污酸是重有色冶煉工業(yè)中重要污染源,具有含砷量高、毒性強(qiáng)和難處理的特點(diǎn),是含砷污染物的主要來源。由于缺乏經(jīng)濟(jì)和高效的污酸無害化或資源化處置技術(shù),現(xiàn)有污酸處置已經(jīng)成為限制重有色冶煉工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大環(huán)境問題。當(dāng)前常用的硫化法和石灰鐵鹽法污酸處置技術(shù),由于產(chǎn)生大量含砷廢渣、二次污染和后期維護(hù)成本高等問題,導(dǎo)致環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高和含砷危險(xiǎn)廢棄物處置成本高,成為重有色冶煉綠色發(fā)展的障礙之一�；诔羰[石(FeAsO_4·2H_2O)在固定砷元素上的優(yōu)勢(shì),以“零危廢”、“渣量小”和“低成本”為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合污酸自身的特性和鐵氧化物在除砷方面的天然優(yōu)勢(shì),我們提出了一種采用鐵氧化物作為原位鐵源的污酸高效除砷新技術(shù)。首先,通過實(shí)驗(yàn)探討不同鐵氧化物在不同反應(yīng)時(shí)間、pH值和鐵砷比的反應(yīng)條件下對(duì)污酸的處置效果,并尋找出最佳的原位鐵源的提供體。三種不同的鐵礦石(赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦)在污酸中都能溶解并釋放鐵離子合成臭蔥石晶體。結(jié)果顯示磁鐵礦(Fe_3O_4)在處置污酸合成臭蔥石的效率和穩(wěn)定性方面要比赤鐵礦(Fe_2O_3)和褐鐵礦(FeO(OH))更具優(yōu)勢(shì)。隨后,采用磁鐵礦作為污酸中除砷的固體鐵源。在常壓條件下,研究了磁鐵礦在不同預(yù)溶解時(shí)間、加熱反應(yīng)時(shí)間、pH值、鐵砷比和反應(yīng)溫度的條件下對(duì)污酸處置的影響規(guī)律,并探究合成臭蔥石的反應(yīng)機(jī)理。污酸中磁鐵礦在室溫預(yù)溶解中提供了初始鐵離子作為砷的起始沉淀劑,同時(shí)提供了適合于臭蔥石成核和生長(zhǎng)的pH范圍以及活性表面。之后,污酸中的砷離子以臭蔥石的形式沉淀,其由相互改善的循環(huán)驅(qū)動(dòng),該循環(huán)由砷沉淀和磁鐵礦顆粒表面上的磁鐵礦溶解組成。該循環(huán)是通過2Fe_3O_4+6H_3AsO_4+H_2O_2=6FeAsO_4+10H_2O的化學(xué)反應(yīng),并以固體磁鐵礦顆粒作為原位供鐵劑,在污酸中產(chǎn)生低過飽和度的鐵離子和恒定的pH值,來確保溶液中砷離子的連續(xù)沉淀,以及形成結(jié)晶良好且環(huán)境穩(wěn)定的臭蔥石晶體。在最佳條件下,包括6h的室溫預(yù)溶解,在反應(yīng)溫度90℃、pH為2.0、磁鐵礦用量為Fe_3O_4/As摩爾比1.33和加熱反應(yīng)時(shí)間為12h時(shí),針對(duì)初始砷濃度為10300mg/L的污酸,除砷率達(dá)到了99.90%。最后,本研究進(jìn)行不同性質(zhì)的污酸案例研究和前瞻性工藝探索證明該工藝具有良好的適用性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鐵氧化物具有從污酸中去除砷離子以及可大規(guī)模應(yīng)用的巨大潛力。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X758;TF811
【部分圖文】：

