染料废水吸附—焙烧—磁选法从富铁软锰矿渣中富集回收铁资源的工艺研究
作者单位：四川大学
学位级别：硕士
导师姓名：孙维义;陈博宇
授予年度：2021年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学]
摘 要：软锰矿渣是软锰矿湿法脱硫浸取锰资源后残留的固体废渣,是一种典型的含铁大宗矿渣。由于产量大,可利用价值较低,处理成本高等原因,目前矿渣的处理主要以堆存的方式为主,不仅是潜在的环境污染风险,同时也是对资源的浪费。染料是含有显色基团和极性基团的芳烃和杂环化合物,难以自然降解,排放到环境中的染料会影响水体的美观性、减弱水体的透明度和减少溶解氧含量,严重危害水生态和人类健康。目前处理染料废水的方法有很多,但吸附法被认为最简单有效的一种。本文将软锰矿渣和染料废水的特点相结合,基于矿渣有具有多孔结构和吸附能力的特性,以亚甲基蓝染料废水为目标污染物,利用软锰矿渣作为吸附剂进行染料废水的处理,然后利用被吸附的染料在无氧环境下还原磁化矿渣中的铁氧化物,最终通过磁选的方式富集软锰矿渣中的铁资源,实现废水处理和矿渣资源化的双赢目标。研究了软锰矿渣对亚甲基蓝废水的吸附特性。考察了投加量、p H值、时间、初始浓度和温度对亚甲基蓝吸附量和去除率的影响,并对吸附过程等温线、动力学、热力学进行了分析。结果分析表明在p H值为10.5,温度60℃,初始浓度320mg/L、投加量和吸附时间分别为8g/L和60min时吸附效果最佳,此时软锰矿渣对亚甲基蓝最大吸附量为24.36mg/g;吸附过程是单分子层吸附,Langmuir方程能更好地拟合实验数据结果;吸附热力学研究结果显示吸附过程中的?G值均为负值,而焓变?H大于0,说明了吸附过程是自发进行的,且为吸热反应;吸附动力学研究结果表明软锰矿渣对亚甲基蓝的吸附过程符合伪二级动力学,对应的表观活化能(E)和指前因子(A)分别为21.45k J/mol和547.91。研究了焙烧还原-磁选工艺对铁资源回收结果的影响。以Ca F为添加剂,考察亚甲基蓝吸附量、焙烧温度、焙烧时间、添加剂用量、磨矿时间、矿浆浓度、磁选磁场强度等影响因素对磁选结果的影响。结果表明最佳的工艺条件是:亚甲基蓝的吸附量为24.36mg/g、焙烧温度700℃、焙烧时间60min、还原剂添加量12%、液固比20ml/g、磨矿时间60min、磁选磁场强度3500GS。在此条件下,磁选物铁含量、精矿产率、铁回收率分别达到59.70%、22.69%、48.38%。研究了还原焙烧-磁选工艺中铁的物相转化机理。通过XRD、SEM、气相色谱、离子色谱、热重分析等表征手段,分析了还原焙烧过程矿物的物相变化规律、焙烧尾气的成分组成、铁硅分离情况和三种添加剂(Ca F、Na F、NaSO)的作用机理。结果发现三种添加剂都有助于还原反应的发生,硫酸钠在还原氛围下反应的生成为NaS能够置换出硅酸铁中铁从而生成无磁性的Fe S,并优先于FeO和Si O的反应,有利于铁矿物的还原和铁硅分离;Na F作用下能FeO的最佳还原温度相比直接还原时有降低;Ca F作用下,在低温时铁只以FeO的形式存在,而且添加Ca F后,在被还原后的矿渣中铁元素和硅元素出现了各自较为集中的区域,铁晶粒长大,并相互连接、聚拢,创造了铁、硅容易分离环境。三种添加剂对还原反应的促进的效果为Na FNaSOCa F,对铁硅分离的作用效果为Ca FNaSONa F。对尾气的分析结果表明,焙烧还原过程产生的尾气是以二氧化碳为主,同时还有少量硫氧化物和极少量氟、氯、氮氧化物或氢化物酸性尾气,能够被碱性溶液吸收。本文将染料废水处理与软锰矿渣中铁资源回收相结合,同步实现铁资源的回收与染料废水的无害化处理,提供了一条有机废弃物和含铁废渣资源化处理相结合的、以废治废的工艺路线。
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