双膜三室高浓度硫酸锰废液处理回收技术研究

发布时间：2020-04-08 15:56

【摘要】：金属锰冶炼以及电镀锰企业在操作过程会产生大量以硫酸锰为主盐的重金属废水,加之近几年来我国对锰矿需求的增大,处理回收高浓度硫酸锰废液中的锰是目前渐趋必然的结果。结合离子交换膜电解法高效率、低能耗、环境友好型等特点,采用新型膜电积技术-双膜三室电解法同时回收高浓度硫酸锰废液中金属锰和微粒二氧化锰,使之资源回收利用,并减缓污水厂再处理的负担。同时,对传统单膜双室膜电积工艺的最优工况下的效益与双膜三室电解法的最优工况下的效益进行对比分析。对于双膜三室电解法下的实验研究,单因素实验下得到的最优工况为:在原废液Mn~(2+)为30 g/L,极间距为65 mm,中隔室硫酸浓度为0.5%,并于阴极室投入0.03 g/L SeO_2(以Se计)的条件、保持阴极pH显中性下,采用不锈钢板阴极和钛基二氧化铅阳极,使阴极电流密度为3.9 A·dm~(-2),阳极电流密度5.45 A·dm~(-2),阳极液硫酸浓度为1.5 mol/L,在温度为30℃电解2h,并定时对阳极液作轻微搅拌。通过正交实验得到的结果为:各因素对槽电压影响显著程度为:阳极室c_(硫酸)温度电流密度阳极材料;各因素与阴阳两极电流效率影响显著程度分别为:阴极:温度阳极材料电流密度阳极室c_(硫酸);阳极:阳极材料阳极室c_(硫酸)温度电流密度;各因素与阴阳两极能耗影响显著程度分别为:阴极:阳极室c_(硫酸)温度阳极材料电流密度;阳极:阳极材料阳极室c_(硫酸)温度电流密度。并且四种因素对阳极产品形貌影响较大,阳极材料和硫酸浓度对阴极产品形貌影响较小,电流密度和温度对阴极产品形貌有着较大的影响。正交实验得到的结论和设置的单因素实验结果相近,在此最优条件下的槽电压为7.6 V,阴极电流效率为62.4%,阳极电流效率为91.6%,阴极能耗为11882 kW·h/t,阳极能耗为5117 kW·h/t。相比之下,通过单因素得到的单膜双室最优工况为:在原废液Mn~(2+)为30g/L,阴极选用Cr18%、Ni8%、Mo2%不锈钢板,阳极选用过电位较高的钛涂钌板,阴膜采用JAM-II型均相离子交换膜,阳极室加入适量的1%稀硫酸,设定阳极电流密度为6 A·dm~(-2),极间距为45 mm初始电解条件下,考察的四个因素优化条件为调节阴极pH为7.4,并投入SeO_2添加剂0.03 g/L(以硒计),电流密度为400 A·dm~(-2),在35℃的槽温下进行实验。正交实验结果表明:各因素对槽电压的影响显著程度:电流密度温度阴极pH值阴极SeO_2投加量;各因素对电流效率的影响显著程度:电流密度温度阴极SeO_2投加量阴极pH值;各因素对能耗的影响显著程度:电流密度阴极SeO_2投加量温度阴极pH值。这基本和单因素实验下得到的最优条件相吻合,最优工况下的槽电压为5.5V,电流效率为85.6%,能耗为6269 kW·h/t。最后,本论文进行了两种技术的经济效益分析。若处理回收已给定的原废液,则双膜三室每回收1t产品的电价略低于单膜双室的消耗,且每个工作周期下的经济效益高于后者,硫酸回收的总收益基本持平。总体来说,双膜三室电解新工艺下效益要优于单膜双室电解下经济效益。本论文通过大量的实验和分析论证双膜三室电解下处理回收高浓度硫酸锰的可行性,但并没有对其进行深入研究,只是沿用单膜双室,自己进行再设计,作出了两种技术的效益对比分析,但针对传统单膜双室而言,此研究已然作了抛砖引玉,有望更多学者及科研组对以后膜电积工艺推动革新。
【图文】：

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- 3 -图 1.1 中国的锰矿资源分布图纵观我国锰矿类型、资源分布、地质特征，以及技术经济条件有以下特点：一是分当集中，我国锰矿资源分布较广，全国有 23 个省市区拥有资源储量，但分布主要于南方。电解锰生产企业主要分布在湖南、广西、贵州、重庆和宁夏，五省的产能国会员单位总产能的 88%[7]；而属于北方地区的只有辽宁、陕西、新疆 3 省区，约国查明资源储量的 8.1%；而其中广西和湖南两省储存最多，约占全国总量的 55.5%矿石类型以碳酸锰矿为主，组份复杂难选，我国锰矿矿石类型主要有三类，以碳酸石为主，氧化锰矿石次之，其它类型锰矿占查明资源储量总量的 18.9%；三是矿床多为中、小型，我国 213 处锰矿区中，大型只有 7 处，这就难以充分利用现代化工术进行开采。可见，，锰矿在我国的储量并不乐观，这将与日渐需求的未来不匹配。

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双膜三室高浓度硫酸锰废液处理回收技术研究电解锰的消费及产量情况电解锰近几年产量变化回顾。表 1.3 2008～2016 年度电解锰产量 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2吨） 113.9 130.7 138.2 148 116 110 115-120 115-120 12016 年 1-11 月全国电解锰共出口 300770 吨，较去年同比上升 11.庞大的锰生产，我们不得不思考生产锰过程中所产生的大量废水。产 1 t 电解锰就会产生工业废水 150～450 m3，我国的电解锰工业排放总量仍显得较高。而电解锰工业的废水排放是不可避免的。传统电解生产锰的工艺流程图。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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