CO2回收含錳廢水中錳的工藝設(shè)計(jì)及改進(jìn)

CO2回收含錳廢水中錳的工藝設(shè)計(jì)及改進(jìn)摘要：本論文主要論述了錳離子回收的研究現(xiàn)狀，針對目前利用各種方法中回收的錳的純度、產(chǎn)率不高及節(jié)省成本等問題，我們擬用CO2回收含錳廢水中的錳離子，通過改變其反應(yīng)條件，測定產(chǎn)品純度及回收率來確定最佳反應(yīng)條件。實(shí)驗(yàn)中以工業(yè)含錳廢水為原料，添加適量堿液（氫氧化鈉溶液或氨水）調(diào)節(jié)溶液PH值，通入二氧化碳來產(chǎn)生碳酸錳的沉淀，重點(diǎn)研究了pH值、反應(yīng)時(shí)間、CO2通氣量等因素對錳離子回收的影響。實(shí)驗(yàn)中采用高錳酸鉀法來測定沉淀中碳酸錳的純度及回收率，通過對比不同反應(yīng)條件下的碳酸錳的純度及回收率來確定最佳反應(yīng)條件。關(guān)鍵詞：含錳廢水；CO2；純度；回收Designandimprovementoftherecyclingmanganeseprocessinmanganese-containingwastewaterusingCO2Abstract：ThearticlemainlysummarizestheresearchstateofrecyclingofManganeseion.ButmanycurrentmethodsofrecyclingofManganesehavemanyissues，suchaspurityandyieldislowandthecostsavings.SoIproposedCO2torecycleManganeseionsinManganese-containingwastewater.Bychangingthereactionconditions，determiningtheproductofpurityandrecycleratetodeterminethebestreactioncondition.Duringmyexperiment，IwillmaketheindustrialManganese-containingwastewaterasrawmaterial，andaddappropriateamountoflye（SodiumhydroxideorAmmonia）tochangethereactedliquidofpH，andaddCarbondioxidetoproducetheprecipitationofManganeseCarbonate.TheeffectsofthepH，reactiontime，ventilationofCO2onresultsofreactionareresearched.Duringmyexperiment，IwilluseAmmoniumferroussulfatemethodtodeterminetheprecipitationofManganesecarbonate'spurityandrecovery.ThroughthecomparisonofpurityManganesecarbonateandrecoveryunderthedifferentreactionconditionstodeterminethebestreactioncondition.Keywords：Manganese-containingwastewater；CO2；Purity；Recycling1刖言電解金屬錳渣是在碳酸錳礦粉加入硫酸溶液生產(chǎn)電解金屬錳的過程中產(chǎn)生的過濾酸渣。目前我國電解金屬錳年產(chǎn)量占全球總量的98%，已經(jīng)成為全球最大的電解錳生產(chǎn)國、消費(fèi)國和出口國［2］。生產(chǎn)1噸的電解錳所排放的酸浸渣量達(dá)到7-9噸，近年來產(chǎn)能產(chǎn)量的大量增加，礦石品位的降低，提取工藝和壓濾工藝的限制，導(dǎo)致產(chǎn)生大量廢渣，電解錳渣外相關(guān)研究有很多，但是由于受到各種限制，工業(yè)化推廣困難。大量堆積的錳渣在長期風(fēng)化淋溶作用下，對周邊的土壤、地表水、地下水體系造成污染。錳渣是可循環(huán)利用的寶貴資源，國內(nèi)現(xiàn)有大量閑置錳渣對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成危害，尋求對錳渣的綜合資源化利用途徑迫在眉睫。目刖，對錳離子的回收方法有很多，我的研究內(nèi)容主要以工業(yè)含錳廢水為原料，添加適量堿液（氨水為主）來調(diào)節(jié)溶液pH值，通入二氧化碳?xì)怏w與之反應(yīng)來產(chǎn)生碳酸錳的沉淀。