電解錳渣無害化處理與資源化利用技術(shù)

一、項目研究背景

產(chǎn)生量大

我國電解錳技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，2017年生產(chǎn)能力達約188 萬噸/年，占全球總能力98%。每生產(chǎn)1噸電解錳產(chǎn)生大約6-10噸電解錳渣，隨著錳礦品質(zhì)的下降，電解錳渣產(chǎn)生比例逐步上升。僅貴州省銅仁市每年產(chǎn)生超過200萬噸錳渣。

污染大

電解錳渣多露天堆積在錳廠附近，離生產(chǎn)車間距離極近。且錳渣中含有大量氨氮、重金屬離子等污染源。電解錳渣的堆積消耗了大量的空間，造成了空氣污染，破壞了周圍的土壤，并污染了地下水的來源。

 

利用率低

電解錳渣具有潛在活性、潛在水硬性以及火山灰性，儲備量高，但由于其氨氮含量、重金屬離子濃度高，導(dǎo)致其利用率較低。目前電解錳渣無害化處理技術(shù)仍不完善，電解錳渣資源化利用水平有待提高。因此，研發(fā)電解錳渣無害化處理技術(shù)具有廣闊的市場前景。

二、課題研究背景

利用電化學(xué)氧化法去除電解錳渣中的氨氮。利用具有洗滌功能的隔膜壓濾機對電解錳渣水洗，獲得無害化錳渣。將錳渣與粉煤灰混合，配以火山灰顆粒、石屑等，制備免燒磚。

為實現(xiàn)電解錳渣的無害化利用，減小錳渣對環(huán)境的影響，應(yīng)該設(shè)計能夠?qū)㈦娊忮i渣中氨氮分離，重金屬離子固化的工藝；再考慮將電解錳渣及尾渣制備為建筑材料，例如路面基層材料。

三、項目的提出和意義

本技術(shù)項目研究在以往研究的基礎(chǔ)上, 對電解錳錳渣中的氨氮回收制備氨水（返回錳廠循環(huán)使用）后，協(xié)同多種固廢制備路面基層材料，不僅回收了錳渣中的有價資源（氨氮），實現(xiàn)了錳渣的“梯級”與“整體”利用，解決了電解錳渣大量堆積帶來的環(huán)境問題，而且擴寬了道路材料的選材來源，降低成本，具有重要的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。

四、項目單位

中循新科環(huán)保科技（北京）有限公司注冊時間2016年12月14日，注冊資金500萬元人民幣。公司有下屬品牌有工業(yè)固廢網(wǎng)。以“推動工業(yè)固危廢綜合利用產(chǎn)業(yè)進步和發(fā)展”為使命，以“優(yōu)質(zhì)、高效”的服務(wù)理念為指導(dǎo)，依托平臺的政產(chǎn)學(xué)研用資源優(yōu)勢，重點面向工業(yè)固廢領(lǐng)域，提供全產(chǎn)業(yè)鏈“一站式”解決方案。

合作實驗室

 

稀貴金屬綠色回收與提取北京市重點實驗室依托北京科技大學(xué)冶金工程學(xué)科，針對國家資源環(huán)境的重大需求和前沿科學(xué)問題。

實驗室現(xiàn)有固定研究人員（在編）28人，其中教授、研究員16人，副教授6人。包括“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授1名、國家“杰出青年基金”獲得者1名、國家級“百千萬人才工程”入選者2名、科技部創(chuàng)新領(lǐng)軍人才1人等。現(xiàn)在實驗室擁有50萬元以上設(shè)備25臺/套，總價值近2000萬元。

近三年來共承擔(dān)或完成國際合作項目8項，國家項目28項，省部級項目23項，企業(yè)課題60余項。其中國際合作經(jīng)費1154.2萬元，國家及省部級項目經(jīng)費共計經(jīng)費5280萬元。在國內(nèi)外權(quán)威期刊上發(fā)表SCI、EI檢索論文250余篇，獲授權(quán)國際專利4項、授權(quán)國內(nèi)專利65項。

五、研究內(nèi)容及方案

本項目研究選用貴州省銅仁市某錳企業(yè)電解錳渣，主要礦物組分為石膏，二氧化硅及硫酸錳，硫酸銨等。

表1 銅仁某企業(yè)產(chǎn)生的錳渣氧化物成分

 

（1）
添加劑與工藝對電解錳渣中氨氮回收率的影響

改變添加劑種類、摻雜量，控制液固比，調(diào)節(jié)系統(tǒng)pH值，在一定條件下攪拌。反應(yīng)式如下：

NH4++OH-→NH3↑+H2O

該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，促進反應(yīng)右移。錳渣中氨氮以氨氣的形式逸出，利用水來吸收尾氣，得到氨水。研究氨氮逸出率最高的配方及工藝。

 

（2）

電解錳渣中氨氮回收率的檢測與評價方法

碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反應(yīng)生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，其色度與氨氮含量成正比。將處理后的錳渣在酸性條件下浸出，使用納氏試劑分光光度計法檢測浸出液的氨氮含量，并推導(dǎo)電解錳渣的氨氣溢出率。

 

（3）

路面基層材料的制備與重金屬離子固結(jié)技術(shù)

將預(yù)處理后的物料與赤泥、粉煤灰等冶金渣混合，再加入適量的膠凝材料、骨料、水及添加劑等，攪拌均勻，成型養(yǎng)護，檢測最終產(chǎn)品的重金屬浸出毒性、強度、耐磨性等。根據(jù)檢測結(jié)果不斷調(diào)整配方，探究不同固結(jié)劑（優(yōu)先選擇冶金渣）及其摻量對重金屬離子固結(jié)的影響。

 

六、技術(shù)創(chuàng)新點

（1）獲得電解錳渣中氨氮回收的影響因素與控制方法，實現(xiàn)氨氮制備成氨水后返回錳廠循環(huán)使用。

（2）對電解錳渣中的氨氮回收制備氨水后，協(xié)同多種固廢制備路面基層材料，有效固結(jié)其中的重金屬，實現(xiàn)錳渣的“梯級”與“整體”利用。