生物沥浸含锰烟粉尘中的锰及其浸出机理研究

含锰烟粉尘是钢铁行业产生的一类含有锰、锌、铅和硅等元素的工业固废，既存在一定的环境风险，又具有潜在的资源回收价值。对含锰烟粉尘分别用生物酸和无机酸进行沥浸，分析锰的浸出机理，进一步通过响应面法确定生物酸沥浸锰的最佳工艺条件。结果表明，锰的浸出机理为酸溶和生物酸还原的复合机理，生物酸中的还原性物质和沥浸过程中产生的Fe²⁺能够将高价锰还原为Mn²⁺,使生物酸体系锰的浸出率比无机酸体系高。生物酸浸出锰的最佳工艺条件：固液比为1.22 g∶100 mL,初始pH为0.81,温度为29.14℃,转速为152.29 r/min,此条件下实际锰浸出率为76.51%。     

盐酸浸出提取赤泥中铝和铁的工艺条件优化

系统研究盐酸浸出赤泥中铝和铁的过程,考察酸浸温度、盐酸浓度、酸浸时间、液固比以及赤泥粒度对铝、铁浸出率的影响。单因素实验和正交实验结果得出,在影响浸出率的酸浸温度、盐酸浓度、酸浸时间和液固比对铁、铝的浸出率的影响几个因素中,酸浸温度和盐酸浓度的影响最大,液固比和浸出时间其次。盐酸酸浸的最佳工艺条件为:赤泥粒度150μm、酸浸温度80℃、盐酸浓度10 mol·L~(-1)、液固比8∶1(V/m)、浸出时间150 min,此时铝的浸出率为96.7%,铁的浸出率为95.1%,铁铝总浸出率96.0%。     

细菌浸出电解锰废渣中锰的机制研究

从电解锰废渣中分离出一株高效浸锰菌,经鉴定为沙雷氏菌(Serratia sp.).考察了电解锰废渣培养液、MnO2培养液在有菌和无菌条件下的锰浸出情况,以及有菌液和无菌液在加入不同还原剂后的锰浸出情况.结果表明,在初始pH为6.0、固液质量比为1:10、温度为37 ℃的浸出条件下,在电解锰废渣培养液中,无菌条件下的锰浸出率远小于有菌条件下的,反应72 h后,无菌、有菌条件下的锰浸出率分别为8.030 00%、78.670 00%;无论在有菌还是无菌条件下,MnO2培养液中的锰浸出率都较低,反应72 h后,无菌、有菌条件下的锰浸出率分别为0.000 39%、0.041 00%;有菌液加入ZnS、FeS、FeSO4、Fe2(SO4)3、CuS还原剂后,反应72 h的锰浸出率分别为73.340 00%、70.980 00%、69.680 00%、10.260 00%、1.670 00%;无菌液中加入4种还原剂(不包括CuS)后的锰浸出率都相当低, 反应72 h后,锰浸出率相对较高的是FeS和ZnS,均为0.006 20%,锰浸出率相对最低的是Fe2(SO4)3,为0.005 00%;沙雷氏菌对电解锰废渣中锰的浸出既不是直接氧化浸出作用,也可能不是间接产酸浸出作用,而可能是一种催化还原作用.     

氧化氨浸工艺回收硫化砷渣中的铜

对在(NH4)2S2O8-NH3-H2O体系中氧化浸出硫化砷渣(砷渣)中的铜进行热力学分析;讨论了浸出温度、c(NH3)/c(NH+4)、液固比、浸出时间及总氨浓度对铜浸出率的影响,确定了从砷渣中回收铜最佳浸出工艺条件;采用XRD和SEM对浸出渣进行表征。结果表明,氧化氨浸回收铜工艺具有热力学可行性;在浸出温度35℃,c(NH3)/c(NH+4)1∶7,液固比6∶1,浸出时间3 h,总氨浓度4 mol/L的条件下,铜的浸出率为70.74%;大量S0均匀分布在浸出渣中。     

盐酸分级浸出赤泥中有价金属元素

采用盐酸2段分级浸出工艺回收氧化铝赤泥中的有价金属元素。通过考察液固比、反应温度、反应时间及盐酸使用量对浸出率的影响,确定了2段浸出的实验工艺。结果表明:在盐酸用量为理论用量的40%、90℃液固比为7∶1、反应时间1 h的条件下,Ca的浸出率为96.2%,Na的浸出率为82.47%,Al的浸出率为42.87%,其他元素几乎不浸出,这是第1段浸出;在盐酸用量为理论量的130%、90℃、盐酸浓度8.8 mol·L~(-1)的条件下,浸出1段酸浸渣,Fe的浸出率99.65%,Sc的浸出率88.76%,V的浸出率93.58%,其他稀土元素的浸出率均达到了70%左右,这是第2段浸出。     

