电解锰渣碳酸钠焙烧硅活化机理研究

发布时间：2020-04-20 00:37

【摘要】：电解锰渣(Electrolytic manganese residue,记为EMR,简称“锰渣”)是电解锰行业生产电解锰时产生的一种固体废渣,随着电解锰需求量的增加、锰矿品位的降低,我国锰渣总量已超过6000万t,每年新增1000万t。大多数企业将其直接长期露天堆放,不仅会浪费土地资源,也会严重污染周边环境。因此,对锰渣进行合理的资源化利用及减量化处理具有重要的现实意义。我国的耕地土壤缺有效硅面积已达50%以上,对土壤有效硅的需求量日益增加,仅靠土壤硅的自然风化作用及农作物桔梗还田等已无法维持土壤中有效硅的平衡。锰渣是一种重要的硅源,以其为原料对硅进行活化,不仅能解决有效硅资源严重不足问题,也是实现锰渣减量化处理的有效途径。本论文通过对锰渣钠盐焙烧硅活化条件及焙烧过程理论进行深入系统的研究,具体内容和结论如下:(1)锰渣基本性质研究通过对广西中信大锰的锰渣化学成分、矿物组分分析表明,EMR的元素组成为Si、Ca、S、Fe、Al、Mn等,其所对应的氧化态含量为:SiO_2(24.14%)、CaO(14.96%)、SO_3(27.58%)、Fe_2O_3(8.57%)、Al_2O_3(2.46%)、MnO(1.24%),有效硅仅为0.13%。Si主要赋存于石英、蔷薇辉石、铁辉石、正长石、透长石和白云母中,且石英多以单体矿物形式产出。(2)硅活化条件对比研究通过对比马弗炉焙烧活化、机械球磨及微波烧结炉焙烧活化三种不同活化方式对硅的活化效果,结果表明:单独的机械力只能减小物料颗粒的尺寸,增大其比表面积,对有效硅含量的提高不明显,只有在加入焙烧助剂的条件下,才能明显的提高EMR中有效硅含量。三种活化方式中,微波烧结炉焙烧活化效果最好。在机械球磨的前提下,其经响应面法优化后最佳焙烧工艺条件为:球磨时间为80min、焙烧温度为854℃、焙烧时间为43min、微波功率为2608W、EMR/Na_2CO_3=1/0.55,活化有效硅可达18.16%。(3)焙烧活化行为机理研究采用热力学计算软件对锰渣中加入助剂碳酸钠后,多种物质可发生的化学反应进行分析,确定了二氧化硅与碳酸钠的反应及生成硅酸盐的难易程度。根据钠盐焙烧EMR的焙烧动力学方程可得:化学反应控制的表观活化能为87.77kJ·mol~(-1),扩散控制的表观活化能为45.33 kJ·mol~(-1)。化学反应控制的活化能高于扩散控制的表观活化能,因此,化学反应控制为钠盐焙烧过程影响有效硅含量的主要控制步骤。XRD和FTIR分析结果表明,直接高温焙烧电解锰渣不能活化其中的硅,只有在焙烧助剂存在的条件下,锰渣中SiO_2才能转化为可溶性硅;利用SEM微观形貌分析表明,锰渣中主要是柱状、条状和不规则的物质,另有一部分不规则的颗粒状物质存在于其缝隙中,一些较小的颗粒黏着在一起,形成了堆砌的结构。经碳酸钠焙烧后的锰渣,其颗粒表层形成了无定形结构和多孔膨松体,这种结构可以增加土壤的透气性能,为电解锰渣作为土壤有效硅资源奠定了基础。
【图文】：

分布图,锰矿,分布图,锰矿资源

中南民族大学硕士学位论文第 1 章绪论1.1 锰矿的分布及锰渣的来源1.1.1 锰矿资源的分布世界锰矿资源非常丰富，据资料统计，至 2008 年底，世界锰矿石储量达 57.0亿 t。其中，南非的锰矿资源基础储量达 40.0 亿 t，位列第一；乌克兰紧随其后，，锰矿基础储量为 5.2 亿 t，分别占全球锰矿石储量的 77%和 10%。；印度占 3%、澳大利亚占 3%、中国和加蓬均占 2%，另外还有 1%分布在巴西，如图 1.1（a）所示。由此可见锰矿资源分布极度不均匀。

电解锰,产生过程

图 1.2 电解锰渣的产生过程Fig. 1.2 Production process of electrolytic manganese residue1.1.3 电解锰渣的危害每生产 1t 电解锰要排 7～9t 电解锰渣[1-2]。随着锰矿品味越来越低，电解逐年增长，且电解锰渣含有重金属等污染物，会对人体的健康及环境造成危
【学位授予单位】：中南民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X781.1

【参考文献】