性能提升;脱碱后的赤泥含Ca矿物如钙钛矿、钙铁榴石在Fe3+的作用下发生溶解,含铁组分提升,主要由赤铁矿(Fe2O3)形式存在,并且p H由10.73降至6.76,密度、容重和电导率得到有效降低,利于黑麦草生长;在赤泥脱碱残渣基质中,黑麦草的发芽率、平均株高、平均湿重、平均干重分别为100%、17.0cm、0.048g、0.00418g与土壤种植的黑麦草(95%、13.8cm、0.036g、0.0042g)理化特性相当。
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