废旧镍钴锰酸锂电池正极材料闭环回收

提出了一种闭环回收废旧镍钴锰酸锂电池正极活性物质的方法。采用H_2SO_4为浸出剂,H_2O_2为还原剂,浸出回收4种金属离子。结果表明:硫酸浓度为1.5 mol·L~(-1),反应温度为70℃,反应时间为25 min,反应固液比为20∶1 (g∶L),过氧化氢体积分数为1%时,金属镍、钴、锰和锂的浸出率分别为96.8%、96.2%、93.8%和99.1%;动力学分析显示,Ni、Co、Mn、Li浸出反应表观活化能分别为51.75、44.90、46.77和36.08 kJ·mol~(-1),属于化学反应控制。分离浸出滤液中Ni、Co、Mn离子后,制备Li_2CO3终端产品,其XRD图谱显示产品成分较纯,可用于制备锂离子电池正极材料的前驱体。该工艺可实现废旧镍钴锰酸锂正极材料回收较高的经济和环境效益。     

微量元素对牛粪低温厌氧发酵的影响

为考察较低温度(<17℃)条件下添加微量金属元素对厌氧发酵产气量的影响,在发酵底物TS(含固率)为10%下采用10 L玻璃瓶作反应器,以牛粪为原料,向厌氧生物反应器中分别添加MnSO4、FeSO4·7H2O、电解锰渣,分析了厌氧消化系统运行过程中的产气量、COD(化学需氧量)和pH的变化。结果表明,锰元素能促进低温下牛粪的厌氧发酵,加速反应启动。当添加6 g MnSO4、100 g电解锰渣时,单位质量VS产气率分别为0.26 mL/g和0.64 mL/g,添加6 g FeSO4·7H2O与空白对照组均未见明显产气。     

优势菌种浸取电解锰渣中锰的影响因素研究

采用电解锰废渣中分离出的一种锰抗性强的微生物Fusarium sp.浸取电解锰渣中的锰。研究了不同矿浆浓度、微生物生长活动、锰渣和培养基等对锰浸取效率的影响。结果表明,接种体积比为2%（v/v）时,矿浆浓度（m/v）对锰浸取效率影响显著,矿浆浓度过低（〈2%）或者过高（〉10%）对锰浸取效率都有不利影响。矿浆浓度为10%时锰浸取效率最高,达80%以上;微生物的生长活动对浸取过程有显著的影响;而锰渣的存在则能在一定程度上影响溶液的pH,进而影响锰浸取效率;培养基对锰浸取效率的贡献达50%左右。     

电镀污泥氨浸渣中铬的回收

以电镀污泥氨浸渣为研究对象,采用钠化氧化焙烧方法,实现了铬物相的转化和回收。钠化氧化焙烧过程以Na_2CO_3作为钠化剂,掺量为20%(质量分数),在750℃下焙烧2.5h,铬的转化效果最佳。X射线光电子能谱结果表明,钠化氧化焙烧实现了氨浸渣中铬由非水溶态Cr(OH)_3向水溶态Na_2CrO_4的有效转变。在室温条件下水浸,固液比1g∶10mL,浸出5min,铬浸出率可达到91.36%。热力学计算结果显示,Cr(OH)_3与O_2、Na_2CO_3反应的吉布斯自由能为负值,表明Cr(OH)_3易于生成Na_2CrO_4,Na_2CrO_4易溶于水,易于回收。     

碱激发电解锰渣制备水泥掺合料

电解锰渣是湿法冶炼金属锰的残渣,为降低其对环境的浸出毒性影响并提高其在水泥产品中的掺入量,利用碱激发技术处理电解锰渣制备水泥掺合料是一种可行的方法。主要研究了碱激发剂种类、掺量对电解锰渣的激发效果,并将碱激发电解锰渣用作水泥掺合料与水泥按不同比例混合研究对水泥抗压强度和浸出毒性的影响。结果表明:碱激发电解锰渣活性显著提高,NaOH中Na_2O当量为10%时试件M-SH10的3、7、28 d抗压强度最高,分别为7.15、9.46、10.03 MPa;将此条件下激发的电解锰渣按质量比取15%与85%的水泥混合制得的掺合料其抗压强度较净水泥试件有一定程度的提高;浸出毒性结果显示Cd、Cr、Pb、Ni、Mn和Zn浓度均下降,且低于GB 8978-1996限值。     

