采用响应面优化酸浸法回收报废三元电池中有价金属的研究

为简化传统报废锂离子电池(LIBs)处理工艺,对报废镍钴锰三元(NCM)电池正极材料进行浸出处理,在单因素试验的基础上,利用响应面分析法分析浸出温度、抗坏血酸浓度、固液比和浸出时间对正极材料中Co、Li、Mn、Ni浸出率的影响。建立数学回归模型,分析因素间的交互作用。结果表明,各金属的回归方程模型均显著(p<0.05),R^2≥0.88,信噪比N>4,C.V.较低,可用于报废NCM电池中Co、Li、Mn、Ni浸出工艺的分析与预测,其中浸出温度和抗坏血酸浓度的交互作用对Li和Ni的浸出率影响最大。各金属浸出率的最佳工艺条件为:浸出温度69.26℃,抗坏血酸浓度1.24 mol/L,固液比31.30 g/L,浸出时间59.79 min。在此条件下,Co、Li、Mn、Ni浸出率分别为96.35%、92.53%、89.28%、56.32%。结合回归分析及可操作性原则,进行3次平行试验,试验结果与模型理论预测值接近。试验过程简单,处理方法对环境友好,有利于工业化生产。     

Leaching potential of some phenylureas and their main metabolites through laboratory studies

BACKGROUND, AIMS AND SCOPE: Laboratory studies were conducted with the aim of defining the leaching potential of some phenylureas and their metabolites. A first study was performed for calculating their leaching index (as GUS) on the base of intrinsic properties: persistence (as DT50) and mobility (as Koc) in soil. Another study consisted of aged column leaching experiments whose meaning was to semi-quantify the occurrence of the tested compounds in the leachates, so simulating in field conditions. METHODS: The tested compounds were: diuron, linuron and monolinuron (parents); 3,4-dichloroaniline (DCA), 4-chloroaniline (CLA), 1-(3,4-dichlorophenyl)-3-methylurea (DCPMU), 1-(3,4-dichlorophenyl)urea (DCPU), 1-(4-chlorophenyl)urea (CPU) and monuron, this latter considered both as a metabolite and parent compound. The Koc values of the examined substances were determined by the HPLC screening methods, according to the OECD TG 121. DT50 determinations and aged column leaching experiments were carried out according to SETAC procedures. RESULTS AND DISCUSSION: The examined compounds showed a rather wide range of persistence in soil, with DT50 values less than 2 days for DCA and CLA, close to 8 days for DCPU and CPU and from 16 (diuron) up to 24.8 (DCPMU) days for the others. Their mobility was generally high, based on their Koc values, which ranged from 33 (CPU) to 406 (linuron). The GUS indices indicated that monuron has a clear potential to contaminate groundwater (> 2.8); DCPMU, monolinuron, CPU and diuron are intermediate contaminants (1.8-2.8). Linuron, DCPU, CLA and DCA exhibited a non-leaching behaviour (< 1.8). The aged leaching column experiments showed that parents were found in the leachates at very high percentages respect to the doses applied. The metabolites reached much less percentages, the highest values were observed for monuron from diuron (5.7), CPU (7.2) and DCPMU (8.2%). CONCLUSION: Diuron, Monuron, CPU and DCPMU on the basis of their intrinsic properties, formation from their parents and occurrence in leachates from aged column leaching studies, seem to possess the characteristics of groundwater contaminants. The methodological approach of this study is relatively easy and rapid, hence it can represent a tool for a first screening of compounds such as pesticide metabolites (generally available only in small quantities and for which a field study is not conceivable) or other compounds for which not adequate environmental data are available.     

超细粒级浸出渣充填配比试验研究

为了探究超细粒级浸出渣与分级尾砂混合作为充填骨料的充填体强度能否达到凡口铅锌矿井下充填的要求,开展了浸出渣与分级尾砂的充填配比试验。通过充填配比试验,分析不同配比和质量分数的充填料浆的流动性和充填体强度特性。结果表明:质量分数对充填体强度的影响较大;灰砂比、质量分数越大,充填体的强度越高;在一定范围内,增加浸出渣的用量可提高充填体的强度;扩散度可以很好地反映充填料浆的流动性,充填料浆的流动性随质量分数增加而减小,当质量分数较高时增加水泥用量可提高充填料浆的流动性,增加浸出渣含量会导致充填料浆的流动性降低。根据凡口铅锌矿充填技术要求及室内充填配比试验结果,得出不同部位的最佳充填配比:矿房采场的最佳灰砂比、浸出渣与分级尾砂之比、质量分数分别为1∶6、1∶5、71%,间柱采场为1∶6、1∶6、69%,首层和浇面为1∶3、1∶6、71%。     

