变频刚柔搅拌反应器强化锰矿浸出及除铁过程

传统锰矿浸出过程采用刚性搅拌反应器,存在矿粉悬浮效果差、锰矿利用率低、浸出液中铁含量较高的问题。本文采用变频刚柔搅拌反应器强化锰矿的浸出过程,实验对比分析了不同桨叶类型、搅拌桨操作方式和变频间隔时间对锰矿浸出效果、搅拌功耗的影响,同时分析了变频刚柔桨耦合空气射流在除铁过程的效果。结果表明,变频刚柔桨通过柔性钢丝绳对流体的扰动作用以及变频操作对稳定流场的更新作用,提高浸出液中Mn²⁺含量;同时,由于体系变频操作的频率变化,降低了搅拌功耗。相同功耗下,刚柔组合桨体系浸出液中Mn²⁺含量相对于刚性桨体系提高了10.8%;相同转速下,刚柔组合桨体系在浸出过程的功率消耗相对于刚性桨体系提升了25.4%。变频间隔时间为30min时,变频刚柔桨体系浸出液中Mn²⁺含量相对于刚柔组合桨体系降低了2.17%,但相应搅拌功耗降低了28%。调节体系pH后,采用变频刚柔桨耦合偏心空气射流操作,可有效降低浸出液中Fe²⁺含量。在通气60min后,浸出液中Fe²⁺浓度已至较低水平,低于0.15mg/L。     

微波-离子液体催化菜籽油制备生物柴油的研究

生物柴油作为生物质能源,以其较好的燃烧性质及可再生等优点,己在西方国家得到了广泛的研究及应用。实验采用菜籽油作为原料油、甲醇作为酯交换的小分子醇,在微波辐射和离子液体的催化作用下,高效、快速制备了生物柴油。研究了微波功率、微波辐射时间、离子液体的用量、催化剂NaOH的用量、醇油摩尔比等对生物柴油制备的影响。研究结果表明,微波和离子液体对生物柴油的制备有协同促进作用。离子液体具有催化与增溶的作用,能较好地消除醇-油间的界面接触,减小皂化现象,提高酯交换效率,而微波加热的热效应和非热效应能加快反应酯交换速率。菜籽油100 g,甲醇15.0 mL,微波频率2.45 GHz,微波功率800 W,温度65℃,微波辐射10 min,离子液体吡咪硼氟四1.5 g,NaOH 0.6 g,生物柴油的产率为84.6%。     

微波促进铬(Ⅲ)催化降解甲基橙的研究

重金属与难降解有机污染物形成复合污染物,一些重金属离子也能催化H2O2产生·OH。利用微波加热的热效应和非热效应,以甲基橙溶液为模拟偶氮染料废水,研究了微波功率、微波辐射时间、pH值、Cr（Ⅲ）和H2O2浓度等因素对甲基橙脱色率的影响。研究表明,Cr（Ⅲ）能与H2O2形成类Fenton试剂,产生·OH,在微波的促进作用下,矿化有机物的原理。1 000 mg.L^-1的甲基橙溶液,在H2O2浓度为12.0 mmol.L^-1、5 mmol.L^-1Cr^3＋溶液、pH=3、微波功率700 W下加热5 min,甲基橙脱色率达93%。     

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合

合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体混沌混合行为的影响。结果表明,与刚性搅拌桨相比,刚-柔组合桨的柔性端强化能量传递,流体流速衰减速率降低25%,有利于搅拌桨输入能量在流场结构内的有效分配。传统刚性六凹叶和六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体形成的流线结构具有明显的周期吸引子,其时均流场的分形维数分别为1.9046和1.9138。刚-柔组合六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线呈明显的准周期性吸引子性质,其流场分形维数为1.9337,而刚-柔组合六凹叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线具有典型的混沌吸引子性质,其流场分形维数为1.9545。刚-柔组合搅拌桨可改变流体流线的吸引子来调控流场的多尺度结构,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。     