SDS和PVP强化生物淋溶锰渣的性能

在生物淋溶锰渣的过程中,设置一系列浓度梯度(0～100 mg/L)的离子型表面活性剂SDS(十二烷基硫酸钠)和非离子型表面活性剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮),研究两种活性剂对硫杆菌生长和对锰渣中锰的浸出率的影响.结果表明,两种表面活性剂均能有效强化硫杆菌对锰渣的淋溶性能,SDS和PVP的最佳浓度分别为35 mg/L和15 mg/L,在最佳浓度条件下,两者均能显著降低培养液的pH值,提高锰的浸出率,其浸出率分别达到88％和83％,均高于对照组的72％.进一步分析表明,SDS比PVP更能有效提高浸出体系的ORP电位,促进锰的浸出.电镜结果表明,在最佳浓度条件下,SDS比PVP更能有效促进硫杆菌对锰渣表面的侵蚀,降低锰渣的表面粒度,提高锰渣中锰的浸出率.     

电解锰渣无害化处理技术简

电解锰渣是湿法电解金属锰工艺产生的废渣，环境危害性大、治理难度大。为消除锰渣的污染性，实验研究了锰渣浸出液中污染物种类，并分别采用生石灰和氢氧化钠作处理剂，从成本、处理效果方面进行比较，确定处理剂以及最佳运行条件。得出结论：锰渣中主要污染物为锰和氨氮（分别超过相关标准453倍和26倍），选取生石灰做处理剂，处理后的锰渣，浸出液中锰离子和氨氮的减排量分别达到99%和97%以上，水溶性锰离子浓度低于5 mg/L、氨氮浓度低于25 mg/L，均达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的排放标准；反应时间30 h以上、避免雨淋、不通风、无日照为最佳反应条件。     

硫酸锰废渣的浸出毒性及处理研究

研究了硫酸锰废渣的主要金属元素组成及浸出毒性,并采用锰渣加石灰混合的方法进行无害化处理,研究结果表明,硫酸锰废渣浸出液中Mn、Cd超标,锰渣加石灰混合处理的方法能有效降低废渣的浸出毒性,锰渣与石灰的重量比为25：2最佳.     

硫酸锰废渣的浸出毒性及处理研究

研究了硫酸锰废渣的主要金属元素组成及浸出毒性,并采用锰渣加石灰混合的方法进行无害化处理,研究结果表明,硫酸锰废渣浸出液中Mn、Cd超标,锰渣加石灰混合处理的方法能有效降低废渣的浸出毒性,锰渣与石灰的重量比为25:2最佳.     

氧化锰矿渣改性制备SCR脱硝催化剂

以锰酸钾生产过程中产生的氧化锰矿渣为原料,制备了一系列Mn基SCR脱硝催化剂。研究了活性炭、二氧化钛、以及含锰量的变化对催化剂的脱硝活性的影响。结果表明,直接由矿渣制备的催化剂和添加活性炭、二氧化钛制备的催化剂,其最大脱硝率分别为40%和78%。XPS表征发现催化剂中的锰元素存在多种氧化价态,活性炭的加入在一定程度上改变了不同价态之间的相对含量;在矿渣中加入硫酸锰后,发现总锰含量达到10%时,催化剂的最大脱硝率从78%降低至57%,XRD测试发现硫酸锰的加入导致S2O27-物种的生成,可能是引起催化剂活性下降的原因之一;而加入醋酸锰至总锰含量达到10%时,增大了催化剂的活性温度窗口,当总锰含量达到20%时,在空速10 000 h-1条件下,催化剂的最大脱硝率达到86.7%。     

Stabilization of potassium permanganate particles with manganese dioxide

A new potassium permanganate reagent with slow-release properties was designed and tested for possible application in in situ chemical oxidation. For this purpose, MnO₂-coated KMnO₄ particles (MCP) were prepared by partial reduction of solid KMnO₄ using the acid-catalyzed reaction with n-propanol or the comproportionation of Mn(VII) and Mn(II) in n-propanol as reaction medium. Column tests showed that, for MCP with a residual KMnO₄ fraction of 70 wt%, the duration of permanganate release under flow-through conditions was prolonged by a factor of 10 compared to untreated KMnO₄. While KMnO₄ is too soluble to be used in reactive barriers, MCP could be introduced into the aquifer by filling of trenches or boreholes; this would allow a prolonged passive dosing of permanganate into the flowing groundwater. In addition, experiments were conducted in order to determine the oxidation capability of native KMnO₄ particles and MCP in CH₂Cl₂, a representative non-polar non-aqueous phase liquid (NAPL). It may be possible to utilize the significantly higher reactivity of MCP under these conditions for the design of slow-release permanganate particles for NAPL source treatment.     

