【摘要】：金屬錳冶煉以及電鍍錳企業(yè)在操作過程會產(chǎn)生大量以硫酸錳為主鹽的重金屬廢水,加之近幾年來我國對錳礦需求的增大,處理回收高濃度硫酸錳廢液中的錳是目前漸趨必然的結(jié)果。結(jié)合離子交換膜電解法高效率、低能耗、環(huán)境友好型等特點(diǎn),采用新型膜電積技術(shù)-雙膜三室電解法同時(shí)回收高濃度硫酸錳廢液中金屬錳和微粒二氧化錳,使之資源回收利用,并減緩污水廠再處理的負(fù)擔(dān)。同時(shí),對傳統(tǒng)單膜雙室膜電積工藝的最優(yōu)工況下的效益與雙膜三室電解法的最優(yōu)工況下的效益進(jìn)行對比分析。對于雙膜三室電解法下的實(shí)驗(yàn)研究,單因素實(shí)驗(yàn)下得到的最優(yōu)工況為:在原廢液Mn~(2+)為30 g/L,極間距為65 mm,中隔室硫酸濃度為0.5%,并于陰極室投入0.03 g/L SeO_2(以Se計(jì))的條件、保持陰極pH顯中性下,采用不銹鋼板陰極和鈦基二氧化鉛陽極,使陰極電流密度為3.9 A·dm~(-2),陽極電流密度5.45 A·dm~(-2),陽極液硫酸濃度為1.5 mol/L,在溫度為30℃電解2h,并定時(shí)對陽極液作輕微攪拌。通過正交實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果為:各因素對槽電壓影響顯著程度為:陽極室c_(硫酸)溫度電流密度陽極材料;各因素與陰陽兩極電流效率影響顯著程度分別為:陰極:溫度陽極材料電流密度陽極室c_(硫酸);陽極:陽極材料陽極室c_(硫酸)溫度電流密度;各因素與陰陽兩極能耗影響顯著程度分別為:陰極:陽極室c_(硫酸)溫度陽極材料電流密度;陽極:陽極材料陽極室c_(硫酸)溫度電流密度。并且四種因素對陽極產(chǎn)品形貌影響較大,陽極材料和硫酸濃度對陰極產(chǎn)品形貌影響較小,電流密度和溫度對陰極產(chǎn)品形貌有著較大的影響。正交實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論和設(shè)置的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近,在此最優(yōu)條件下的槽電壓為7.6 V,陰極電流效率為62.4%,陽極電流效率為91.6%,陰極能耗為11882 kW·h/t,陽極能耗為5117 kW·h/t。相比之下,通過單因素得到的單膜雙室最優(yōu)工況為:在原廢液Mn~(2+)為30g/L,陰極選用Cr18%、Ni8%、Mo2%不銹鋼板,陽極選用過電位較高的鈦涂釕板,陰膜采用JAM-II型均相離子交換膜,陽極室加入適量的1%稀硫酸,設(shè)定陽極電流密度為6 A·dm~(-2),極間距為45 mm初始電解條件下,考察的四個(gè)因素優(yōu)化條件為調(diào)節(jié)陰極pH為7.4,并投入SeO_2添加劑0.03 g/L(以硒計(jì)),電流密度為400 A·dm~(-2),在35℃的槽溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:各因素對槽電壓的影響顯著程度:電流密度溫度陰極pH值陰極SeO_2投加量;各因素對電流效率的影響顯著程度:電流密度溫度陰極SeO_2投加量陰極pH值;各因素對能耗的影響顯著程度:電流密度陰極SeO_2投加量溫度陰極pH值。這基本和單因素實(shí)驗(yàn)下得到的最優(yōu)條件相吻合,最優(yōu)工況下的槽電壓為5.5V,電流效率為85.6%,能耗為6269 kW·h/t。最后,本論文進(jìn)行了兩種技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析。若處理回收已給定的原廢液,則雙膜三室每回收1t產(chǎn)品的電價(jià)略低于單膜雙室的消耗,且每個(gè)工作周期下的經(jīng)濟(jì)效益高于后者,硫酸回收的總收益基本持平。總體來說,雙膜三室電解新工藝下效益要優(yōu)于單膜雙室電解下經(jīng)濟(jì)效益。本論文通過大量的實(shí)驗(yàn)和分析論證雙膜三室電解下處理回收高濃度硫酸錳的可行性,但并沒有對其進(jìn)行深入研究,只是沿用單膜雙室,自己進(jìn)行再設(shè)計(jì),作出了兩種技術(shù)的效益對比分析,但針對傳統(tǒng)單膜雙室而言,此研究已然作了拋磚引玉,有望更多學(xué)者及科研組對以后膜電積工藝推動(dòng)革新。
【圖文】：

- 3 -圖 1.1 中國的錳礦資源分布圖縱觀我國錳礦類型、資源分布、地質(zhì)特征，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件有以下特點(diǎn)：一是分當(dāng)集中，我國錳礦資源分布較廣，全國有 23 個(gè)省市區(qū)擁有資源儲量，但分布主要于南方。電解錳生產(chǎn)企業(yè)主要分布在湖南、廣西、貴州、重慶和寧夏，五省的產(chǎn)能國會員單位總產(chǎn)能的 88%[7]；而屬于北方地區(qū)的只有遼寧、陜西、新疆 3 省區(qū)，約國查明資源儲量的 8.1%；而其中廣西和湖南兩省儲存最多，約占全國總量的 55.5%礦石類型以碳酸錳礦為主，組份復(fù)雜難選，我國錳礦礦石類型主要有三類，以碳酸石為主，氧化錳礦石次之，其它類型錳礦占查明資源儲量總量的 18.9%；三是礦床多為中、小型，我國 213 處錳礦區(qū)中，大型只有 7 處，這就難以充分利用現(xiàn)代化工術(shù)進(jìn)行開采�？梢�，，錳礦在我國的儲量并不樂觀，這將與日漸需求的未來不匹配。

雙膜三室高濃度硫酸錳廢液處理回收技術(shù)研究電解錳的消費(fèi)及產(chǎn)量情況電解錳近幾年產(chǎn)量變化回顧。表 1.3 2008～2016 年度電解錳產(chǎn)量 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2噸） 113.9 130.7 138.2 148 116 110 115-120 115-120 12016 年 1-11 月全國電解錳共出口 300770 噸，較去年同比上升 11.龐大的錳生產(chǎn)，我們不得不思考生產(chǎn)錳過程中所產(chǎn)生的大量廢水。產(chǎn) 1 t 電解錳就會產(chǎn)生工業(yè)廢水 150～450 m3，我國的電解錳工業(yè)排放總量仍顯得較高。而電解錳工業(yè)的廢水排放是不可避免的。傳統(tǒng)電解生產(chǎn)錳的工藝流程圖。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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