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随着我国电解金属锰行业的迅速发展,各电解锰生产企业产生了大量固体废弃物电解锰渣。受限于现今研究中治理成本过高、方式不合理等因素,电解锰渣普遍采用堆放填埋处理。该处理方法易对当地环境造成一定污染,从而威胁人体健康。虽在政府与企业的不懈努力下得到控制,但对土地资源的浪费与土地利用效益的降低,亦成为诱发人地矛盾的原因之一。因此,实现电解锰企业固体废弃物电解金属锰渣的安全堆存与无害化处理,促进锰渣资源化利用研究与工业化应用,推动矿区土地复垦,不仅关系到企业绿色发展,亦是对民生与经济的极大重视与保护。
本文旨在从建立节约化、高效化的处理模式出发,基于电动修复、有机络合与固化/稳定化等传统工业技术,针对现已堆存或新鲜产生的锰渣,分别开展了锰和氨氮转化、锰和氨氮回收与锰渣在建筑行业中再利用相关方法研究,主要结论如下。
①在太阳能电动修复电解锰渣初始过程中,固液两相中带电荷粒子在电化学作用下迁移,氯离子则迁移至阳极,基于DSA的催化氧化性能发生反应形成氯酸;而在氯酸的强氧化作用下,锰渣与渗滤液中具有失电子能力的Mn2+与NH4+反向迁移,转化为MnO2与N2;经电动修复后阴极产物浸出毒性中氨氮与锰浓度分别降低为1.93mg·L-1与4.84mg·L-1;同时,由于该体系采用太阳能板代替直流电源,锰渣渗滤液作为电解质,取消阴阳极间隔分区域设置,故相较传统电动修复,该模式更有利于节约能耗资源、简化工艺设置,更适于渣场电解锰渣作长期修复处理。
②针对电解锰企业正常生产过程中所产生的新鲜锰渣,其中仍含有质量分数为1.52%的氨氮与2.13%的锰,故可在锰渣置于渣场堆放进行修复前经有机络合剂作用进行锰和氨氮回收;所使用的三种络合剂对二者的回收能力为EDTA(Mn2+)>NTA(Mn2+)>CA(Mn2+),NTA(NH3-N)>EDTA(NH3-N)>CA(NH3-N);通过络合反应,促进锰渣中更多锰与铵根离子析出,并以络合或游离形式在液相中存在,从而提高锰和氨氮回收率至93.26%和22.24%。
③提出电解锰渣用于建筑材料制备以供自销与外销的资源化利用方案,发现锰渣与锰矿选冶废料分别替代少量水泥与部分混凝土用再生粗骨料协同处理,并经水泥固化制备为再生混凝土,在理论与实践上具有一定可行性:参照C40混凝土强度设计时,试件浸出毒性降低,达到无害化处理要求;但根据试件抗压强度变化发现,所得再生混凝土抗压强度随锰渣与选冶废料掺入量增大而减小;以电解锰渣替代2wt.%水泥、选冶废料替代20wt.%碎石时,试件7d抗压强度为31.40MPa,推算28d抗压强度为39.83MPa,接近设计指标要求。但电解锰渣在建筑材料领域中的高效利用方法仍需进一步探索。
以上研究结果可为电解锰渣的无害化处理与资源化利用提供理论指导与数据支撑,具有重要的学术意义与应用价值。
本文旨在从建立节约化、高效化的处理模式出发,基于电动修复、有机络合与固化/稳定化等传统工业技术,针对现已堆存或新鲜产生的锰渣,分别开展了锰和氨氮转化、锰和氨氮回收与锰渣在建筑行业中再利用相关方法研究,主要结论如下。
①在太阳能电动修复电解锰渣初始过程中,固液两相中带电荷粒子在电化学作用下迁移,氯离子则迁移至阳极,基于DSA的催化氧化性能发生反应形成氯酸;而在氯酸的强氧化作用下,锰渣与渗滤液中具有失电子能力的Mn2+与NH4+反向迁移,转化为MnO2与N2;经电动修复后阴极产物浸出毒性中氨氮与锰浓度分别降低为1.93mg·L-1与4.84mg·L-1;同时,由于该体系采用太阳能板代替直流电源,锰渣渗滤液作为电解质,取消阴阳极间隔分区域设置,故相较传统电动修复,该模式更有利于节约能耗资源、简化工艺设置,更适于渣场电解锰渣作长期修复处理。
②针对电解锰企业正常生产过程中所产生的新鲜锰渣,其中仍含有质量分数为1.52%的氨氮与2.13%的锰,故可在锰渣置于渣场堆放进行修复前经有机络合剂作用进行锰和氨氮回收;所使用的三种络合剂对二者的回收能力为EDTA(Mn2+)>NTA(Mn2+)>CA(Mn2+),NTA(NH3-N)>EDTA(NH3-N)>CA(NH3-N);通过络合反应,促进锰渣中更多锰与铵根离子析出,并以络合或游离形式在液相中存在,从而提高锰和氨氮回收率至93.26%和22.24%。
③提出电解锰渣用于建筑材料制备以供自销与外销的资源化利用方案,发现锰渣与锰矿选冶废料分别替代少量水泥与部分混凝土用再生粗骨料协同处理,并经水泥固化制备为再生混凝土,在理论与实践上具有一定可行性:参照C40混凝土强度设计时,试件浸出毒性降低,达到无害化处理要求;但根据试件抗压强度变化发现,所得再生混凝土抗压强度随锰渣与选冶废料掺入量增大而减小;以电解锰渣替代2wt.%水泥、选冶废料替代20wt.%碎石时,试件7d抗压强度为31.40MPa,推算28d抗压强度为39.83MPa,接近设计指标要求。但电解锰渣在建筑材料领域中的高效利用方法仍需进一步探索。
以上研究结果可为电解锰渣的无害化处理与资源化利用提供理论指导与数据支撑,具有重要的学术意义与应用价值。