电场强化电解锰渣脱氨氮的机理研究

电解锰渣的无害化处理和资源化利用是电解锰行业亟待解决的难题之一。电解锰渣中的氨氮复盐，在堆存过程中，随自然界降水淋浸逐渐溶出，形成含锰离子、氨氮等物质的渗滤液，造成环境污染。因此，转变电解锰渣中溶解度较低的氨氮复盐矿相，缩短氨氮浸出周期，并对其进行无害化处理，具有重要现实意义。针对电解锰渣理化特性，探究氨氮快速浸出和有效去除的方法，本研究取得了五个方面的突破性进展。 （1）系统研究电场作用对电解锰渣理化特性的影响。找到了电解锰渣中溶出缓慢的氨氮复盐矿相，提出采用电场作用促进复盐溶出，且研究了电场作用对电解锰渣的化学组分、矿相、热稳定性、比表面积、粒径大小、形貌特征、渗透特性的影响。 （2）首次发现电解锰渣中共存物种对电化学氧化法去除电解锰渣中氨氮的影响，并研究了共存物种的影响机理。 （3）采用电化学法联合锰离子固化法去除电解锰渣中氨氮，以消除该过程中共存物种的抑制作用。对固化机理进行分析，固化后的电解锰渣中重金属含量以及电化学法氧化后氨氮含量均达到国家安全排放标准。 （4）首次采用CO2回收电解锰渣中氨氮与固定锰的研究。电解锰渣中的锰离子与碳酸根结合生成碳酸锰得以固化，同时氨氮以铵盐的形式回收，可实现锰渣中氨氮的资源化利用。 （5）首次采用脉冲电化学氧化处理电解锰渣渗滤液中低浓度氨氮。脉冲电解可减少氯离子添加量，降低能耗，并研究了脉冲电化学氧化处理电解锰渣渗滤液中低浓度氨氮的动力学，为电化学氧化法处理电解锰渣渗滤液中氨氮提供了新思路。 通过项目研究，发表SCI论文9篇，其中作为通讯作者1篇，申请国家专利4项。参加国内学术会议28人次，口头报告4人次。申请重庆市121科技支撑示范工程2项，国土房管科技计划项目3项。另外多项技术在中信大锰、重庆秀山武陵锰业以及攀钢等企业得到工程应用，经济效益显著。 2100433B

电解锰渣的无害化处理和资源化利用是电解锰行业亟待解决的难题之一。电解锰渣中可溶性的锰和氨氮可通过湿法浸渣回收，但复盐矿相的锰和氨氮溶出缓慢。促进复盐矿相转变，改善电解锰渣渗流特性，缩短浸出周期，降低共存物种及物相对氨氮脱除过程的抑制，是电解锰渣脱除氨氮的关键。项目提出电场强化浸渣与电化学氧化脱氨氮相结合的新思路，探索电解锰渣中氨氮高效去除的新方法。系统分析电解锰渣湿法浸渣前后的化学组份、zeta电位、渗流特性和浸出特性等变化行为和规律，明确电解锰渣中溶出缓慢的氨氮复盐矿相以及影响氨氮溶出的共存物种，探索电场作用对电解锰渣中氨氮浸出过程的强化机制，研究氨氮共存物种及物相对电极表面过程和电化学氧化过程等的影响行为，建立电解锰渣中氨氮电化学氧化的动力学模型。研究成果将为电解锰渣中氨氮的有效去除提供理论与技术支持。

电解锰企业在为当地带来GDP增长的同时也带来了严重的环境污染问题，而电解锰渣渣场堆存的废弃物对环境造成的危害也是多方面的，给环境带来的危害表现为：

（1）解锰渣是通过多次压滤而产生的废渣，是极其微小的颗粒。且锰渣经过大量除杂后仍含有铁的氢氧化物胶体，这些胶体使得电解锰渣中的水分很难彻底压滤，这也是电解锰渣含水率高的一个原因。残余的可溶性重金属离子主要包括含氨氮、锰、汞、砷等，它们会通过水循环进入土壤进一步进入生物圈后危害人类。

（2）氮、氨及硫酸盐超标。对某电解锰企业附近的地表、地下水以及河底沉积物进行抽样检测，数据显示，其中的氮、氨、硫酸盐等含量均超标，造成严重的水污染 。2100433B

