多场耦合强化电解锰渣矿化及无害化的机理研究

Harmless treatment of electrolytic metal manganese residue (EMMR)and its resource ultilization are crucial to electrolytic metal manganese industry. There are plenty of transportable metal elements and ammonia nitrogen, which have potential danger to safety and environment. Hence, harmless treatment of EMMR is a emmergent research project. Fixation of metal ions and removal of ammonia nitrogen are the keys for harmless treatment and secondary ultilization of EMMR. The project is focused on harmless treatment of EMMR and its resource ultilzation based on mineralization and electrocatalysis as well as process intensification. Process intensification mechanisms will be comprehensively studied on mineralization and harmless treatment for EMMR. Nonequillibrium thermodynamics will be analyzed for metal mineraliztion fixation and electrocatalytic ammonia nitrogen removal.Nonlinear kinetics and mechanmisms will be investigated including air oxidation mineralization,CO2 carbonization mineralization and electro-catalytic oxidation ammonium removal under multifield coupling intensification by the fields of temperature, flow and electric. Comparative parameters of the EMMR sample between pretreatment and posttreatment will be analyzed including chemical composition, phase composition, zeta potential, magnetic index and leaching performance. Mathematic model and optimal operation mode will be established on multifield nonlinear coupling of EMMR mineralization and harmless treament process.Research results can supply theoretical guidance for EMMR harmless treament and reultilization, clean production of electrolytic metal manganese industry as well as CO2 discharge reduction.

电解锰渣无害化处置和资源化利用，是我国电解锰产业发展中急待解决的难题之一。电解锰渣中含有大量迁移能力强的重金属元素和氨氮，已成为重大的安全和环境隐患，探索电解锰渣无害化处置新途径是一极具现实意义的课题。金属离子固化和氨氮去除是电解锰渣无害化与资源化的核心。项目提出矿化和电催化相结合以及过程强化的新思路，探索电解锰渣无害化处置和资源化利用的新方法。系统研究锰渣矿化和无害化的强化方法，分析金属离子矿化固化和电催化脱氨氮的非平衡态热力学特性，探索温度场、流场、电场等多场耦合下空气氧化矿化、CO2碳化矿化及催化氧化脱氨氮的非线性动力学行为和机理，分析电解锰渣矿化和无害化前后的化学组成、物相组成、zeta电位、磁学特性和浸出稳定性等变化行为和规律，建立多场耦合强化电解锰渣矿化和无害化的非线性数理模型和优化的操作模式。研究成果将为电解锰渣无害化处置与资源化利用、电解锰清洁生产及CO2减排提供理论支持。

电解锰渣无害化处置和资源化利用，是我国电解锰产业发展中急待解决的难题之一。电解锰渣中含有大量迁移能力强的重金属元素和氨氮，已成为重大的安全和环境隐患，探索电解锰渣无害化处置新途径是一极具现实意义的课题。针对电解锰渣无害化处理方法，本研究取得了七个方面的研究进展：.（1）首次采用CO2矿化碳化电解锰渣。比较了碳酸盐和碱性试剂辅助作用下CO2对电解锰渣中可溶性锰碳化矿化的效果及作用机制，同时对CO2辅助电动力富集电解锰渣中的锰进行了研究。.（2）采用空气吹脱回收电解锰渣中氨氮和空气氧化矿化电解锰渣中可溶性锰。提出了空气-镁盐、磷酸盐-电氧化联合稳定固化电解锰渣中可溶性锰以及控制氨氮技术。.（3）首次采用电化学修复方法去除电解锰渣中锰与氨氮。锰渣中锰与氨氮是通过电迁移和电渗析去除，同时电解质和预处理剂直接影响电化学修复效果。.（4）首次采用磷酸盐、低品位氧化镁以及CaO稳定固化电解锰渣。对固化机理进行分析，固化后的电解锰渣中重金属达到国家安全排放标准。.（5）首次提出磷酸盐同时去除电解锰渣渗滤液中锰与氨氮。研究了锰渣中锰与氨氮去除机理和沉淀物热解行为，同时考察了沉淀物循环次数与物料成本之间的关系，为电解锰渣渗滤中高浓度的锰与氨氮去除提供了理论指导。.（6）首次提出电场强化电解锰渣中锰的二次浸出，研究了电场强化电解锰渣浸出机理。.（7）首次采用脉冲电催化氧化技术处理电解锰渣渗滤液中低浓度氨氮废水。揭示了锰离子对电催化氧化过程中抑制氨氮氧化的机制，为电解锰渣中氨氮的脱出提供了新的研究思路。 . 通过项目研究，发表SCI论文10篇，其中作为通讯作者7篇，授权发明专利4项。参加国内学术会议40人次，口头报告16人次。申请国家自然科学基金青年基金1项，重庆市121科技支撑示范工程1项。2014年获得重庆市科技进步一等奖。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。