用生物淋滤技术资源化处理不锈钢酸洗废渣

发布时间：2017-04-23 10:04

  本文关键词：用生物淋滤技术资源化处理不锈钢酸洗废渣，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在不锈钢工业生产过程中,由于目前采用的高温氧化工艺使不锈钢表面难以避免的会产生一层能阻碍其深度加工的致密氧化物。对于这种氧化物的有效去除,传统的处理工艺是酸洗工艺,因而会产生大量的主要含镍、铬和铁等金属离子酸洗废水。而针对这种酸洗废水,不锈钢生产企业通常会采用投加石灰、氢氧化钠等药品将镍、铬和铁等金属离子分步沉淀得以去除以达到废水的排放标准。然而,废水在被有效处理的同时,无法避免的会产生大量不锈钢酸洗废渣,这些废渣中的镍、铬和铁的含量远远高于酸性废水中的含量。在中国大大小小的不锈钢厂家不计其数,每年产生的酸洗废渣更是堆积如山,这些废渣属于危险废物,是国内外公认的难题。传统的处理工艺比较粗放,大都是使用工业硫酸或废酸对不锈钢酸洗废渣进行浸泡,将其中的重金属离子由固态变为离子态,然后回收利用,但是随着不锈钢钢厂生产工艺的改进,废渣中价值较高的金属含量越来越低,再使用传统的工业硫酸浸泡,成本非常高,基本没有收益,不但对设备要求高,而且工业硫酸在运输和使用的过程中都很容易发生危险。生物淋滤技术因耗酸量少、处理成本低、浸出率高,安全环保等优点引起了广泛关注。目前还没有利用生物淋滤技术资源化处理不锈钢废渣的文章。在本文中首次使用自养菌,以廉价的硫粉和黄铁矿为能源底物进行实验,通过改变实验条件,探究回收不锈钢酸洗废渣中镍和铬金属离子的最优化条件;在最优化条件下,对其机理进行说明并分析淋滤后余渣的潜在毒性,为生物淋滤技术的实际应用奠定基础。对实现不锈钢废渣无害化和资源化具有重大意义。研究表明用氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)、氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)和嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum),三种菌辅配对镍、铬和铁等离子有极强的耐受性,在淋滤期间始终保持良好的生长状况,对镍和铬离子的浸出发挥重要的作用。通过改变菌株类型、固液比、能源底物浓度、初始pH值和直接或间接接触多次循环淋滤等措施,确定生物淋滤不锈钢酸洗废渣的最优化条件是:混合菌株;固液比为6%;能源底物浓度是16g/L;初始pH值为1.0;循环次数20次。在最优化条件下,镍溶出率达到98.2%,铬的溶出率达75.7%,通过化学模拟实验,说明铬的溶出是间接机理-生物产生硫酸的酸溶作用,与淋滤体系的氧化还原作用以及微生物的直接接触并无关系;镍的溶出,是间接机理-酸溶和淋滤体系氧化还原共同作用的结果。生物浸出后的酸液含镍和铬的浓度可以达到8g/L和10g/L,经过膜浓缩一次可以达到含镍16g/L、含铬20g/L,最后经过萃取、电解工艺回收单质镍和单质铬。
【关键词】：不锈钢酸洗废渣 有价金属 有毒元素 回收 生物淋滤
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X757;X172
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 有色金属冶炼废渣的现状及其危害12-13
• 1.1.1 国内有色金属冶炼废渣的现状12-13
• 1.1.2 国内有色金属冶炼废渣的危害13
• 1.2 有色金属冶炼废渣常用的回收技术13-16
• 1.2.1 选冶技术13
• 1.2.2 火法冶炼技术13-14
• 1.2.3 湿法冶炼技术14-16
• 1.3 生物淋滤技术的应用16-21
• 1.3.1 国内外生物淋滤技术研究的现状16-17
• 1.3.2 生物淋滤菌株介绍17-18
• 1.3.3 生物淋滤的主要影响因素18-20
• 1.3.4 生物淋滤主要机理介绍20-21
• 1.4 研究目的与内容21-24
• 1.4.1 不锈钢酸洗废渣的来源及危害21-22
• 1.4.2 不锈钢酸洗废渣的传统处理工艺22
• 1.4.3 本课题研究可行性分析22-24
• 第2章 不同生物淋滤体系对金属溶出效率的影响24-36
• 2.1 实验仪器与试剂24-25
• 2.2 实验菌株与培养25-26
• 2.3 实验方法与内容26-28
• 2.3.1 不锈钢酸洗废渣的预处理26
• 2.3.2 单菌株：氧化硫硫杆菌处理不锈钢酸洗废渣26
• 2.3.3 单菌株：嗜铁钩端螺旋菌处理不锈钢酸洗废渣26-27
• 2.3.4 单菌株：氧化亚铁硫硫杆菌处理不锈钢酸洗废渣27
• 2.3.5 混合菌株处理不锈钢酸洗废渣27-28
• 2.4 实验结果与讨论28-35
• 2.4.1 氧化硫硫杆菌对金属离子浸出效能的影响28-29
• 2.4.2 嗜铁钩端螺旋菌对金属离子浸出效能的影响29-30
• 2.4.3 氧化亚铁硫硫杆菌对金属离子浸出效能的影响30-31
• 2.4.4 混合菌株对金属离子浸出效能的影响31-32
• 2.4.5 不同淋滤体系在淋滤过程中各参数的比较32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 生物淋滤处理不锈钢酸洗废渣的条件优化实验36-48
• 3.1 实验仪器与试剂36-37
• 3.2 实验菌株与培养基37
• 3.3 实验方法与内容37-40
• 3.3.1 不锈钢酸洗废渣的预处理37-38
• 3.3.2 不同固液比对目标金属浸出的影响实验38
• 3.3.3 不同能源底物比例对目标金属浸出的影响实验38
• 3.3.4 不同初始pH值对目标金属浸出的影响实验38-39
• 3.3.5 不接触间接淋滤对目标金属浸出的影响实验39
• 3.3.6 多次循环淋滤浸出目标金属离子实验39-40
• 3.4 实验结果与讨论40-47
• 3.4.1 不同固液比对目标金属浸出的影响实验40
• 3.4.2 不同能源底物比例对目标金属浸出的影响实验40-42
• 3.4.3 不同初始pH值对目标金属浸出的影响实验42-45
• 3.4.4 不接触间接淋滤对目标金属浸出的影响实验45-46
• 3.4.5 多次循环淋滤浸出目标金属离子实验46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 化学模拟金属离子的溶出机理48-52
• 4.1 实验仪器与试剂48-49
• 4.2 实验方法与内容49-50
• 4.2.1 不锈钢酸洗废渣的预处理49-50
• 4.2.2 化学模拟生物淋滤实验50
• 4.3 实验结果与讨论50-51
• 4.3.1 化学模拟生物淋滤实验50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 中试放大：工艺运行效果分析52-55
• 5.1 中试设备介绍52-53
• 5.2 第三方检测结果分析53-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第6章 浸出液中高价值金属离子的回收工艺55-58
• 6.1 污泥重金属资源化提取方案55-56
• 6.1.1 溶剂萃取技术55
• 6.1.2 旋流电解技术55-56
• 6.2 整体工艺流程图56
• 6.3 本章小结56-58
• 结论58-59
• 参考文献59-65
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单65-66
• 致谢66

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本文编号：322203