无铵电解金属锰的进展研究

近年来我国电解金属锰生产技术在节能减排方面取得了明显的进步。在传统的水溶液体系中电解时需要加入氨水来调节浸出液pH,加入硫酸铵来增加合格液中锰离子的稳定性和溶液的导电性,这将导致含氨氮废渣和废水的产生,造成严重的环境污染。与传统的水溶液相比,以离子液体为电解质的电解体系显示出良好的应用前景,他具有更宽的电化学窗口,理论电流效率可达100%,并且体系中不加入氨水和硫酸铵,可以实现无铵电解工艺。综述了Mn及Mn合金在离子液体中电解的研究进展,并指出其未来的发展方向。     

不同堆存时间电解锰渣的理化特性分析

渣场堆存的电解锰渣中含有大量易迁移的锰和氨氮,极易污染周边环境。本文系统研究了不同堆存时间（3个月~10年）电解锰渣的pH、含水率、电导率、金属总量、浸出毒性和化学形态等理化特性,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）以及X射线光电子能谱（XPS）等分析手段,探察电解锰渣在不同堆存时间下的物相组成、微观形貌、表面电子价态等变化规律。研究结果表明,随着堆存时间增加,锰渣的pH、含水率和电导率下降,可溶性Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Se⁴⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N浓度降低,其中可交换态和碳酸盐结合态的Mn是Mn元素流失的主要形态。同时,堆存10年的电解锰渣仍存在较大的环境污染风险,其中电解锰渣中的Cu、Cr、Cd、Pb、Zn等金属总量远超广西土壤背景值,Se⁴⁺的浸出浓度是《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）中浓度限值的11倍,Mn²⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N的浸出浓度是《污水综合排放标准》（GB/T 8978—1996）一级标准限值的102倍和45倍。不同堆存时间的电解锰渣中锰和氨氮主要以(NH₄)(Mn,Ca,Mg)PO₄·H₂O、(NH₄)₂SO₄、MnSO₄·H₂O、MnCO₃、Mn₂O₃、MnO₂等物相存在,含铁物相主要包括FeS₂、FeOOH、Fe₃O₄和Fe₂O₃等,且电解锰渣中还含有Al₄(OH)₈(Si₄O₁₀)、Al₂Mg₄(OH)₁₂(CO₃)·3H₂O和KAl(SO₄)₂·12H₂O等黏土矿物。此外,随着堆存时间的增加,电解锰渣的平均孔径减小,块状、柱状和绒球形的电解锰渣颗粒交错包裹现象增加,同时Fe(OH)₃胶体颗粒也逐渐转变成FeOOH、Fe₂O₃等含铁物相。本研究成果为电解锰渣无害化处理与资源化利用提供了基础理论支持。     

电解锰渣的理化特性分析研究

电解锰渣是电解金属锰生产过程中产生的固体滤渣,含有锰化合物、铵盐等物质。随着电解锰行业的快速发展,电解锰渣引发了严重的环境问题。实验采用XRD、TGA-DTA和SEM等手段对电解锰渣中化学成分、物相组成和矿物形貌进行分析。结果表明:电解锰渣含有大量Si、Ca、S、Al、Fe组成的化合物,主要物相包括SiO2、FeS2、CaSO4及CaSO4·nH2O。矿物颗粒之间交错堆积,发现柱状晶体颗粒。锰渣中可溶性锰离子主要以(NH4)2Mn2(SO4)3化合物存在。     

Fe/Al双金属协助电解法处理氯丁橡胶生产废水

氯丁橡胶生产废水中含有氯丁二烯等大量有机物,其可生化性差且难以处理。为了寻找合理可行、效果较好的废水处理方法,采用电解法对废水进行处理,研究了加入Fe/Al双金属对电解法处理废水的作用,并考察了不同阴极材料、溶液初始pH和电解时间对废水COD去除率的影响以及对机理进行了分析。结果表明,加入Fe/Al双金属能够协助电解法对废水中的有机物进行降解,达到提高废水COD去除率和处理效率的作用。在铁电极为阴极、电流密度为0.5 A/cm-2、溶液初始pH=7.0、电解时间为60 min的较优条件下,Fe/Al双金属协助电解法处理废水的COD去除率为77.7%。废水处理过程中,有机物在阳极被逐级氧化分解成CO2、H2O等低分子物质和少量中间产物,其中的-Cl等基团在阴极和Fe/Al双金属表面被还原降解脱除。