通過改變反應(yīng)液的pH值、反應(yīng)時(shí)間的長短、CO2通氣量的大小等因素來影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再用高錳酸鉀法［11］來測定沉淀中碳酸錳的純度及回收率，通過對比不同反應(yīng)條件下的碳酸錳的純度及回收率來確定最佳反應(yīng)條件。2實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器2.1.1實(shí)驗(yàn)試劑表2-1實(shí)驗(yàn)藥品名稱及生產(chǎn)廠商2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器表2-2實(shí)驗(yàn)儀器名稱及生產(chǎn)廠商2.2實(shí)驗(yàn)藥品的預(yù)處理2.2.1高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、標(biāo)定和濃度計(jì)算稱取6.6g高錳酸鉀固體溶于1000mL蒸餾水中，煮沸，冷卻后密封置于暗處數(shù)日，用玻璃砂芯漏斗過濾，濾液保存于棕色試劑瓶中。稱取于105-110°C干燥的草酸鈉固體0.2g（精確至0.0001）溶于50mL蒸餾水中，加比重為1.84的濃硫酸8mL，然后立即用配制的高錳酸鉀溶液滴定至終點(diǎn)，加熱至70-80°C，繼續(xù)滴定至試液呈微紅色，同時(shí)做空白試驗(yàn)。高錳酸鉀溶液的濃度按下面公式計(jì)算：C=2x1000xG/[（V-Vo）x5x134]（mol/L）式中，G-稱取草酸鈉的量（g）V-標(biāo)定時(shí)所用高錳酸鉀液的體積（mL）Vo-空白試驗(yàn)所用高錳酸鉀液的體積（mL）134-草酸鈉的摩爾質(zhì)量（g/mol）2.2.2氨水的配制準(zhǔn)確量取100mL濃氨水和300mL蒸餾水，混合溶解后裝瓶保存，留置備用。2.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.3.1碳酸錳沉淀的制備我們采用工業(yè)CO2從含錳廢水中回收錳離子得到碳酸錳沉淀，其實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理是：Mn2++2NH3-H2O+CO2=MnCO3￡+2NH4++H2O實(shí)驗(yàn)步驟為：準(zhǔn)確移取25.00mL工業(yè)廢水，再加75mL蒸餾水稀釋后倒入250mL的三口燒瓶中，開啟攪拌器，通入CO2和滴加氨水，反應(yīng)一段時(shí)間后進(jìn)行過濾、洗滌，然后在90-100C的干燥箱內(nèi)干燥4個(gè)小時(shí)，最后稱量產(chǎn)品質(zhì)量，保存并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過控制變量法對溶液pH值的大小、反應(yīng)時(shí)間的長短和CO2通氣流速的大小三個(gè)反應(yīng)條件進(jìn)行逐個(gè)控制，即只改變一個(gè)條件，其他條件不變，從而得到不同條件下的產(chǎn)物。2.3.2碳酸錳沉淀的檢測及結(jié)果計(jì)算我們采用高錳酸鉀法對得到的碳酸錳沉淀進(jìn)行純度分析，其檢測原理為：3MnSO4+2KMnO4+2H2O=5MnO2&+K2SO4+2H2SO4或6MnSO4+4KMnO4+5ZnSO4+14H2O=5[Zn（OH）2-2MnO2]&+2K2SO4+9H2SO4ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O采用減量準(zhǔn)確稱取碳酸錳沉淀0.0100g于500mL錐形瓶中，加200mL蒸餾水，再加1-2mL濃硫酸至沉淀完全溶解，再加入過量ZnO,加熱煮沸，趁熱以已標(biāo)定的高錳酸鉀液進(jìn)行滴定，當(dāng)上層清液呈淡紫色時(shí)終止滴定，記錄所用高錳酸鉀液的體積。結(jié)果計(jì)算：碳酸錳的實(shí)際質(zhì)量=3/2xcVx10-3x115（g）式中c-高錳酸鉀液的摩爾濃度（mol/L）V-滴定所用的高錳酸鉀液的體積（mL）3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論3.1溶液pH值對含錳廢水中錳回收效果的影響通過控制變量法，保證其他條件不變，只改變?nèi)芤旱膒H值。具體反應(yīng)條件:100mL含錳工業(yè)廢水（C（Mn2+）=3.7377g/L），CO2流速為1.5L/min（鋼瓶上流量計(jì)所示），NH3：H2O=1：3（體積比），反應(yīng)時(shí)間1h，室溫，敞開體系。