煤矸石还原酸性废水中Cr(Ⅵ)的机理分析

通过试验探讨了煤矸石与Cr(Ⅵ)反应的动力学行为以及作用机制。研究表明,煤矸石还原Cr(Ⅵ)的过程分为两个阶段:第一阶段为煤矸石中的菱铁矿和黄铁矿与氢离子作用生成Fe(Ⅱ)、S、H₂S,由于该阶段为固—液反应,反应速率与传质速率密切相关,在搅拌条件下反应速率常数为0.169 mg/(L·min),远大于静态条件下的反应速率常数0.048 mg/(L·min);第二阶段为Cr(Ⅵ)的还原,通过元素分析,结合红外和XRD表征,说明菱铁矿和黄铁矿中的铁和硫元素最终被Cr(Ⅵ)氧化成Fe（Ⅲ）和硫酸根,而Cr(Ⅵ)被还原成低毒性的Cr(Ⅲ)。菱铁矿和黄铁矿均是煤矸石常见成分,根据上述研究和分析,将煤矸石用于含Cr(Ⅵ)废水的处理,不仅提高了煤矸石的综合利用效率,同时为处理含Cr(Ⅵ)废水提供了低廉高效的方法。      

煤系黄铁矿氧化溶解地球化学动力学研究

对不同煤系的黄铁矿样品进行了氧化溶解动力学实验.研究表明，在模拟煤矿酸性水（pH≈2）的环境下，煤系黄铁矿的氧化速率随液相中Fe³⁺浓度的增加而增加，反应为Fe³⁺浓度的一级反应.温度对黄铁矿氧化反应速率有明显影响，温度每升高10 K，氧化速率平均增加约2倍.不同黄铁矿样品氧化溶解反应的活化能在50 kJ/mol以上，表明反应受表面反应的控制.不同来源煤系黄铁矿样品所含的杂质种类和含量不同，可能是造成其抗风化能力差异的重要因素，反映在其反应速率以及对温度的敏感程度，但反应机理基本一致.     

煤矸石原生菌溶磷效果分析及产酸性能优化

煤矸石是采煤和洗煤过程产生的固体废物，占用大量土地且严重污染环境，因此对煤矸石的综合处理和利用已刻不容缓。目前，利用微生物降解煤矸石制备矿物肥料是实现煤矸石减量化、无害化和资源化处理最具前景的技术之一。本文研究了煤矸石原生菌株嗜麦芽窄食单胞菌（SM1菌株）的解磷特性及其机制，优化了SM1菌株的产酸性能。利用高效液相色谱、X射线衍射仪（XRD）及X射线荧光光谱（XRF）分别对细菌代谢产物、溶磷前后矿渣物相组成及原矿化学组成进行分析，揭示了SM1菌株的解磷机理。正交试验结果表明，SM1菌株的最佳解磷条件为：煤矸石粒度为115μm,pH为9，菌液浓度为2.85×1012 CFU/mL，液固质量比6∶1，处理时长为4 d，在该条件下有效磷溶出量相对于单因素条件试验的最好结果可增加约19%。最优产酸条件体系温度30℃、pH=8、质量浓度8 g/L的蔗糖（碳源）、1 g/L的氯化铵（氮源）、0.3 g/L的氯化镁和0.3 g/L的磷酸二氢钾（无机盐）时体系中酸含量（以H+计）增加了0.014 mol/L。高效液相色谱结果表明代谢产物中含有大量有机酸，溶磷前后矿渣的XRD结果表明菌株溶解的含磷矿相为...     

CFB灰中Fe的浸出行为及动力学研究

以煤矸石电厂循环流化床灰(CFB灰)为原料,研究了CFB灰中Fe2O3酸浸出过程的影响因素及其酸浸出过程动力学。试验结果表明:盐酸浓度20.2%、酸浸温度110℃、酸浸时间1.0h、液固比为4∶1,Fe2O3的浸出率为91.74%。在一定时间内,CFB灰加热酸浸过程符合典型的反应核收缩模型。其反应动力学方程可用1-(1-α)1/3=k′t来描述,反应表观级数为0.999 2,反应活化能为42.063kJ/mol,过程速率为化学反应速率控制。     

SRB协同自燃煤矸石处理煤矿酸性废水试验

针对煤矿酸性废水中金属离子含量高、易造成环境污染等问题,采用自燃煤矸石、NaOH改性自燃煤矸石和SRB协同自燃煤矸石对煤矿酸性废水中SO42-、COD、Fe2+和Mn2+进行动态吸附试验研究。结果表明：3种处理方式对煤矿酸性废水中待测离子的处理效果为：SRB协同自燃煤矸石作用>NaOH改性自燃煤矸石>自燃煤矸石。其中,装有SRB协同自燃煤矸石的3号柱运行稳定后对煤矿酸性废水中SO42-、COD值、Fe2+和Mn2+的平均降低率分别为69.05%、72.06%、99.02%和38.29%。     

