矿冶工程杂志

原料名称	Fe₂O₃	Al₂O₃	SiO₂	其他
赤泥	33.2	26.4	25.2	15.2
非磁性物	1.9	38.9	37.2	22.0

原料名称	Fe₂O₃	Al₂O₃	SiO₂	其他
赤泥	33.2	26.4	25.2	15.2
非磁性物	1.9	38.9	37.2	22.0

赤泥用于酸性含锰废水中锰的净化研究

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阎丽 , 陈冬素

矿冶工程杂志 | 冶金 2024,44(4): 237-240

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矿冶工程杂志 | 冶金 2024, 44(4): 237-240

赤泥用于酸性含锰废水中锰的净化研究

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阎丽, 陈冬素

作者信息

湖南省环境保护科学研究院，湖南长沙 410004

阎丽（1984—），女，河南郑州人，博士，工程师，主要研究方向为重金属污染防治与规划、山水林田湖草沙一体化保护与修复、生态环境规划与政策。E-mail：11720793@qq.com

通讯作者:

陈冬素（1977—），女，湖南洞口人，硕士，工程师，主要研究方向为重金属污染防治与规划、生态环境规划与政策、农业农村生态环境保护。E-mail：360918907@qq.com

Purification of Manganese in Manganese-Containing Acidic Wastewater by Red Mud

Li YAN, Dongsu CHEN

Affiliations

Hunan Research Academy of Environmental Sciences, Changsha 410004, Hunan, China

出版时间: 2024-08-01 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2024.04.046

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摘要

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采用还原焙烧-磁选预处理赤泥，得到非磁性物；非磁性物经煅烧、盐酸溶出后加入饱和偏铝酸钠聚合剂聚合后过滤、熟化制备聚合氯化铝（PAC）基液；使用该PAC基液，在沉降时间5 h、PAC基液与废水体积比1∶120、搅拌转速140 r/min、pH值8、反应温度30 ℃、聚丙烯酰胺（PAM）投加量20 mg/L条件下处理含锰酸性废水，处理后液中锰质量浓度由325.3 mg/L降至1.5 mg/L，锰去除率达99.5%，净化后液中锰质量浓度达到国家一级排放标准。

关键词

废水处理 / 锰 / 絮凝沉淀法 / 含锰酸性废水 / 赤泥 / 非磁性物 / 聚合氯化铝 / 聚丙烯酰胺

Abstract

收起

Red mud was pre-treated with process of reduction roasting followed by magnetic separation, and the obtained non-magnetic material was calcined and then dissolved in hydrochloric acid. After that, it was filtered after addition of saturated sodium meta-aluminate polymerizing agent, and then matured to prepare polymeric aluminum chloride (PAC) base liquid, which was used in a purification test. With PAC-base liquid and manganese-containing wastewater in a volume ratio of 1∶120, stirring speed of 140 r/min, pH of 8, reaction temperature of 30 ℃, and addition of polyacrylamide (PAM) at an amount of 20 mg/L, the manganese mass concentration in the wastewater reduced from 325.3 mg/L to 1.5 mg/L after 5 hours of settlement, showing manganese removal rate up to 99.5%. It is shown that the manganese mass concentration in the purified liquid can meet class Ⅰ limit in the national discharge standard.

Key words

wastewater treatment / manganese / flocculation and precipitation / manganese-containing acidic wastewater / red mud / non-magnetic material / polymeric aluminum chloride (PAC) / polyacrylamide (PAM)

引用本文

阎丽, 陈冬素. 赤泥用于酸性含锰废水中锰的净化研究. 矿冶工程杂志, 2024 , 44 (4) : 237 -240 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2024.04.046

Li YAN, Dongsu CHEN. Purification of Manganese in Manganese-Containing Acidic Wastewater by Red Mud[J]. Mining and Metallurgical Engineering, 2024 , 44 (4) : 237 -240 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2024.04.046

正文

收起

近年来，随着工业不断发展，工业废水排放量激增。含锰废水主要来源于电解锰废水、钢铁及冶金产生的含锰废水^[1-2]、印染含锰废水、矿区及地下含锰废水等。含锰废水进入人体后，会对神经系统造成损害，还会对消化系统产生刺激作用；锰超标的水体还会对水生生物造成中毒效应，破坏水生生态系统的平衡；水生生物死亡后，会进一步加剧水体污染，形成恶性循环。

含锰废水常见的处理方法为中和法^[3-5]、硫化沉淀法^[6-8]和混凝-絮凝沉淀法^[9-10]。中和法利用锰离子在碱性条件下形成溶度积较小的氢氧化物，聚集形成大颗粒物沉淀后去除，但中和法处理需要较高的pH值环境，耗碱量大，且废水中常存在其他共存离子，由于锰矿物的氧化、镁离子的共沉淀以及无定形Al（OH）₃等的溶解，在pH值8.0以上时，难以维持pH值稳定，增加了化学中和处理锰的难度。硫化沉淀法采用硫化物将锰离子以难溶物硫化锰形式进行沉淀去除，但硫化物沉淀沉降效果差，成本较高，且出水硫化物残留会造成污染。混凝-絮凝沉淀法利用石灰中和、聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）混凝-絮凝沉淀处理含锰废水，出水水质可达到国家一级排放标准，但混凝沉淀需要较大量PAC，处理成本高。我国氧化铝生产企业较多，赤泥产量巨大^[11-12]。赤泥堆积占用土地资源，造成土壤、地下水和大气污染，为了减少赤泥的危害，需要加强对赤泥的处理和利用研究，而赤泥中铝含量高，可作为制备PAC的原料，实现对赤泥中铝资源的回收利用。因此，探究赤泥在含锰酸性废水处理中的应用具有一定价值。本文以赤泥为原料制备PAC基液，并使用该PAC基液处理含锰酸性废水，以废治废，在综合利用赤泥的同时实现含锰酸性废水治理。

