【正文】 .............................. 17 十六烷基三甲基溴化銨對錳礦浸出率影響 .............................................. 17 十六烷基三甲基溴化銨對錳渣含水率影響 .............................................. 17 十六烷基三甲基溴化銨對錳礦浸出液表面張力影響 ................................ 18 實驗小結(jié) ............................................................................................... 18 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 V 十二烷基苯磺酸鈉對錳礦浸出影響 .................................................................. 18 十二烷基苯磺酸鈉對錳礦浸出率影響 ..................................................... 19 十二烷基苯磺酸鈉對錳渣含水率影響 ..................................................... 19 十二烷基苯磺酸鈉對錳礦浸出液表面張力影響 ....................................... 20 實驗小結(jié) ............................................................................................... 20 聚二甲基硅氧烷對錳礦浸出影響 ...................................................................... 20 聚二甲基硅氧烷對錳礦浸出率影響 ......................................................... 21 聚二甲基硅氧烷對錳渣含水率影響 ......................................................... 21 聚二甲基硅氧烷對錳 礦浸出液表面張力影響 ........................................... 22 實驗小結(jié) ............................................................................................... 22 不同表面活性劑對錳礦浸出影響 ...................................................................... 22 不同表面活性劑對錳礦浸 出率影響 ......................................................... 22 不同表面活性劑對錳渣含水率影響 ......................................................... 23 不同表面活性劑對錳礦浸出液表面張力影響 ........................................... 23 實驗小結(jié) ............................................................................................... 24 十二烷基苯磺酸鈉與聚二甲基硅氧烷協(xié)同作用 ................................................. 24 實驗小結(jié) ............................................................................................... 29 表面活性劑加入的時間對錳礦浸出影響 ........................................................... 29 4 總結(jié) ..................................................................................................................... 