市政污泥与铁尾矿协同磁化焙烧回收铁资源的研究

我国铁尾矿堆存量超1.00×10^(10)t,约50%为难选赤/褐铁矿,常规分选方法效率低、成本高。磁化焙烧是难选铁矿资源化最有效的技术,铁矿物高效磁化及杂质分离是关键难点。本研究利用市政污泥(含水率35%)与铁尾矿协同磁化焙烧技术,从典型含硫和多金属的难选铁尾矿中回收铁资源。最佳焙烧条件(焙烧温度800℃、焙烧时间30 min、市政污泥掺烧量15%)下,得到的铁精矿铁品位为63.11%,铁回收率为96.23%,铁精矿中的硫、磷、铝等杂质含量均达到GB/T 36704—2018铁精矿中C60的指标要求。本研究为铁尾矿的高效资源化提供了新思路。

水热腐殖化人工腐殖质的光谱和电化学特性研究

腐殖质(HS)是由动植物尸体分解和微生物缓慢转化而成的天然有机物质,其快速制备可通过生物质的水热处理实现,但人工腐殖质的光谱和电化学特性研究仍然不足。运用水热腐殖化法以玉米秸秆为原料制备人工胡敏酸(AHA)和富里酸(AFA)。通过光谱学和高分辨质谱分析了其化学结构和分子组成,并与土壤和泥炭中的胡敏酸和富里酸做了对比。利用电化学分析测定了HS的电子接受能力(EAC)和电子供给能力(EDC)。光谱和质谱结果揭示人工HS与天然HS在化学结构上高度一致,具有相同的主要化学基团,包括羟基、脂肪族、芳香族和羧酮基团。此外,人工和天然HS均较高的含有木质素/富羧酸的脂环结构、脂类和脂肪族/蛋白质,但人工HS具有较高的荧光指数和较低的芳香程度,富含类酪氨酸荧光组分。电化学结果表明,AHA的EAC为1.85mmol∙g^(-1),高于天然胡敏酸;其EDC为0.5mmol∙g^(-1),与天然胡敏酸相当。AFA的EAC为2.07 mmol∙g^(-1),低于天然富里酸,但EDC为0.66 mmol∙g^(-1),高于天然富里酸。相关性分析表明,木质素/富羧基脂环结构(CRAM)和脂质含量对电子转移能力有显著影响。类酪氨酸荧光成分、含氮有机化合物(CHON)与EDC分别呈正相关关系,而类腐殖质荧光组分、原子O/C值及双键当量(DBE)与EAC呈正相关关系。综上,人工腐殖质不仅表现出良好的电化学性能,提升了对人工腐殖质在模拟天然HS功能及其在地球化学电子转移过程中潜在应用的理解。

酸性矿山废水中多种有价金属的高效分离

酸性矿山废水(AMD)中多种有价金属的高效分离回收,是重金属减排和资源化利用的关键。文章通过中和沉淀实验和静态吸附实验探究回收有价金属的最佳沉淀和吸附pH,成功开发了中和沉淀—离子交换—中和沉淀组合工艺,并应用于大宝山AMD的处理。结果表明,AMD在pH为3.00和9.80中和沉淀时,分别沉获64%的Fe_(2)O_(3)富铁渣和51%的Mn O富锰渣。采用离子交换树脂分别在pH 3.95和6.10条件下对AMD中的Cu和Zn进行吸附,得到质量浓度为Cu^(2+)11~26 g/L,Zn^(2+)10~20 g/L的两种解吸液。通过该组合工艺,AMD中的各金属Fe、Cu、Zn和Mn的回收率分别为:96%、81%、70%和60%,实现了有价金属的高效分离回收。若采用此工艺回收大宝山2000 m^(3)/d的AMD中的铜、锌、锰硫酸盐,每年的利润为119万元,经济效益非常显著。此处理工艺为酸性矿山废水的高效资源化利用提供了新路径。

浸提法去除铁尾矿中重金属Pb、Zn、Cu、Cr和Ni的研究

本文以铁尾矿为研究对象,以草酸和EDTA-2Na作为浸提剂对铁尾矿中的Pb、Zn、Cu、Cr和Ni进行震荡浸提实验,研究不同浸提液浓度、液固比和震荡时间对重金属去除效果的影响,并对浸提前后重金属形态的变化进行分析,探讨了浸出含量与重金属形态的相关性。结果表明,Pb、Cu、Cr在草酸浓度分别为250、100、200 mmol/L时去除率达到最高,分别为19.9%、43.9%、4.2%;Zn和Ni在EDTA-2Na浓度分别为100、200 mmol/L时去除效果最好,去除率分别为33.2%和39.4%。草酸浸提过程中,Cu和Pb的去除率随震荡时间的增加逐渐提高,Zn、Ni和Cr的去除率在120 min后基本趋于稳定。EDTA-2Na对重金属的去除率随震荡时间的延长变化不大,当震荡时间为60 min时基本趋于稳定。当液固比为30∶1时,草酸和EDTA-2Na对重金属的去除效果相对较好。对草酸浸提前后重金属的形态进行分析,发现浸提不仅能够有效去除重金属的易迁移形态,还能使重金属形态发生迁移转化。相关性分析发现重金属浸出含量与可交换态和碳酸盐结合态的相关系数分别为0.930*和0.996**。浸提后铁尾矿中重金属的可交换态和碳酸盐结合态比例降低,残渣态、铁锰氧化物结合态和有机结合态比例增加,提高了铁尾矿在环境中的稳定性,降低了其污染环境的风险,为铁尾矿的无害化提供了新的思路和理论依据。