柠檬酸对污染棕壤中镉的去除优化及结合形态影响

针对农田土壤重金属污染,研究了有机酸对土壤中镉的去除条件优化及结合形态的影响,旨在发展一种环境友好、可原位且永久去除土壤中镉（Cd）的淋溶暗排联合净化方法.采用环境友好型淋溶剂柠檬酸,通过批试验确定淋溶最佳参数（柠檬酸浓度、固液比、淋溶次数、淋溶时间和淋溶方式）.同时,将自行设计的淋溶瓶和淋溶暗排箱用于批试验最优化参数验证和原位土壤中Cd清除模拟,用CaO絮凝法除去收集暗排废液中的Cd,并通过BCR连续提取法评估土壤中Cd的迁移性和有效性.结果表明,通过柠檬酸的连续分批浸提,使用0.30 mol·L^-1柠檬酸以1 g∶1.5 mL的固液比连续3次、6 h振荡浸提对土壤中总Cd的淋溶去除率可达81.3%.通过淋溶暗排箱试验,经柠檬酸-水梯度淋溶可有效去除78.0%的Cd,暗排液经CaO絮凝可去除95.6%的Cd;柠檬酸对弱酸提取态、可还原态、可氧化态及残渣态Cd的淋溶去除率分别为83.0%、70.3%、43.9%和25.0%.研究表明,采用淋溶暗排和CaO絮凝的联合方法可快速去除污染农田土壤中的Cd并避免暗排液二次污染.后续研究需进一步扩大试验规模并开展野外验证试验.     

不同土壤湿润速率下中性紫色土磷素淋溶的动态变化

土壤的湿润过程是一种常见的非生物胁迫形式,为探明土壤湿润速率对土壤磷素淋溶的影响,以及土壤微生物生物量与磷素淋溶形式的相关性,设置0、2、4、24、48 h这5个不同土壤湿润速率,对5个长期不同施肥处理的中性紫色土进行了室内磷素淋溶模拟分析.结果表明:①土壤湿润过程中微生物生物量碳(MBC)在2 h降到最低,随着湿润速率的降低,MBC逐渐升高;②缓慢的土壤湿润速率有利于增强土壤的微生物活性,有机肥配施氮磷钾肥(MNPK)的增强效果更加明显;③所有施肥处理的磷素淋溶主要发生在0、2、4 h快速湿润速率下,对于施用化肥的土壤而言,缓慢湿润是减缓土壤磷素淋失的重要举措,在田间磷素管理过程中具有重要意义;④土壤淋洗出的磷以溶解态有机磷为主,所有处理的淋洗液中DTP/TP、DOP/TP变化幅度最高,分别为35.42%~85.99%、29.74%~78.58%;⑤随着湿润速率的降低,土壤微生物生物量碳与淋洗液中TP和TDP呈极显著负相关,与DOP呈显著负相关(P<0.05).综上所述,可以推测土壤湿润后淋洗出的磷主要来源于土壤微生物.     

碳酸钙与生物炭对酸化菜地土壤持氮能力的影响

针对太湖地区稻田改种菜地后带来的土壤酸化现象,以碳酸钙与生物炭作为酸化改良剂,开展室内培养及多次淋洗模拟试验,比较两种改良剂对酸化菜地土壤持氮能力及酸化修复效果的影响.结果表明,基于碱缓冲曲线法,本试验用酸化菜地土壤每提高1个p H单位需向土壤中添加碳酸钙3.92×10-2mol·kg~(-1)或生物炭27.73 g·kg~(-1).无外源氮条件下碳酸钙添加使土壤氮矿化速率显著提高了37%,对土壤铵态氮、硝态氮含量影响不显著;生物炭添加使土壤氮矿化速率显著提高了35%~44%,且显著增加了土壤硝态氮含量42%~58%.模拟淋洗下,生物炭添加显著消减渗漏液体积24%,渗漏液氮浓度45%,显著减少氮淋失量42%~57%,而碳酸钙添加对渗漏液体积没有影响,增加了渗漏液中氮浓度,氮淋失量增加了12%~76%.淋洗后,各处理土壤p H值发生不同程度的降低,无外源氮条件下添加碳酸钙处理土壤p H值降幅最低,外源氮添加条件下生物炭添加处理降幅最低.由此可见,碳酸钙对酸化土壤修复效率较高,但在外源氮添加条件下降低了土壤持氮能力,更适用于酸化严重且需要休耕改良的菜地土壤;生物炭在维持土壤p H值的同时可以有效提高土壤矿质氮留存量,降低氮淋失,更适用于仍在高强度种植的菜地土壤.     