第一章緒論3計(jì)儲(chǔ)量不到36.2萬t，僅占全國(guó)總儲(chǔ)量的12.9%；而共生、伴生砷礦產(chǎn)的地塊達(dá)到了61處之多，占總儲(chǔ)量的243.6萬t，竟達(dá)到了總量的87.1%[5]。因此，這種不純的伴生砷礦組成了我國(guó)砷資源的主要部分。而在礦石的開采過程中，大部分的砷又被遺留在尾礦中。其中只有大約20%的砷進(jìn)入到冶煉廠當(dāng)中，其余的砷則被棄于選礦尾砂之中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有色冶煉行業(yè)中砷的總量達(dá)到6000噸，然而由于各種不利因素，最終能有效回收的砷不到總量的10%，65%左右的砷則以中間產(chǎn)物的形式堆存，其余的砷則已廢渣、廢水、廢氣的形式排出。這“三廢”若不妥善處置，會(huì)因自然環(huán)境中的雨淋風(fēng)化作用進(jìn)入到周圍的環(huán)境中，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的重金屬砷污染問題。1.1.3砷的危害圖1.1喀斯特（不同的顏色代表不同的地層）和中國(guó)大陸的砷礦石分布Fig.1.1Karst(differentcolorsrepresentdifferentstrata)andarsenicoredistributionontheChineseMainland在世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)中心公布的生活中易致癌物質(zhì)的列表中，因砷具有高致癌性，易致畸形和突變等特點(diǎn)被列為一類環(huán)境污染物[6]。通常，砷及其化合物通過在動(dòng)植物中積累，并以食物鏈的形式傳播，危害生態(tài)環(huán)境和人類。

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文14數(shù)達(dá)到了2.2±0.3。這也就是作者將As-O和Fe-O鍵分別形成四配位正四面體和六配位正八面體結(jié)構(gòu)的原因。由于這兩種模型主要區(qū)別在As-Fe鍵的配位數(shù)不同，所以它們的正確性還有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。圖1.2砷酸鐵的結(jié)構(gòu)模型[46]Fig.1.2StructuralmodelofferricarsenateModel-1presentedbyDemopoulosetal[47].Model-2presentedbyDutrizacetal[48].1.3.2研究現(xiàn)狀臭蔥石(FeAsO42H2O)是含砷污酸處理行業(yè)中去除砷的一種有吸引力介質(zhì)，因?yàn)樗哂休^高的As去除能力和較低的Fe需求，與鐵-砷共沉淀相比，每個(gè)廢棄物的含量較低。同時(shí)，因其穩(wěn)定性高、含砷量高、呈固態(tài)和含水量低等優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致臭蔥石是當(dāng)前世界上公認(rèn)的最佳固砷礦物[1,49]。作為最佳固砷產(chǎn)物的最主要參考依據(jù)是該物質(zhì)的溶度積和浸出穩(wěn)定性，因此評(píng)價(jià)臭蔥石這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具有重要的意義。當(dāng)前許多研究主要從兩個(gè)方面進(jìn)行[46]：一方面是采用熱力學(xué)計(jì)算、平衡實(shí)驗(yàn)和量熱技術(shù)加以確定臭蔥石的基本熱力學(xué)數(shù)據(jù)(如：生成自由能(△Gf)和溶度積(Ksp)等數(shù)據(jù))；另一方面，利用TCLP[50]或者類似的其他方法，測(cè)量在不同的條

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文24圖2.1銅冶煉污酸樣品圖Fig.2.1Thesamplefigureofcoppersmeltingwasteacid(2)不同鐵礦石本研究所采用的三種天然鐵礦石原料，來自于云南大紅山礦某礦業(yè)公司。為了更好地利用鐵礦石與污酸反應(yīng)生成臭蔥石沉淀，我們對(duì)其進(jìn)行破碎和研磨，并采用多孔篩篩分至100~200目的顆粒大校赤鐵礦又叫氧化鐵礦；晶體屬六方晶系的氧化物礦物；顏色通常呈紅褐色；其鐵元素以Fe2O3的形式存在，一般含鐵量為70%左右；它廣泛地分布在各種礦山巖石當(dāng)中的礦物之中，同時(shí)常常又會(huì)以細(xì)分散粒狀的形態(tài)出現(xiàn)在不同類型的火成巖中。特殊情況下，區(qū)域變質(zhì)巖中也會(huì)形成集合在一起的赤鐵礦巨大塊體，本研究所取赤鐵礦經(jīng)篩分后如圖2.2所示。圖2.2原料赤鐵礦Fig.2.2Rawhematite褐鐵礦又叫針鐵礦；成分主要為FeO(OH)nH2O，一般鐵含量在50%左右；通常，不是一種單獨(dú)的固體礦物，往往是以針鐵礦為主，其他含鐵氫氧化物為輔

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本文編號(hào)：2815511