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文檔簡介
1、本課題將生物法與化學(xué)法相結(jié)合處理產(chǎn)量日益劇增的電解錳廢渣,并將其中所含的大量錳離子回收,力圖實現(xiàn)環(huán)境治理與經(jīng)濟發(fā)展的并重。研究利用生物法浸礦具有能選擇性提取物質(zhì)及環(huán)境友好、高效、成本低的優(yōu)點,采用已被馴化的耐錳真菌Fusarium sp。提取電解錳廢渣中的錳,最大浸取率達(dá)84%。在浸取錳離子的同時,廢渣中的少量Fe、Al等金屬離子亦被浸出,為得到較純的錳化合物產(chǎn)品,研究采用NaOH和HCl對浸濾液進行凈化,回收所得產(chǎn)品MnCl2的純度超
2、過77%。選用生物-化學(xué)的回收工藝是生物法和化學(xué)法在浸礦上優(yōu)缺點的互補,即用生物法彌補化學(xué)法回收貧錳礦中錳時具有的高耗能、二次污染嚴(yán)重及操作復(fù)雜等弱點,而用化學(xué)法可彌補微生物浸礦過程中對產(chǎn)品凈化難的弱點。
研究首先采用ESEM-EDS和XRD對電解錳廢渣的形態(tài)、成分等進行定性和半定量分析,為后續(xù)錳離子的回收工藝及機理探討提供基礎(chǔ)依據(jù)。研究結(jié)果表明,未經(jīng)微生物處理的電解錳廢渣表面光滑,內(nèi)含大量金屬及非金屬元素。在重金屬元素中
3、,錳元素含量最大,其化合物質(zhì)量百分含量約為總重金屬化合物含量的56.08%,其次是鋁、鐵,約占19.58%、16.74%。另外,廢渣中的錳元素主要以MnSO4·H2O的形態(tài)存在。
參照有關(guān)學(xué)者用Fusarium sp.浸取電解錳廢渣的最佳浸取條件,研究在浸濾液用量100 mL,接種量2 mL,溫度28~30℃,震蕩器轉(zhuǎn)速125 r/min,浸取時間47 h的條件下,錳離子浸出率達(dá)84%。為進一步探討耐錳菌Fusarium
4、sp.浸出錳離子的作用機制,研究對比分析了用Fusarium sp.與外加有機酸浸取后電解錳廢渣的表征及錳離子浸出率的變化,重點考察了在Fusarium sp.浸取條件下錳離子浸出率、pH以及部分有機酸含量變化的關(guān)系。在錳離子的浸出過程中,當(dāng)加入Fusarium sp.后,浸取后的電解錳廢渣表現(xiàn)出更為疏松多孔的物理特質(zhì),且在47 h內(nèi)錳離子浸出率上升至84%,比單獨加入不同有機酸浸取130 h后的最高浸出率高2.30倍;錳離子浸取率和有
5、機酸含量呈先增后降、pH呈先降后增的變化趨勢。同時,含量最多的琥珀酸和L-蘋果酸分別在浸出57 h和62 h后升至最高,分別為11.12 g/L和10.23 g/L,pH在29 h后降至最低(4.09)。此結(jié)果表明,F(xiàn)usarium sp.及其代謝產(chǎn)生的有機酸在錳離子的浸出過程中起重要的作用,利用Fusarium sp.浸出錳渣中錳離子具有效果好,周期短等優(yōu)點。但因電解錳廢渣致密緊實的物理特質(zhì),以及浸出體系中有機酸的產(chǎn)出與消耗、吸附與絡(luò)
6、合作用同時存在,錳離子浸出率與pH值、有機酸含量的變化不成單一的線性關(guān)系,且在浸出后期錳離子浸出率下降趨勢明顯,故浸取過程中必須同時考慮多因素對其浸出的聯(lián)合影響。
與酸浸錳渣所得浸濾液相比,耐錳真菌Fusarium sp.對金屬錳的選擇性吸附增大了浸濾液中錳離子的純度。為進一步提高錳化合物產(chǎn)品的純度,課題利用兩性金屬物質(zhì)在過量堿溶液中可溶及Mn2O3不溶于冷鹽酸的特性,僅采用極少量NaOH和稀HCl溶液凈化浸濾液,得到純度
7、為77-93%的硫酸錳產(chǎn)品(MnCl2)。此凈化工藝分兩步進行,第一步為除去Al等兩性金屬化合物的凈化階段,得到棕色Mn2O3固體物;第二步為除去Fe等非兩性金屬化合物的凈化階段,再在加熱的條件下用HCl還原Mn2O3得粉色MnCl2產(chǎn)品。
綜合生物提取和化學(xué)凈化工藝,研究得最終工藝流程,并將整個工藝分為四個階段,即電解錳廢渣中錳的生物提取階段、除去Al等兩性金屬化合物的凈化階段、除去Fe等非兩性金屬化合物的凈化階段和最終
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