微生物燃料电池浸取废旧锂电池的影响因素分析

将MFC的阴极还原能力应用于废旧锂电池正极材料LiCoO_2的还原浸取.构建了以弱酸中LiCoO_2作为化学阴极电子受体的双室MFC,探讨了MFC阴极浸取还原LiCoO_2的可行性,并研究了浸取还原过程中阴极液pH、离子强度、固液比等因素对MFC的产电性能与LiCoO_2浸取效果的影响.实验结果表明:MFC阴极还原LiCoO_2使得固相中Co(III)被还原为液相中Co(II)是可行的,MFC能够持续地输出电压,且MFC优于弱酸浸取效果.阴极液pH值越低,MFC的产电性能和LiCoO_2的浸取效果越明显,阴极液pH为1.0时,MFC的最大输出电压为600 m V,60 h时浸取率达到86.5%;随着阴极液中KCl浓度和固液比(S/L)的增加,MFC输出电压和浸取效率也越高;对影响MFC的影响因素分析讨论得出,阴极液pH值是LiCoO_2还原过程中重要影响因素,因此,在后续的实验设计中要重点考虑pH的影响.     

煤矸石酸浸除铁实验研究

煤矸石已成为不容忽视的工业废弃物,以其为原料制备Sialon材料具有良好的生态效益和经济价值。煤矸石中铁含量过高将影响其煅烧粉的白度,故需将有害组分铁除去。文章在水浴加热的条件下,以盐酸为浸取液,以原子吸收光谱仪测定酸浸液中的溶铁量,逐一考察盐酸质量分数、浸出液固比、浸出温度和浸出时间对煤矸石除铁率的影响。每个因素在不同设值下平行测定3次并求其平均值,之后进一步验证最优工艺的稳定性。实验得出最佳工艺条件为:盐酸质量分数20%、浸出液固比4∶1、浸出温度60℃和浸出时间0.5 h,在该条件下煤矸石除铁率均值达94.4%。     

砷污染土壤复合淋洗修复技术研究

土壤砷污染问题日益严重,淋洗法是修复砷污染土壤的一种有效方法.本研究以砷污染土壤为研究对象,通过批量振荡淋洗实验,将5种常用淋洗剂进行组合复合淋洗,探索最佳复合淋洗组合,对淋洗前后土壤进行形态分析,并通过3种不同污染程度土壤的修复效果比较,研究复合淋洗的适用性.结果表明,复合淋洗效果优于单一淋洗效果,能够很好地提高砷的去除率.当采用4 h 0.5 mol·L~(-1)Na OH+4 h 0.1 mol·L~(-1)EDTA进行复合二步淋洗时土壤砷的去除率从66.73%提高到91.83%,砷含量由186 mg·kg~(-1)降至15.2 mg·kg~(-1),为最佳淋洗组合.其次,研究结果还表明,淋洗前后土壤中砷的形态发生改变,有效态比例得到有效降低,0.5 mol·L~(-1)Na OH+0.1 mol·L~(-1)EDTA适用于铝型砷含量较高的砷污染土壤,0.5 mol·L~(-1)OX+0.5 mol·L~(-1)Na OH适用于铁型砷含量较高的砷污染土壤.     

烟气净化工艺和焚烧炉类型对生活垃圾焚烧飞灰性质的影响

焚烧炉类型、烟气净化工艺和垃圾组成变化均会对生活垃圾焚烧飞灰性质产生影响.本文选择生活垃圾组成相似的9个焚烧发电厂烟气净化系统飞灰,考察源自不同焚烧炉型和烟气净化工艺焚烧厂飞灰的性质差异.研究表明:飞灰中含有大量的Ca和Cl,在"炉排炉+干法"飞灰中含量最高,而流化床飞灰中Al、Si、Fe等元素含量显著高于炉排炉飞灰;烟气处理工艺对飞灰矿物相组成影响不大,但矿物相含量受烟气处理工艺影响而不同;流化床飞灰中Cd含量较低,Pb、Zn含量略低于炉排炉飞灰;Cr、Ba、Cu、Ni等元素受烟气净化工艺影响较大,"炉排炉+干法"飞灰中的含量最少;烟气净化工艺改造目标仍集中在酸性气体和NOx控制上,改造前后重金属含量没有显著差异;炉排炉飞灰的Pb浸出毒性强于流化床飞灰,流化床飞灰中含量较低的Cr、Cu、Ni、Cd等重金属在醋酸缓冲溶液中浸出较多;飞灰酸中和能力与Ca含量线性相关;在强酸性(Cd、Ni、Zn:浸出液pH8;Pb、Cu、Cr:浸出液pH4)条件下,炉排炉飞灰的As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn元素的浸出浓度主要受重金属总量的影响,两者具有相似的顺序;焚烧炉燃烧形式导致重金属的化学形态不同、与含Al、Fe等化合物形成络合物等原因导致"流化床+半干法"飞灰的As、Ba、Cu、Ni、Pb的浸出浓度低于具有相似总量的炉排炉飞灰.