高温高压下硫铁矿还原Fe3+制备绿矾的研究

在高压釜中用硫铁矿还原硫铁矿烧渣与硫酸反应所得酸浸液中Fe3+,当酸浸液组成为c(Fe3+)=2.6525 mol/L、c(Fe2+)=0.1125 mol/L、c(H+)=1.2300 mol/L、反应温度为250℃、液固比为251、反应时间为30 min时,Fe3+还原率达到100%.酸浸液pH≤0时,产生灰色FeSO4·H2O沉淀物;酸浸液pH≥0.5时,有碱式盐Fe2(SO4)2(OH)·5H2O和复盐Na3Fe(SO4)3·H2O等沉淀物生成.该方法制备所得绿矾样品质量好于GB 10531-89优等品,并且具有工艺简单、反应速度快,还原率高等优点.     

粒径对煤矸石污染物溶解释放规律影响研究

为研究粒径对不同地区煤矸石污染组分溶解释放规律的影响,以山西省和辽宁省3个煤矿区的4种煤矸石为试验材料,通过静态浸泡试验,分析了不同粒径、不同浸出时间条件下4种煤矸石浸出液的pH,氧化还原电位(ORP),电导率,总硬度,Fe2+、Mn2+、SO24-浓度等指标变化。结合X-射线衍射和扫描电子显微镜检测,阐明不同地区煤矸石污染组分溶解释放的机制。结果表明:在粒径为0.18～0.25 mm时,4种煤矸石释放的污染物量均达到较大值。阜新海州地区自燃煤矸石和海州地区原煤矸石的浸出液p H呈碱性,阜新高德地区自燃煤矸石和山西某矿原煤矸石的浸出液p H呈酸性。阜新高德地区自燃煤矸石浸出液的总硬度和SO24-质量浓度分别为589、529 mg/L,山西某矿原煤矸石浸出液的Fe2+质量浓度为10.79 mg/L,阜新海州地区自燃煤矸石浸出液的Mn2+质量浓度为1.97 mg/L。煤矸石的表面存在孔隙、附着细小颗粒,且包含的沸石、黄铁矿、绿泥石、高岭石和磁铁矿等矿物容易溶解,向水中释放污染物。煤矸石粒径越小污染物越容易溶解释放;浸出0～3 d内污染物容易溶解释放,后期释放量趋于平稳。建议矿区施工时保持煤矸石的粒径大于0.18～0.25 mm,以减少煤矸石在堆积和填充复垦过程中向土壤和地下水释放污染离子。     

(NH4)2S2O8氧化载金黄铁矿规律及E-pH研究

采用基于硫酸根自由基(SO4-·)的高级氧化技术,将(NH₄)₂S₂O₈作为氧化剂氧化预处理黄铁矿。考察了(NH₄)₂S₂O₈和FeSO₄浓度、浸出温度、浸出时间对氧化浸出黄铁矿效果的影响。结果表明,采用热活化(NH₄)₂S₂O₈产生SO₄-·预处理黄铁矿,在(NH₄)₂S₂O₈浓度0.395 mol/L、浸出温度70 ℃、浸出时间8 h条件下,黄铁矿浸出率可达73.71%。通过动力学方程拟合,确定该体系浸出黄铁矿可采用收缩核动力学模型描述,浸出黄铁矿过程中反应速率的决定步骤为内扩散速率,其表观活化能为50.57 kJ/mol。通过绘制FeS₂-(NH₄)₂S₂O₈-H₂O体系E-pH图分析可知,常温下过硫酸盐溶液具有较高的氧化还原电位,理论上采用过硫酸盐氧化分解产生SO₄-·浸出黄铁矿具有可行性。     

巴彦乌拉铀矿地浸过程中溶浸液化学成分演化特征

地浸采铀是砂岩型铀矿的主要开采方法,酸性溶浸液与矿石反应后不仅铀被溶解,而且大量杂质离子也随之转入溶浸液中。本文以巴彦乌拉铀矿C12采区北部某抽注单元为研究对象,通过对其抽液孔浸出液化学成分监测,对溶浸液化学成分演化特征进行了系统研究。研究结果表明,溶浸液离子浓度增高是高酸溶浸液与含矿层矿物相互作用的结果,离子浓度演化经历上升、快速上升及相对稳定3个阶段,且酸度越高,浓度增高速率越快,矿物与硫酸反应的顺序大致为碳酸盐、黄铁矿（铁氧化物）、硅铝酸盐、钠长石、钾长石;相关阳离子浓度增长速率与SO42-浓度增长速率演化特征具有同步性,SO42-浓度超过12g/L时Ca2+浓度出现降低,表明CaSO4发生了沉淀。这些研究成果对于指示矿物溶解迁移的演化规律具有重要的理论意义与较高学术价值。     