得到如下數(shù)據(jù)（見表2）：表2溶液pH值對含錳廢水中錳回收效果的影響注：（1）溶液的pH值是通過精密pH試紙（6.4~8.0）測定通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比，我們發(fā)現(xiàn)隨著溶液pH值的增大，產(chǎn)品的回收率基本一致，說明反應(yīng)很完全，產(chǎn)品的純度是先增后減，當(dāng)pH值為7.2左右時(shí)，產(chǎn)品的純度及回收率均較好，故選擇pH值7.2為最佳值。3.2反應(yīng)時(shí)間對含錳廢水中錳回收效果的影響采用同樣的方法，只改變反應(yīng)時(shí)間的長短，其他條件不變。具體反應(yīng)條件為:25.00mL原廢液與75mL蒸餾水（理論上回收MnCO3的質(zhì)量為0.7754g），CO2流速為1.5L/min（鋼瓶上流量計(jì)所示），NH3：H2O=1：3（體積比），溶液pH（1）值為7.2左右，室溫，敞開體系，得到如下數(shù)據(jù)（見表3）：表3反應(yīng)時(shí)間對含錳廢水中錳回收效果的影響注：（1）溶液的pH值是也通過精密pH試紙（6.4~8.0）測定通過對沉淀質(zhì)量以及碳酸錳的純度考察，我們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)到15min后，反應(yīng)基本完全，隨著反應(yīng)時(shí)間的增大，沉淀量有少量的減少，這是因?yàn)檫^量的CO2與碳酸鈣、碳酸鎂反應(yīng)生成碳酸氫鈣與碳酸氫鎂溶解了。因此，結(jié)合產(chǎn)品的純度，我們確定最佳反應(yīng)時(shí)間為15min。3.3CO2通氣流速對含錳廢水中錳回收效果的影響在其他條件不變的前提下，只改變CO2的通氣流速，具體反應(yīng)條件為：25.00mL原廢液與75mL蒸餾水（理論上回收MnCO3的質(zhì)量為0.8264g），NH3：H2O=1：3（體積比），溶液pH（1）值為7.2左右，反應(yīng)時(shí)間為15min，室溫，敞開體系。得到如下數(shù)據(jù)（見表4）：表4CO2通氣流速對含錳廢水中錳回收效果的影響注：（1）溶液的pH值是通過PHS-3B精密pH計(jì)測定（2）CO2流速是通過皂膜流量計(jì)測定通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的觀察對比，我們發(fā)現(xiàn)隨著CO2流速的增大，產(chǎn)品的沉淀量基本一致，說明溶液中的錳離子基本反應(yīng)完全，產(chǎn)品的純度是先增后減，當(dāng)CO2流速在2.1-2.6L/min左右時(shí)，得到的產(chǎn)品純度最佳，故CO2的最佳通氣流速為2.1-2.6L/min。4.結(jié)論1、通過對溶液pH值、反應(yīng)時(shí)間、CO2通氣流速三個(gè)反應(yīng)條件的控制變量實(shí)驗(yàn)，考慮到產(chǎn)品純度、產(chǎn)率及成本效率問題，我們得出從含錳廢水中回收錳離子的最佳的反應(yīng)條件為：溶液pH值為7.2,反應(yīng)時(shí)間15min，CO2通氣流速為2.1-2.6L/min。2、在所確定的最佳實(shí)驗(yàn)條件下（二氧化碳?xì)怏w流速2.1-2.6L/min，反應(yīng)液pH值為7.2,反應(yīng)時(shí)間15min）經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)和放大實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，產(chǎn)品純度基本在86%左右，收率在88%以上，模擬實(shí)驗(yàn)純度在90%以上，與我們在最佳反應(yīng)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)是相符合的。參考文獻(xiàn)：段寧，周長波，杜兵，于秀玲等.電解錳廢渣中可溶性錳回收的方法[P].中國專利：201110001844.4,2011-01.朱國才，李賦屏.從低含量碳酸錳原礦中回收錳的方法[P].中國專利申請:200410069373.0,2004-06.鄧建成.利用廢錳礦浸渣中的硫酸錳生產(chǎn)碳酸錳的方法[P].中國專利申請:00113297.0，2000-02.朱國才.采用氯化銨焙燒法從氟碳鈰原礦回收碳酸稀土的方法[P].中國