第一部分总论

第一章电解锰概述

第一节锰

一、锰元素

二、锰的用途

三、锰矿资源分布现状

第二节电解锰

一、电解锰的性质

二、电解锰行业发展现状

三、电解锰的生产工艺与原理

第三节电解锰生产过程中的环境影响

一、主要污染物

二、固体废物的种类、性质与处理措施

第二章电解锰渣的性质、危害及处理现状

第一节电解锰渣的物化性质

一、电解锰渣的物理性质

二、电解锰渣的化学性质

第二节电解锰渣的危害

一、占用大量土地资源

二、地质灾害

三、污染水体

四、破坏周边生态平衡

五、对人体健康产生不良影响

六、引发社会矛盾

第三节电解锰渣处理处置现状

一、电解锰渣的处理现状

二、电解锰渣的资源化利用现状

第二部分电解锰渣填埋处置

第三章电解锰渣填埋处置技术

第一节电解锰渣填埋技术概论

一、填埋处置分类

二、填埋处置的基本概念

三、填埋场的建设程序

第二节锰渣填埋场的选址

一、选址原则

二、选址流程

三、环境影响评价

四、环境风险分析

五、GIS系统的应用

第三节安全填埋场的总体设计

一、初步设计

二、规划布局

三、填埋区构造及填埋方式

四、填埋场容量

五、防洪与雨污分流

六、环境监测设施

七、地底基础

八、基础设施

九、终场规划

第四节安全填埋场防渗系统

一、防渗衬层材料分析

二、水平防渗系统的构成

三、可靠性

四、防渗层设计

五、防渗层施工

六、水平防渗经济指标

七、垂直防渗系统

八、垂直防渗经济指标

九、防渗系统的渗漏检测

第五节锰渣填埋场渗滤液的产生与处理

一、渗滤液的产生及其影响因素

二、渗滤液产生量的计算

三、渗滤液的迁移

四、渗滤液的组成

五、渗滤液的管理

第六节环境监测

一、渗滤液的水质监测

二、地下水的环境监测

三、地表水环境监测

四、土壤环境监测

第七节填埋场操作

一、填埋作业程序

二、废物填入操作

三、填埋作业中的安全与环境保护

第八节终场覆盖与封场

一、终场覆盖材料选择

二、终场覆盖设计

三、日覆盖、中间覆盖和最终覆盖

第九节电解锰渣填埋场建设管理要求

一、通用管理要求

二、不同堆存方式的相应管理要求

第十节锰渣填埋处置工程实例

第三部分电解锰渣资源化利用

第四章电解锰渣稳定化技术与工程

第一节电解锰渣稳定化技术

一、技术原理

二、小试研究

三、工艺研究与设备研发

四、工业化试验

第二节电解锰渣稳定化技术工程

一、主要原材料

二、主要设备

三、工艺路线

四、工艺参数

五、工程方案

六、工程投资预算

七、工程实施效果

第五章电解锰渣制备灰砂蒸压砖技术与工程

第一节灰砂蒸压砖

一、灰砂蒸压砖概念

二、灰砂蒸压砖技术原理

三、灰砂蒸压砖性能

第二节电解锰渣制备灰砂蒸压砖技术

一、技术难点

二、技术关键环节

三、电解锰渣制备灰砂蒸压砖技术研究

第三节电解锰渣制备灰砂蒸压砖工程

一、市场需求

二、主要原料及配比

三、产品方案

四、生产工艺

五、主体设备选择

六、工程方案

七、经济分析

八、质量及环境安全性

九、推广前景

第六章其他电解锰渣资源化利用技术

第一节电解锰渣中可溶性锰的回收利用

一、化学法回收电解锰渣中的锰

二、生物法回收电解锰渣中的锰

第二节利用电解锰渣制备锰肥

一、工艺原理

二、锰肥的性质及特点

三、锰肥的应用试验

第三节电解锰渣制备水泥

一、生产原理

二、工艺流程

三、锰渣水泥的性质及特点

四、锰渣水泥的应用实例

第四节电解锰制备混凝土

一、原料与工艺

二、电解锰渣制备加气混凝土性能

第七章电解锰渣资源化利用处置管理

第一节通用管理要求

第二节资源化利用技术的相应管理要求

参考文献 2100433B

电解锰渣的污染已成为制约电解锰行业发展的主要因素，该书在介绍电解锰渣的来源、性质、危害及国内外处理处置现状的基础上，系统地介绍了电解锰渣填埋处置技术、电解锰渣稳定化技术、电解锰渣制备灰砂蒸压砖技术等技术与工程案例，并简要介绍了其他资源化利用技术特点及应用情况。最后提出了电解锰渣在处理处置过程中应实施的一系列环境管理要求。书中介绍的技术可为电解锰渣的处理处置提供参考与借鉴。