生物—化學(xué)法回收電解錳廢渣中錳的工藝及機(jī)理探討.pdf

1、本課題將生物法與化學(xué)法相結(jié)合處理產(chǎn)量日益劇增的電解錳廢渣，并將其中所含的大量錳離子回收，力圖實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的并重。研究利用生物法浸礦具有能選擇性提取物質(zhì)及環(huán)境友好、高效、成本低的優(yōu)點(diǎn)，采用已被馴化的耐錳真菌Fusarium sp。提取電解錳廢渣中的錳，最大浸取率達(dá)84％。在浸取錳離子的同時(shí)，廢渣中的少量Fe、Al等金屬離子亦被浸出，為得到較純的錳化合物產(chǎn)品，研究采用NaOH和HCl對(duì)浸濾液進(jìn)行凈化，回收所得產(chǎn)品MnCl2的純度超

2、過(guò)77％。選用生物-化學(xué)的回收工藝是生物法和化學(xué)法在浸礦上優(yōu)缺點(diǎn)的互補(bǔ)，即用生物法彌補(bǔ)化學(xué)法回收貧錳礦中錳時(shí)具有的高耗能、二次污染嚴(yán)重及操作復(fù)雜等弱點(diǎn)，而用化學(xué)法可彌補(bǔ)微生物浸礦過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品凈化難的弱點(diǎn)。
　　 研究首先采用ESEM-EDS和XRD對(duì)電解錳廢渣的形態(tài)、成分等進(jìn)行定性和半定量分析，為后續(xù)錳離子的回收工藝及機(jī)理探討提供基礎(chǔ)依據(jù)。研究結(jié)果表明，未經(jīng)微生物處理的電解錳廢渣表面光滑，內(nèi)含大量金屬及非金屬元素。在重金屬元素中

3、，錳元素含量最大，其化合物質(zhì)量百分含量約為總重金屬化合物含量的56.08％，其次是鋁、鐵，約占19.58％、16.74％。另外，廢渣中的錳元素主要以MnSO4·H2O的形態(tài)存在。
　　 參照有關(guān)學(xué)者用Fusarium sp.浸取電解錳廢渣的最佳浸取條件，研究在浸濾液用量100 mL，接種量2 mL，溫度28～30℃，震蕩器轉(zhuǎn)速125 r/min，浸取時(shí)間47 h的條件下，錳離子浸出率達(dá)84％。為進(jìn)一步探討耐錳菌Fusarium

4、sp.浸出錳離子的作用機(jī)制，研究對(duì)比分析了用Fusarium sp.與外加有機(jī)酸浸取后電解錳廢渣的表征及錳離子浸出率的變化，重點(diǎn)考察了在Fusarium sp.浸取條件下錳離子浸出率、pH以及部分有機(jī)酸含量變化的關(guān)系。在錳離子的浸出過(guò)程中，當(dāng)加入Fusarium sp.后，浸取后的電解錳廢渣表現(xiàn)出更為疏松多孔的物理特質(zhì)，且在47 h內(nèi)錳離子浸出率上升至84％，比單獨(dú)加入不同有機(jī)酸浸取130 h后的最高浸出率高2.30倍；錳離子浸取率和有

5、機(jī)酸含量呈先增后降、pH呈先降后增的變化趨勢(shì)。同時(shí)，含量最多的琥珀酸和L-蘋果酸分別在浸出57 h和62 h后升至最高，分別為11.12 g/L和10.23 g/L，pH在29 h后降至最低(4.09)。此結(jié)果表明，F(xiàn)usarium sp.及其代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸在錳離子的浸出過(guò)程中起重要的作用，利用Fusarium sp.浸出錳渣中錳離子具有效果好，周期短等優(yōu)點(diǎn)。但因電解錳廢渣致密緊實(shí)的物理特質(zhì)，以及浸出體系中有機(jī)酸的產(chǎn)出與消耗、吸附與絡(luò)

6、合作用同時(shí)存在，錳離子浸出率與pH值、有機(jī)酸含量的變化不成單一的線性關(guān)系，且在浸出后期錳離子浸出率下降趨勢(shì)明顯，故浸取過(guò)程中必須同時(shí)考慮多因素對(duì)其浸出的聯(lián)合影響。
　　 與酸浸錳渣所得浸濾液相比，耐錳真菌Fusarium sp.對(duì)金屬錳的選擇性吸附增大了浸濾液中錳離子的純度。為進(jìn)一步提高錳化合物產(chǎn)品的純度，課題利用兩性金屬物質(zhì)在過(guò)量堿溶液中可溶及Mn2O3不溶于冷鹽酸的特性，僅采用極少量NaOH和稀HCl溶液凈化浸濾液，得到純度

7、為77-93％的硫酸錳產(chǎn)品(MnCl2)。此凈化工藝分兩步進(jìn)行，第一步為除去Al等兩性金屬化合物的凈化階段，得到棕色Mn2O3固體物；第二步為除去Fe等非兩性金屬化合物的凈化階段，再在加熱的條件下用HCl還原Mn2O3得粉色MnCl2產(chǎn)品。
　　 綜合生物提取和化學(xué)凈化工藝，研究得最終工藝流程，并將整個(gè)工藝分為四個(gè)階段，即電解錳廢渣中錳的生物提取階段、除去Al等兩性金屬化合物的凈化階段、除去Fe等非兩性金屬化合物的凈化階段和最終