黄铁矿生物氧化过程的阶段性

以氧化亚铁硫杆菌为实验菌株，研究了黄铁矿的Fe³⁺氧化和生物氧化过程中溶液铁离子浓度、pH值以及Eh值的变化。结果表明，Fe³⁺由于自身很快会被消耗，因而对黄铁矿的氧化速率较低；而在细菌的作用下，Fe²⁺可以不断被氧化成Fe³⁺，从而使黄铁矿的氧化速率明显加快，因此生物氧化具有更高的效率。基于间接作用机制，结合黄铁矿生物氧化过程中pH值及Eh值的变化规律，提出了黄铁矿生物氧化的阶段性特点，即将氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿的氧化过程分为黄铁矿无机氧化、Fe²⁺生物氧化和黄铁矿稳定生物氧化3个阶段。     

DDTC 体系中黄铁矿电极过程动力学的研究

在pH 值为11.4 的二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDTC)体系中, 采用循环伏安电位扫描、恒电位阶跃和计时电位法研究了黄铁矿的电极过程。循环伏安曲线表明, 当c(DDTC)=1 ×10^-4 mol/L 时, 电极电位大于0.2V(SHE)以后, 黄铁矿电极表面发生四乙基二硫化秋兰姆(TETD 或D₂)的电化学沉积并残留在电极表面;采用恒电位阶跃法可以确定反应电流密度(i)与反应时间(t)之间的关系式为i =(9.08 ×10^-5 +4.77 ×10^-3 t^0.5)^-1, 由此可以确定DDTC 在黄铁矿电极表面的扩散系数D为3.72 ×10^-6 cm²/s, TETD 在黄铁矿电极表面的吸附厚度可达1.63 个单分子层;计时电位法则确定了pH 为11.4 时, 吸附于黄铁矿电极表面的TETD 的电化学动力学方程为η=0.116-0.064 lg[1-(t/τ)^0.5], 电化学动力学参数确定为:交换电流密度i₀ =3.08 μA/cm², 反应电子数n=2, 反应传递系数α=0.462。电化学动力学方程和电化学动力学参数值表明吸附于黄铁矿电极表面的TETD 易于还原。     

离子液体[C16mim][NTf2]萃取H2SO4-NaClO3溶液体系中的Au(Ⅲ)

为了解咪唑型离子液体--1-十六烷基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺（［C16mim］［NTf₂］）-正戊醇体系对Au（Ⅲ）的萃取效果,研究了不同pH值、不同萃取剂浓度（［C16mim］［NTf₂］与正戊醇的质量体积比,g/L）、不同相比（离子液体相与浸金液相体积比VIL/Vaq,下同）对Au（Ⅲ）的萃取效果,并研究了［C16mim］［NTf₂］对Au（Ⅲ）的选择性萃取效果。结果表明：［C16mim］［NTf₂］对Au（Ⅲ）的萃取率随着pH值和相比的增大呈上升趋势;pH＜1.6时,Au（Ⅲ）的萃取率随萃取剂浓度的增加而增大;［C16mim］［NTf₂］对Au（Ⅲ）有明显的选择性萃取效果,在浸金液Au3+浓度为0.05 g/L,相比为1∶3,浸金液pH=1.6～2.0,［C16mim］［NTf₂］浓度为5 g/L,常温萃取时间为2 min情况下,Au（Ⅲ）萃取率可达90%以上, Au对于Al、Cu、Fe、Zn的选择性系数β分别为466、780、1 118和1 404。     

黄铁矿对煤自然氧化影响的实验研究

为了研究黄铁矿对煤自然氧化的影响,在煤中添加四类黄铁矿自然氧化产物,通过程序升温实验分析黄铁矿对煤自然氧化特性的影响。实验得到：不同浓度的Fe3+和Fe2+均降低了煤的三个特征点的温度,且随着浓度的升高,三个特征点的温度降低的越大。H+导致煤样在氧化过程中质量突变。Fe(OH)3对煤低温氧化具有抑制作用。对煤样进行FTIR测试,可得Fe3+和Fe2+对加速了煤中活性结构的氧化。H+对-OH、-CH2-的氧化具有促进作用。Fe(OH)3则对煤中活性基团的影响变化不大,对煤自然氧化起物理阻化作用。     