含锰废渣的氧化-活化再生回用工艺

为实现紫苏醛生产过程中二氧化锰（氧化剂）的循环利用,采用一种新型的氧化-活化工艺再生得到活性二氧化锰,即以紫苏醇合成紫苏醛过程中产生的含锰废渣为原料,首先采用氯酸钠氧化含锰废渣得到初级二氧化锰,然后使用高锰酸钾对初级二氧化锰进一步活化得到活性二氧化锰。实验表明,制取初级二氧化锰的最佳工艺条件为：反应时间为4h,反应温度为90～95℃,硫酸摩尔浓度为1.5 mol/L,氯酸钠加量为理论量的130%。制取活性二氧化锰的合适条件为：反应温度在60℃时,反应时间为1.5 h;反应温度在50℃时,反应时间为2.5 h。采用氧化-活化法再生的活性二氧化锰氧化紫苏醇,紫苏醛的产率可达52.8%,与使用电解二氧化锰氧化得到的紫苏醛的产率53.1%相当,而使用初级二氧化锰,紫苏醛的产率仅为14.9%。     

硫酸锰废渣浸出毒性及淋溶特性研究

长沙市兴镇13家硫酸锰厂的生产废渣使当地的生态环境造受到了严重破坏。本文在废渣浸出毒性实验、渣柱淋滤实验以及废渣的全分析基础上,全面地研究了废渣的组成、浸出毒性大小以及在当地酸沉降条件下的淋滤特征,为其安全处置提供了理论基础。研究证明,废渣中重金属种类多、含量高,尤其是锰,高达138800mg/kg。渣的浸出毒性虽未达到国家规定的危险废物鉴别标准,但远超过了《污水综合排放标准》,其衰减可用负指数方程来描述。在酸雨淋溶下,渣中的锰离子会在短时期内大量释放后,维持在一相对较低水平长期释放,对环境威胁巨大。     

Thioarsenate formation upon dissolution of orpiment and arsenopyrite

Thioarsenates were previously determined as dominant species in geothermal and mineral waters with excess sulfide. Here, we used batch leaching experiments to determine their formation upon weathering or industrial leaching of the arsenic-sulfide minerals orpiment (As₂S₃) and arsenopyrite (FeAsS) under different pH and oxygen conditions. Under acidic conditions, as expected based on their known kinetic instability at low pH, no thioarsenates formed in either of the two mineral systems. Under neutral to alkaline conditions, orpiment dissolution yielded mono-, di- and trithioarsenate which accounted for up to 43-55% of total arsenic. Thioarsenate formation upon arsenopyrite dissolution was low at neutral (4%) but significant at alkaline pH, especially under suboxic to sulfidic conditions (20-43%, mainly as monothioarsenate). In contrast to orpiment, we postulate that recombination of arsenite and sulfide in solution is of minor importance for monothioarsenate formation during alkaline arsenopyrite dissolution. We propose instead that hydroxyl physisorption lead to formation of As-OH-S surface complexes by transposition of hydroxyl anions to arsenic or iron sites. Concurrently formed ironhydroxides could provide re-sorption sites for the freshly released monothioarsenate. However, sorption experiments with goethite showed slower sorption kinetics of monothioarsenate compared to arsenite, but comparable with arsenate. The discovery that thioarsenates are released by natural weathering and industrial leaching processes and that, once they are released, have a higher mobility than the commonly-investigated species arsenite and arsenate requires future studies to consider them when assessing arsenic release in sulfidic natural or mining-impacted environments.     

Consequence of altered nitrogen cycles in the coupled human and ecological system under changing climate: The need for long-term and site-based research

Anthropogenically derived nitrogen (N) has a central role in global environmental changes, including climate change, biodiversity loss, air pollution, greenhouse gas emission, water pollution, as well as food production and human health. Current understanding of the biogeochemical processes that govern the N cycle in coupled human–ecological systems around the globe is drawn largely from the long-term ecological monitoring and experimental studies. Here, we review spatial and temporal patterns and trends in reactive N emissions, and the interactions between N and other important elements that dictate their delivery from terrestrial to aquatic ecosystems, and the impacts of N on biodiversity and human society. Integrated international and long-term collaborative studies covering research gaps will reduce uncertainties and promote further understanding of the nitrogen cycle in various ecosystems.