漫水河清远流域磷污染特征及富里酸对沉积物释磷的影响

探讨了漫水河清新区境内流域上覆水和沉积物中磷的空间分布特征,以及富里酸含量对沉积物释磷的影响。结果表明:5条农灌渠水体总磷质量浓度为0.87~2.83 mg·L^(−1),超过地表水环境质量标准Ⅴ类水浓度限值;沉积物样本取自12个采样点,测得总磷含量为593.35~2973.00 mg·kg^(−1),其中铁结合磷(Fe-P)占比最高,为19.54%~64.47%;沉积物各采样点生物有效磷分布差异较大,占总磷比例平均为57.73%,说明研究农灌渠的沉积物潜在释磷能力大。相关性分析结果表明,TP含量与Fe-P、闭蓄态磷(Oc-P)、自生磷(De-P)含量间呈显著正相关,表明外源磷输入是导致沉积物磷含量升高的主要原因。投加外源富里酸的模拟实验结果表明,富里酸浓度升高会提高沉积物对磷的吸附能力,进而促进Fe-P的形成。

氮掺杂生物炭去除水中六价铬的效果及机理

利用尿素、三聚氰胺、硝酸铵、氨气等氮化合物改性水稻秸秆和桉树叶、蚕茧、鸡粪、墨鱼汁等富氮生物质制备氮(自)掺杂生物炭用于去除水中六价铬(Cr(VI)),通过准/伪一级动力学模型考察了氮掺杂生物炭还原和吸附六价铬的动力学过程,并利用BET、FTIR、XPS等表征分析手段,探讨了氮掺杂改性对生物炭去除水中六价铬的影响及其作用机理.结果表明,氮掺杂能显著提高生物炭对Cr(VI)的去除能力,如尿素改性使得秸秆生物炭的Cr(VI)去除速率提高了5.9倍,达到0.102 h^(-1),而利用墨鱼汁制备的氮自掺杂生物炭对Cr(VI)的去除速率为0.412 h^(-1),较其他富氮生物质高约4~8倍.氮掺杂强化了生物炭对Cr(VI)的吸附和还原作用,通过增加生物炭表面氨基官能团作为活性吸附位点,在酸性条件下质子化形成带正电的—NH_(3)^(+),通过静电作用吸附Cr O_(4)^(2-),或直接通过络合作用吸附Cr^(3+);氨基具有还原性,能作为电子供体将Cr(VI)直接还原为Cr(III);氮掺杂还增强了生物炭的氧化还原介导能力,使生物炭能利用低分子有机酸作为电子供体介导还原Cr(VI),从而实现氮掺杂生物炭对水中六价铬的高效去除.本研究为改性生物炭在废水重金属治理中的应用提供了理论基础.

印染污泥与铁尾矿磁化焙烧回收铁资源

我国铁尾矿累计堆存量超1×10^(10)t,主要为难选的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等,由于脉石矿物组成复杂,重金属等有害杂质含量高,难以直接资源化利用。利用铁尾矿与印染污泥共同磁化焙烧,回收铁尾矿和印染污泥中铁资源,研究了焙烧温度、焙烧时间和印染污泥掺烧量对铁品位和铁回收率的影响及作用机制。最佳焙烧条件为,800℃、30 min、印染污泥掺烧量15%,对焙烧产物进行120 mT的湿法磁选,得到铁品位63.78%,回收率92.58%的铁精矿。铁尾矿中的针铁矿失水留下孔隙转化为赤铁矿,进而被还原为磁铁矿,其还原路径为FeO(OH)→Fe_(2)O_(3)→Fe_(3)O_(4)。SEM+MAPPING分析结果表明,磁化焙烧后赤铁矿和铝化合物的连生体被破坏,通过磁选可提升铁精矿品位及回收率。本研究可为印染污泥和铁尾矿的协同处理及资源化利用提供参考。

利用铁尾矿制备烧结砖的可行性及烧结固化机理

针对铁尾矿综合利用率低的问题,利用铁尾矿、粉煤灰、废玻璃制备烧结砖,以提高铁尾矿综合利用率。通过抗压强度、吸水率和重金属浸出3方面评价烧结砖的性能,确定最佳烧结工艺条件;并通过重金属形态分布、孔径分析、XRD和SEM探究烧结砖的固化机理。结果表明,在最佳条件烧结温度为1100℃、铁尾矿、粉煤灰、玻璃配为6∶2∶2的条件下,烧结砖的抗压强度为124 MPa,吸水率为4.6%。最佳条件下烧结砖的Cu、Pb、Zn重金属浸出浓度均低于标准阈值。当烧结温度从900℃上升到1200℃,Cu、Pb和Zn的残渣态占比均有所上升,孔容积从0.019 cm^(3)·g^(-1)下降到了0.001 cm^(3)·g^(-1),平均孔径从22.1 nm下降到了9.3 nm。物相分析结果表明,在烧结过程中,高岭石相和石英相的特征峰降低,莫来石相的特征峰升高。上述结果可以为铁尾矿制备烧结砖提供数据参考。

