电解锰废水中铵和镁资源化回收的研究

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中国是电解金属锰产量最大的国家,其产能和产量约分别占全球的98%和90%。然而,在电解金属锰的生产过程中会排放大量的“三废”,含酸雾和二氧化碳的废气,含钙、镁、锰、氨氮等物质的废水和废渣。废气中所含有的高浓度CO2会加剧全球温室效应;废水和废渣中则含有高浓度的锰、镁、氨等对环境有危害的污染物。尤其是电解锰废水中含有的大量镁、铵离子对电解锰生产工艺流程中造成的电流效率损失、管道堵塞以及污水处理工段造成的巨大压力,因此,处理好电解金属锰生产过程中产生的“三废”是目前整个电解锰行业迫切需要解决的任务。本文取经广西某电解锰矿厂选择性回收锰后的电解锰废水,采用鸟粪石法和CO2碳化法两种方法分别回收电解锰废水中的铵、镁资源。通过探究反应时间、pH、温度、以及磷源投加量对铵、镁、钙回收率的影响,确定了鸟粪石法回收电解锰废水中铵、镁的最佳工艺条件。结果表明:在初始铵、镁、钙浓度为875 mg·L-1、1200 mg·L-1、560 mg·L-1,反应时间30 min,pH值为9.0,反应温度为25℃,磷投加量为P/N摩尔比1.1:1的条件下,铵、镁、钙的回收率分别达到了80%、99.35%、94.08%。与此同时,研究了MAP(六水合磷酸铵镁)结晶反应的机理,结果表明:在MAP生成过程中存在着磷酸镁、磷酸氢镁和磷酸铵镁的晶型转换,也存在NH4+与Mg3(PO42(s)的再结晶反应,在MAP结晶反应中生成Mg3(PO42(s)的同时,体系中还生成了MgHPO4并且与NH4+一同进入Mg3(PO42(s)晶相形成MAP晶体。通过探究反应温度、pH、温度、搅拌速率以及二氧化碳浓度对铵、镁、钙回收率的影响,确定了CO2碳化回收电解锰废水中铵、镁的最佳工艺条件,结果表明:在初始铵、镁、钙浓度为875 mg·L-1、1200 mg·L-1、560 mg·L-1,反应时间240 min,反应温度45℃,pH值为9.2,二氧化碳体积浓度为15%,搅拌速率为600 rpm的条件下,铵、镁、钙的回收率分别达到了,80.71%、97.58%、99.68%。为了研究利用CO2碳化回收电解锰废水中镁的反应机理,本文采用一级反应动力学和Avrami-Erofeev等温结晶动力学模型研究了其反应过程,并研究了氨氮的吸附动力学。结果表明:CO2碳化回收电解锰废水中镁生成碱式碳酸镁的反应体系符合一级反应动力学,且反应速率常数25,35和45℃时分别为0.0087,0.02911和0.04092 min-1,表观活化能为61.40 kJ·mol-1;碱式碳酸镁结晶反应属于棒状晶体的一维结晶过程,晶体成核阶段的表观活化能为-63.69 kJ·mol-1,晶体生长阶段的表观活化能为32.04 kJ·mol-1;氨氮的吸附过程为准二级反应动力学,表观活化能为-55.56 kJ·mol-1
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