31 5 展望 ..................................................................................................................... 32 參考文獻 ................................................................................................................... 33 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒 論 1 1 緒論 電解金屬錳研究背景 金屬 錳作為一種重要的戰(zhàn)略儲備資源，它 的用途十分廣泛 ， 其領(lǐng)域 涉及到人類生活的方方面面。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，錳在其他方面的用途也越來越 普遍 ，比如用于電子工業(yè)制作軟磁鐵氧體、干電池 等 ；用于玻璃工業(yè)中生產(chǎn)褪色劑、著色劑及澄清劑；用于輕工業(yè)制作陶瓷、玻璃、 肥皂、錳鹽等 [1]。 世界上 的 錳礦資源分布很不均勻， 95%以上的錳礦 主要分布在烏克蘭、南非、澳大利亞、中國和印度等國家，總儲量比較豐富。目前探明的錳礦資源 有 億噸，分布于全國 21 個省、市、自治區(qū)， 90％以上集中在西部地區(qū)，其中廣西和湖南的錳礦分別占全國的 38%、 18%，其次是貴州、云南、重慶、湖北和陜西。 2021 年全國 188 家電解錳生產(chǎn)企業(yè)，總生產(chǎn)能力達到 萬 t/a，占世界電解錳 行業(yè)生產(chǎn)能力的 98%， 20212021 年中國電解錳生產(chǎn)能力、產(chǎn)量與出口量如表 所示 [2]。 表 20212021 年中國電解錳生產(chǎn)能力、產(chǎn)量與出口量 Table Production capacity, production and exports of Chinese EMM from 2021 to 2021 項 目 年 份 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 生產(chǎn)能力 生產(chǎn)量 出口量 由于社會對金屬錳的大量需求， 導(dǎo)致高品位的錳礦開采使用量增大，儲存量減少。這樣低品位的錳礦用于生產(chǎn)時，每生產(chǎn) 1t 的金屬錳就會產(chǎn)生 10~15t 的錳渣 （圖 ） 。電解錳渣的露天堆放會帶來一系列安全問題： (1) 由于電解錳渣的含水率過高，會導(dǎo)致圍壩潰敗，造成人員傷亡、財產(chǎn)損失； (2) 錳渣中 的 錳元素一般以水溶性錳、碳酸錳和二氧化錳存在，其中水溶性錳會污染地表水 、 地下水資源 和 污染土壤，影響植被 生長 ； (3) 電解錳渣經(jīng)常受風(fēng)吹日曬，風(fēng)化后隨風(fēng)飄揚，造成大氣污染。 因此提高電解錳的浸出率、減少錳渣中的含錳量以及降低錳渣的含水率，解決電解錳渣堆放產(chǎn)生的安全隱患，是確保電解錳行業(yè)能夠可持續(xù)發(fā)展的首要任務(wù)和主要途徑。南非的主要生產(chǎn)原料為優(yōu)質(zhì)的軟錳礦，通常采用的電解生產(chǎn)工藝為 ：還原焙燒、 H2SO4浸出、除鐵、除重金屬、電解，通過該工藝生產(chǎn)的金屬錳產(chǎn)品基本上不含硒且純度可以達到 99%以上，所產(chǎn)金屬錳的種類主要分為脫氫、增氮、片狀、粒狀、粉狀重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒 論 3 等。隨著科技的進步，電解錳技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善，盡管生產(chǎn)工藝并沒有多大的改變，依然采用美國礦山局提出的酸浸電解工藝，但是對部分生產(chǎn)工藝參數(shù)進行了調(diào)整，資源消耗不斷降低。 該工藝所需 的 原料有：菱錳礦、濃 H2SO硫酸銨、液氨、氧化劑、硫化劑、 SeO2或 SO2等。針對這些影響因素，許多專家學(xué)者開展了許多錳礦浸出工藝方面的研究，所研究報道的浸取工藝主要有：焙燒浸出、直接酸浸、還原浸取、電化學(xué)浸出以及細菌浸出等。袁明亮等利用催化劑，通過改變礦物顆粒的 表面性質(zhì)來促進顆粒表面對氫離子吸附，提高錳礦浸出反應(yīng)速率，節(jié)約能耗 [7]。 