电场强化电解锰渣脱氨氮的机理研究

Harmless treatment and ultilization of electrolytic metal manganese residue (EMMR) are crucial to electrolytic metal manganese industry. Soluble manganese and ammonia in EMMR can be reclaimed by wet leaching process. However, manganese and ammonia in double salt disolve slowly. Hence, destructing the object phaseis of double salt, improving seepage properties of EMMR, shortening leaching period and weakening inhibition of coexisting objects in removing ammonia are the keys for harmless treatment of EMMR. The project is focused on harmless treatment of EMMR based on electro-oxidation as well as electric field intensification. Comparative parameters of EMMR between pre- and post-treatment will be analyzed including chemical composition, phase composition, zeta potential, seepage properties and leaching performance. Double salt and coexisting objects affecting the leaching process of ammonia will be identified. Process intensification mechanisms will be comprehensively studied on the leaching procees. Kinetics and mechanmisms of harmless treatment of EMMR will also be investigated including adsorption and desorption on the electrodes, electro-oxidation, when ammonia and other objects coexist in EMMR. Kinetic model will be established on coupling of ammonia electro-oxidation process and electric field intensification. Research results can supply theoretical and technical guidance for removal ammonia in EMMR.

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。