电解锰渣中可溶锰和硫酸铵回收工艺研究

摘要

在电解金属锰的生产中会产生大量的固体废渣。电解锰废渣一般采用填埋或者露天堆放的办法处置，这些废渣颗粒细小，并含有多种有害的重金属元素及氨氮物质，是潜在的环境污染源。根据电解锰渣的特点，通过洗涤回收其中的可溶锰和硫酸铵，在减轻对环境危害的同时，也实现了资源化再利用。本文研究了通过水洗提取电解锰渣中可溶锰和硫酸铵，并分别研究了沉淀法回收洗渣水中的可溶锰、吹脱法回收硫酸铵的工艺，此外，对蒸发浓缩洗渣水回收可溶锰和硫酸铵的工艺进行了初步的设计和经济核算，确定了工艺的可行性。主要包括以下几个方面的内容:
　　在水洗电解锰渣实验中，采用清水洗涤电解锰渣的方法，研究了不同液固比和洗涤时间对可溶锰和硫酸铵洗出率的影响。结果表明，在液固比为5∶1，洗涤时间为30min的条件下，可溶锰的洗出率为92.0％，硫酸铵的洗出率为90.9％。
　　在回收洗渣水可溶锰的实验研究中，使用生石灰为沉淀剂，并添加混凝剂强化沉淀效果。实验考察了生石灰用量、反应温度、助凝剂PAM浓度、反应时间和混凝剂PAS浓度等因素对可溶锰回收率的影响。在正交实验的基础上，利用单因素实验进一步优化沉淀条件。结果表明，在常温常压下反应，n（生石灰）∶n（可溶锰）为1.8，反应时间60min，混凝剂浓度15mg/L，助凝剂浓度0.2mg/L的条件下，可溶锰的回收率达到95％以上;且沉淀产物中锰含量达到18％左右。
　　采用吹脱法回收洗渣水中的硫酸铵，分别采用正交和单因素实验，考察了溶液pH值、反应温度、气体流量和反应时间等因素对硫酸铵脱除率的影响。结果表明，在溶液pH值为12，反应温度为80℃，反应时间40min，气体流量100L/h的条件下，硫酸铵的脱除率可以到达96.1％。
　　对蒸发浓缩洗渣水回收可溶锰和硫酸铵的工艺进行了初步的设计和经济核算。主要对搅拌装置、过滤装置和蒸发浓缩装置做了选型和计算。结果表明:按年产3万t电解金属锰的规模，配套洗涤电解锰渣并通过蒸发浓缩洗渣水回收可溶锰和硫酸铵的处理工艺，需成本投资1370万元，每年可回收可溶锰和硫酸铵分别达1965t和6147t，回收资源价值1154.8万元，年利润为393.4万元，由此可见，该方案实施工业化是可行的。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 研究现状

1．2．1 电解锰生产工艺

1．2．2 电解锰渣的来源

1．2．4 电解锰渣的危害

1．2．5 电解锰渣资源化利用现状

1．3 电解锰渣中可溶锰的回收工艺

1．3．1 物理法

1．3．2 化学法

1．3．3 生物法

1．4 电解锰渣中硫酸铵的回收工艺

1．4．1 蒸发法

1．4．2 沉淀法

1．4．3 吹脱汽提法

1．5 研究的内容和意义

第二章 实验材料及分析方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 分析方法

2．3．1 锰含量的分析方法

2．3．2 硫酸铵的分析方法

第三章 水洗电解锰渣实验研究

3．1 电解锰渣的特性研究

3．1．1 电解锰渣的基本物理性质

3．1．2 电解锰渣的物质形貌

3．1．3 电解锰渣的矿物组成

3．2 水洗电解锰渣实验

3．2．1 实验步骤

3．2．2 实验结果与讨论

3．3 洗涤残渣的物质形貌和矿物组成

3．4 本章小结

第四章 电解锰渣中可溶锰的回收实验研究

4．1 絮凝剂对沉淀速率的影响

4．1．1 絮凝沉淀原理

4．1．2 絮凝剂的选择

4．1．3 影响絮凝沉淀效果的因素分析

4．2 影响洗渣水中可溶锰回收的因素分析

4．2．1 实验步骤

4．2．2 实验结果与分析

4．2．3 反应沉淀物分析

4．3 本章小结

第五章 电解锰渣中硫酸铵的回收工艺研究

5．1 吹脱反应原理

5．2 生石灰用量与溶液pH值的关系

5．3 影响硫酸铵分解的因素分析

5．3．1 气体流量对硫酸铵分解速率的影响

5．3．2 溶液pH值对硫酸铵分解速率的影响

5．3．3 温度对硫酸铵分解速率的影响

5．4 吹脱法回收洗渣水中硫酸铵的实验研究

5．4．1 实验装置

5．4．2 实验步骤

5．4．3 实验结果与分析

5．5 本章小结

第六章 蒸发浓缩洗渣水回收可溶锰和硫酸铵工艺设计

6．1 工艺流程

6．2 物料衡算

6．2．1 物料衡算

6．2．2 水洗浸渣

6．3 搅拌设备的设计

6．3．1 搅拌器的种类和选择

6．3．2 搅拌器和搅拌容器的设计计算

6．3．3 搅拌器的传动装置

6．3．4 电机的选择

6．4 过滤设备的选用

6．4．1 过滤装置的种类和构造

6．4．2 压滤机的选择与计算

6．4．3 压滤泵的设计

6．5 蒸发装置的设计及选用

6．5．1 MVR蒸发器的工作原理及材质选择

6．5．2 MVR蒸发器工作流程介绍

6．5．3 MVR蒸发器的设计计算

6．6 经济核算

6．6．1 固定资产投资

6．6．2 生产成本

6．6．3 产值估算

6．6．4 利润

6．7 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文