锰渣性质的研究及无害化处理

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近年来,我国电解锰工业的发展迅速,电解锰渣的治理以及综合回收利用问题日益突出。目前由于经济、技术等原因,许多电解锰企业并未对电解锰渣做任何处理就将其直接堆放于渣场,长期堆积的锰渣会对周围环境造成严重污染。本文概述了电解锰工业的生产现状,以及电解锰废渣产生的原因,对环境存在的危害及其综合利用处理的研究现状。本实验所用的锰渣样品为重庆市秀山县具有代表性的锰渣,是用硫酸处理碳酸锰矿粉电解生产金属锰时遗留的一种含水率较高的工业废渣。本文借助X射线荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射(XRD)、原子吸收分光光度等现代测试方法,对该锰渣样品的基本理化性质进行了表征和分析,结果表明:新鲜的锰渣为黑色泥糊状粉体,其含水率为27.5%,密度为1.896g/cm3,电解锰渣的pH值在5.9左右,即锰渣呈酸性。锰渣中主要含有O、Si、S、Ca、Al、Fe、Mn、K、Mg、Na、Zn、Cr、P、Ni、Pb、Cd等元素。将其中主要的元素折算成氧化物的形式,则锰渣的主要化学成分为:二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铁(Fe2O3)、二氧化锰(MnO2)和三氧化硫(SO3)。锰渣中总锰的含量较高为3.86%,水溶性锰、碳酸锰和二氧化锰的含量分别为1.89%、1.49%、0.47%。锰渣粒径的分布主要集中在180μm以下,小于180μm颗粒占79.39%,小于147μm的颗粒占66.71%,属于颗粒较细的工业废渣。渣样品中含有的主要物相有CaSO42H2O、SiO2和MnCO3。锰渣浸出毒性实验结果表明:经蒸馏水浸泡的翻转振荡浸出液中锰离子的浓度为1812mg/L,高出污水排放标准(2.0mg/L)906倍。浸出液中Zn、Ni、Cd、Pb、Cr的浓度均未超出浸出毒性鉴别标准值的规定,但是都超出了污染物最高允许排放的浓度值。由于锰渣含水量大且本身呈酸性,锰渣中的重金属离子会溶出并随降雨迁移,若不加以治理将会对对环境造成危害。实验分析了不同浸取条件对锰浸出效果的影响,实验结果表明:浸取溶液的pH值对锰渣中锰的浸出存在显著的影响。浸出液中锰的浓度随浸取液pH值的减小而增大。液固比增大时,锰的浸出浓度减小,且开始时变化较快,随后变缓;但是随着液固比的增加,浸出液中锰离子的总量增加。温度升高,锰浸出浓度均呈上升趋势。浸取温度低于60℃时,锰浸出浓度上升较快,达到60℃后则变化减小。以硫酸和硝酸的摩尔比为5:1配成不同pH值的模拟酸雨进行淋溶实验,实验结果表明:随着酸雨pH值的降低,溶出Mn2+的浓度越高,淋溶初期,锰离子大量溶出;随着模拟酸雨淋溶量的增加,淋出液中锰离子浓度呈下降趋势,下降速度由快至慢,既可说明锰的基数在渐渐变小,又可说明了这种相对较低实则较高的锰离子溶出液浓度还会持续一段时间。淋溶液不同的pH值对锰渣中Mn2+溶出的影响明显,淋溶液的pH值越低越有利于Mn2+的溶出。根据锰渣性质的实验结果,本文研究了采用复合固化剂对锰渣进行无害化处理的化学方法。并通过对水泥固化体的初凝、终凝时间,抗压强度,浸出毒性和固化产物的X射线衍射分析产物的物相等方面进行分析。得出的结果表明:经过本文推荐的复合固化剂处理的锰渣的浸出毒性得到显著降低,其重金属含量可以低于固体废物毒性浸出标准的限值,因而能有效控制对周围环境的污染。
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