1 实验原料及实验方法

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1.1 实验原料

实验所用含锰酸性废水水样采自某地电解锰废水。该废水pH值2.7，SS质量浓度约240 mg/L，Mn质量浓度325.3 mg/L，NH₃-N为69，色度180倍。

实验所用赤泥采自某氧化铝厂。该赤泥及其还原焙烧-磁选处理后非磁性物主要化学成分分析结果及XRD分析结果见表1和图1。由表1可见，赤泥和非磁性物中主要化学成分为Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂。由图1可见，赤泥中含铝矿物主要为赤铁矿、水钙铝榴石、一水硬铝石等，还原焙烧-磁选后非磁性物中含铝矿物主要为钙铝榴石、钙铝黄长石等。

实验用偏铝酸钠、聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）均为工业纯试剂。

1.2 实验方法

1.2.1 制备PAC基液

干燥赤泥经还原焙烧-磁选得到非磁性物，该非磁性物在780 ℃下煅烧4 h，并在盐酸浓度4 mol/L、液固比8∶1、溶出温度50 ℃条件下盐酸溶出5 h，溶出液加入饱和偏铝酸钠聚合剂聚合后过滤、熟化，得到PAC基液。

制备PAC基液主要反应式为：

(1)

(2)

(3)

1.2.2 处理含锰酸性废水

PAC通过吸附架桥、网捕、桥联、卷扫等作用，将水中的锰离子等悬浮颗粒凝聚成大颗粒的絮凝体，与PAM配合使用，使已经形成的锰离子絮凝体更加稳定，更快沉降。

在搅拌状态下将PAC基液加至已由NaOH调节pH值的含锰酸性废水中，加入PAM加速沉淀，过滤后得到底泥及净化后液。测定净化后液中锰质量浓度，计算锰去除率。

2 实验结果与讨论

收起

2.1 沉降时间的影响

在PAC基液与废水体积比1∶100、pH值为7、搅拌转速180 r/min、反应温度20 ℃、PAM投加量15 mg/L条件下，考察了沉降时间对锰去除率的影响，结果如图2所示。由图2可知，沉降时间由2 h延长到5 h，锰去除率不断上升；沉降时间由5 h延长到6 h，锰去除率无明显变化。适宜的沉降时间为5 h。

2.2 PAC基液与废水体积比的影响

沉降时间5 h，其他条件不变，考察了PAC基液与废水体积比对锰去除率的影响，结果如图3所示。由图3可知，PAC基液与废水体积比从1∶160调整到1∶120，锰去除率大幅上升；PAC基液与废水体积比从1∶120调整到1∶100，锰去除率变化不明显。适宜的PAC基液与废水体积比为1∶120。

2.3 搅拌转速的影响

PAC基液与废水体积比为1∶120，其他条件不变，搅拌速度对锰去除率的影响如图4所示。由图4可知，搅拌转速由60 r/min提高至140 r/min，锰去除率大幅上升；搅拌转速由140 r/min提高至180 r/min，锰去除率无明显变化。适宜的搅拌转速为140 r/min。

2.4 pH值的影响

搅拌转速140 r/min，其他条件不变，pH值对锰去除率的影响如图5所示。由图5可知，pH值由5升至8，锰去除率大幅上升；pH值由8升至9，锰去除率无明显变化。适宜的pH值为8。

2.5 反应温度的影响

pH值为8，其他条件不变，反应温度对锰去除率的影响如图6所示。由图6可知，反应温度由10 ℃升至30 ℃，锰去除率显著提高；反应温度由30 ℃升至40 ℃，锰去除率基本不变。适宜的反应温度为30 ℃。

2.6 PAM投加量的影响

反应温度30 ℃，其他条件不变，PAM投加量对锰去除率的影响如图7所示。由图7可知，PAM投加量由10 mg/L增加至20 mg/L，锰去除率大幅增加；PAM投加量由20 mg/L增加至25 mg/L，锰去除率无明显变化。适宜的PAM投加量为20 mg/L。

2.7 综合实验

根据单因素实验结果，得到PAC基液处理含锰酸性废水的适宜条件为：沉降时间5 h，PAC基液与废水体积比为1∶120，搅拌转速140 r/min，pH值为8，反应温度30 ℃，PAM投加量20 mg/L。在该条件下进行了综合实验，所得净化后液中锰质量浓度为1.5 mg/L，达到GB 8978—2002《污水综合排放标准》中的一级排放标准，锰去除率达到99.5%。

3 结论

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1）以赤泥为原料制备PAC基液，并以该PAC基液处理含锰酸性废水，适宜的处理条件为：沉降时间5 h，PAC基液与废水体积比1∶120，搅拌转速140 r/min，pH值8，反应温度30 ℃，PAM投加量20 mg/L。在该条件下，通过中和-混凝-絮凝-沉降分离工艺处理含锰酸性废水，净化后液中锰质量浓度降至1.5 mg/L，锰去除率达99.5%。

2）以赤泥制备PAC基液，实现了对赤泥中铝的回收利用，减少了赤泥堆积对环境的危害；使用该PAC基液处理含锰酸性废水，以废治废，除锰效果好，在综合利用赤泥的同时实现了含锰酸性废水治理。

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2024年第44卷第4期

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文章信息

doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2024.04.046

接收时间：2024-02-28
首发时间：2026-03-18
出版时间：2024-08-01

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收稿日期：2024-02-28

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湖南省环境保护科学研究院，湖南长沙 410004

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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