CaCl_(2)氯化焙烧分离铁尾矿中的重金属铅铜镉

为实现铁尾矿中铅(Pb)、铜(Cu)、镉(Cd)与铁(Fe)、铝(Al)、硅(Si)等氧化物的分离,以CaCl_(2)为氯化剂对铁尾矿进行氯化焙烧,探究焙烧温度和CaCl_(2)添加量对Pb、Cu和Cd挥发率的影响,并采用X射线荧光和X射线衍射等方法研究铁尾矿的基本特性和晶相结构。结果表明,足够的Cl含量是氯化焙烧挥发铁尾矿中Pb、Cd的保证,而Cu的挥发需要更高的温度和CaCl_(2)添加量。最佳氯化焙烧条件为温度1000℃、CaCl_(2)添加量为10%,此时Pb、Cd和Cu的挥发率分别为97.80%、96.57%和79.80%,焙烧渣的主要成分与铁尾矿相比变化不大。铁尾矿中的Ca、S和SiO_(2)经过氯化焙烧后以CaSO_(4)和Ca_(2)SiO_(4)形式残留在焙烧炉渣中,而Cl在焙烧渣中没有观察到。焙烧渣的重金属浸出浓度符合国家标准(GB 5085.3-2007)。

硫氮共掺杂碳基材料活化过一硫酸盐降解2,4-二氯苯酚的效能及机理

为了解决外源杂原子掺杂到碳基相催化剂过程中掺杂量低和分布不均的问题,本研究通过直接碳化聚吡咯(PPy)和聚噻吩(PTh)混合物制备得到硫氮共掺杂碳基催化材料(CPPy-PTh),并研究其活化过一硫酸盐(PMS)降解水中的2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的性能.结果表明,CPPy-PTh催化PMS可在30 min内降解99%的2,4-DCP.CPPy-PTh的高效催化能力主要是因为其表面被石墨化和氮、硫官能化,这使得PMS更容易在CPPy-PTh表面传递电子.淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)结果表明,2,4-DCP的降解过程遵循以单线态氧(^(1)O_(2))为主导的非自由基氧化途径.CPPy-PTh在宽广的pH范围和干扰离子存在下也同样具备催化能力.这些发现可为水中持久性有机物的降解提供理论指导和技术支持.

混气悬浮磁化焙烧铁尾矿及其磁分选效果

为实现铁尾矿资源化回收利用,以H_(2)、CO、CO_(2)和N_(2)模拟还原混气对铁尾矿进行悬浮磁化焙烧,通过磁选获得铁精矿。探究温度、时间、H_(2)和CO占比对铁精矿铁品位和回收率的影响,采用X射线衍射、振动样品强磁计、X射线光电子能谱、BET表面分析和扫描电子显微镜X光微区分析方法,探究悬浮磁化焙烧磁选过程中晶相结构变化和反应机理。结果表明,铁尾矿在温度、时间和H_(2)∶CO∶CO_(2)∶N_(2)(体积比)分别为600℃、10 min和20∶15∶15∶50时,铁精矿铁品位和回收率最优分别为62.06%和98.03%。铁精矿饱和磁化强度由0.77 Am^(2)·kg^(−1)提升到59.43 Am^(2)·kg^(-1)。悬浮磁化焙烧能有效将赤铁矿针铁矿还原为磁铁矿,且BET表面积提升了13.1676 m^(2)·g^(−1),并能通过磁选有效分离Fe_(3)O_(4)和SiO_(2)等脉石。本研究可为从铁尾矿中回收铁资源提供参考。

木屑生物质热解制备高还原性气体机理

针对气基磁化焙烧还原铁尾矿成本昂贵的问题,基于生物质廉价易得且具有较好的还原性气体制备潜力的特点进行产气机理探究。通过热解实验研究了温度、含水率、Na_(2)CO_(3)催化剂添加量对杉树木屑与竹屑热解制备还原性气体的影响,利用TG-IR探究二者的产气特征,并结合动力学分析确定杉树木屑与竹屑的热解机理函数与活化能。结果表明,生物质在较低含水率(40%以下)的条件下提高热解温度,有利于还原气的制备;当热解温度为700℃、Na_(2)CO_(3)添加量为4%时,烘干的杉树木屑热解气中还原性气体占比约为76%,竹屑则约为66%;二者的还原性气体均集中产生于热解第二阶段,其热解过程符合反应级数模型;经计算,杉树木屑的活化能为118.32~135.43 kJ·mol^(−1),竹屑的活化能为112.39~118.75 kJ·mol^(-1)。本研究结果可为生物质热解制备还原性气体提供技术指导。