四川某含砷难处理金精矿细菌氧化—无氰提金试验

四川某高硫高砷金精矿中的金主要以银金矿的形式存在,主要载体矿物为黄铁矿和毒砂,金矿物以极微细粒包裹在硫化矿物中,常规碳浆法氰化浸金效果极不理想。为高效、低毒浸出该精矿中的金,以经驯化的Acidithiobacillus ferrooxidans和Leptospirillum ferrooxidans混合菌群为氧化预处理微生物,采用细菌氧化—无氰浸金工艺研究了浸矿条件。结果表明,对金品位为46.87 g/t、含砷8.56%、含硫15.08%的金精矿,在试样粒度为45~0μm、矿浆浓度为120 g/L、初始p H=2、Fe2+初始浓度为1.5 g/L、细菌接种量为20%情况下细菌氧化预处理12 d,再在无氰浸金新药剂用量为4 kg/t的情况下浸出4 h,金浸出率可达81.67%,高于常规碳浆法氰化浸金效率约60个百分点,浸金效果良好。     

攀钢钒渣钙化焙烧酸浸液沉钒试验

为了揭示攀钢钒渣钙化提钒工艺酸浸液直接沉钒的一般规律,确定合适沉钒工艺技术参数,以3种不同钒、磷浓度的酸浸液及其混合配制液为对象,研究了沉钒液钒磷浓度比、钒浓度、初始pH值对沉钒率和V₂O₅产品质量的影响。结果表明：①沉钒液钒磷浓度比升高,沉钒率上升、V₂O₅产品磷含量下降。②钙化工艺对沉钒液磷浓度的要求更宽松,在钒磷浓度比大于767、磷浓度小于0.042 g/L情况下的沉钒效果与钠化提钒工艺钒磷浓度比大于1 100、磷浓度小于0.015 g/L情况下的沉钒效果相当。③沉钒液钒浓度越低越不利于沉钒,适宜的沉钒初始浓度为32～40 g/L,当沉钒过程中上清液的pH >2.5时应采取二次补酸、加热、沉钒措施来提高沉钒效果。④对于钒磷浓度比≥767（磷浓度≤0.042 g/L）的沉钒液,在沉钒初始pH=2.0左右时,沉钒率达99.5%以上,V₂O₅产品的V₂O₅含量大于98.5%,磷含量低于0.016%。     

用水热法从硫铁矿烧渣制备氧化铁红

在硫铁矿烧渣与硫酸反应后的酸浸液中加入氨水,所得含Fe(OH)₃和Fe(OH)₂胶体的前驱物经水热反应可制备出氧化铁红。以广东某硫铁矿烧渣为原料,着重研究了采用该酸浸-水热法制备氧化铁红时酸浸后的适宜工艺条件,结果表明,在酸浸液总铁浓度为2.0 mol/L、水热反应温度为200 ℃、水热反应时间为0.5 h、酸浸液pH=8、酸浸液n(Fe²⁺)/n(Fe³⁺)=0.11时,可获得各项质量指标均达到国家标准一级品要求的氧化铁红产品,其主要物相为Fe₂O₃和FeO(OH),颗粒为大小均匀的假立方形,同时还可从水热反应产物的滤液中获得工业优等品硫酸铵。     

煤中苯硫酚型有机硫与O2反应机理

为研究煤中含硫活性基团在煤炭自燃过程中的影响,利用Gaussian03程序,采用密度泛函（DFT）方法,在B3LYP/6-311G水平下研究煤中苯硫酚型有机硫与O2的反应机理。结果表明,此反应主要有6条反应路径：Path 1～3生成产物SO2,Path 2的速控步骤反应能垒分别比Path 1和Path 3的反应能垒低85.79 kJ/mol和135.94 kJ/mol;Path 4～5生成产物SO,Path 4的速控步骤反应能垒比Path 5低142.46 kJ/mol,比Path 2的反应能垒低6.52 kJ/mol;Path 6的生成产物HSO的反应势垒为316.60 kJ/mol。因此,Path 4为主要反应路径,产物P2（C6H5OH+SO）为主要产物,SO2为次要产物,HSO为最难生成的产物。     

锌精矿氧压浸出过程伴生硫铁矿的转化行为

针对锌精矿氧压浸出过程伴生硫铁矿的氧化转化行为,以硫铁矿为研究对象,研究了不同初始硫酸浓度、温度、氧分压、矿物粒度、反应时间对硫铁矿氧压浸出行为的影响。研究表明：硫铁矿氧压浸出过程反应初期为耗酸反应,硫酸的消耗速率大于硫酸的生成速率,反应后期主要是元素硫氧化转化生成硫酸;反应初期浸出液中的铁主要为二价铁离子,反应后期发生铁离子的氧化,且在高温酸性溶液中三价铁离子可水解沉淀为赤铁矿和铁钒;硫铁矿中的硫元素在氧压浸出过程大部分转化为硫酸并以硫酸根的形式存在溶液中,而少部分以单质硫形式存在于浸出渣中,附着于浸出渣表面,形成包裹层。