SO2浸出菱錳礦，在 20~30℃ 常壓下，錳浸出率可以達到 80%~85%[9]。我國在十九世紀七十年代就已經(jīng)開始出現(xiàn)細菌浸出錳礦的研究，雖然起步較早，但是發(fā)展相對緩慢。孟運生等加入菌生黃鐵礦對較低品位的錳礦進行了浸出實驗，浸出率可達到 60%左右 [11]。研究表明，錳渣主要成分為硫酸鈣、二氧化硅、硫酸錳銨、硫酸鎂錳銨等。另外，電解錳渣中錳含量為~%，硫酸銨含量高達 10~15%，主要表現(xiàn)形式為硫酸錳銨、硫酸鎂錳銨、硫酸鋁銨、硫酸鐵銨等復(fù)鹽形式，這些復(fù)鹽與水結(jié)合形成結(jié)晶水合物，將引起硫酸錳與硫酸銨的損失。 電解 錳渣處理與資源化利用 由于錳渣存在安全隱患，研究人員及學(xué)者從錳渣的無害化處理與資源化利用兩個方面著手，避免錳渣危害的發(fā)生。左宗利 [14]采用 Shp 機對含 錳量為 %的電解錳渣進行了選別試驗，并進行了連續(xù)運轉(zhuǎn)工業(yè)試驗 ； 劉勝利 [15]采用 預(yù)先磨礦 、 后強磁粗選 、 再強磁掃選的方案， 讓 錳精礦再次成為電解錳的合格原料 ； 王智 [16]采用添加水泥的方法對錳渣中可溶性錳進行固化 ，分離和去除了 有毒有害物質(zhì) ；胡南 [17]研究表明石灰或生石灰處理后的錳渣浸出液中重金屬含量達到《污水綜合排放標(biāo)準》 (GB8978—1996)一級標(biāo)準 ；劉仁龍 [18]采取磷酸鈉與氧化鈣無害化處理電解錳渣，固化后錳渣中 的 氨氮與錳 均能 達到國家安全排放標(biāo)準 ； 鐘宏等 [19]采用硫化鈣焙砂固化電解金屬錳渣中重金屬， 使得 錳渣 的浸出毒性符合相關(guān)國家標(biāo)準 ； 在曾經(jīng)生產(chǎn)電解錳的美國、日本和法國都是將電解錳渣與石灰混合后再進行填埋處置 [20]，國外最大的電解錳企業(yè)南非 MMC 公司填埋電解錳渣到一定高度后鋪置以 HDPE、粘土和石灰為防滲材料的襯里， 并 按此方法不 斷循環(huán)。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒 論 5 國內(nèi)外學(xué)者對電解錳渣有價 值 成分 的 回收 [2124]也進行了積極的探索 ： 劉作華等 [30]采用清水洗渣－銨鹽沉淀法 ， 從電解錳廢渣中回收可溶性錳，制得 含錳達13%以上的 碳酸錳，渣中可 溶性錳的回收率可達到 %以上。 但是由于錳渣含水率很高 ，錳渣中大量的硫酸銨復(fù)鹽難以去除，錳渣活性差，導(dǎo)致這些錳渣的資源化利用在實際應(yīng)用中使用較少。低品位錳礦的錳浸出率低，形成的復(fù)鹽含量較大，錳礦資源利用率低，所產(chǎn)生的錳渣的含水率居高不下，導(dǎo)致的環(huán)境污染問題與安全隱患問題普遍，電解錳資源化利用程度低等，都使得對新背景下的錳礦浸出研究勢在必 行。 課題研究內(nèi)容 本論文是以菱錳礦為研究對象，采用傳統(tǒng)的酸浸法進行錳礦浸出，添加不同的表面活性劑，旨在提高錳礦中錳的浸出率和降低錳渣含水率。將各個表面活性劑作用后的錳礦浸出率、錳渣含水率以及錳礦浸出液的表面張力進行對比、分析，探究各表面活性劑對錳礦浸出的影響及規(guī)律； （ 3） 探究表面活性劑對 錳礦浸出 作用機理 對錳渣進行 XRD、 XRF、電鏡掃描等方法進行分析，了解錳渣中復(fù)鹽種類和晶型，探究 表面活性劑對復(fù)鹽控制以及 對 錳渣 含水率的 作用 機制。添加表面活性劑，其在錳礦表面產(chǎn)生吸附作用，會對錳礦表面潤濕作用產(chǎn)生一定的影響，且不同類型的表面活性劑在礦石表面的吸附形式不同。固 氣 液界面間的傳質(zhì)變?yōu)楣?液界面直接傳質(zhì)，加快了傳質(zhì)過 程，提高了浸出速度，錳的浸出率也隨著增加。陰離子表面活性劑吸附在錳礦孔隙處，可以促進浸出液進入錳礦內(nèi)部，并與內(nèi)部的金屬錳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有時還會促進裂隙擴裂，稱之為“劈楔作用”。在固、液、氣三相交界處，作氣液界面切線，自該切線與固液界面的夾角稱為接觸角，以θ表示，如圖 所示。 () 式中， 錯誤 !未找到引用源。 ：單位面積固液界面張力； 錯誤 !未找到引用源。 由于表面活性劑能夠降低溶液的表面張力以及固液界面張力，根據(jù)公式 ()可知 錯誤 !未找到引用源。 均減少， 則 錯誤 !未找到引用源。）的錳礦表面，將導(dǎo)致 θ 減少。 表面活性劑降低錳渣含水率原理 錳 渣 表面存在很多微孔裂隙 [35]，在 細小的固體孔隙的浸濕過程叫做滲透過程，滲透過程發(fā)生的驅(qū)動力是液體表面婉約