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【6h】

低品位软锰矿还原浸出过程及其动力学研究

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摘要

前言

1 文献综述

1.1 概述

1.2 我国锰矿资源

1.2.1 锰矿资源概况

1.2.2 我国对锰矿资源的利用模式

1.2.3 我国锰矿资源的供需情况

1.3 软锰矿还原工艺的研究现状

1.3.1 还原焙烧浸出工艺

1.3.2 湿法还原浸出工艺

1.4 木质生物质及其燕麦秸秆

1.4.1 木质生物质及资源概况

1.4.2 燕麦秸秆资源与利用

1.5 本课题提出的意义与研究内容

2 实验内容与方法

2.1 实验原料

2.1.1 软锰矿矿样

2.1.2 燕麦秸秆

2.2 实验主要试剂与仪器

2.3 实验方法

2.3.1 还原浸出的条件实验

2.3.2 还原浸出的动力学实验

2.3.3 锰矿中锰、铁测定

2.3.4 浸出液中各组分的测定

2.3.5 秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的测定

3 草酸还原浸出低品位软锰矿的过程研究

3.1 还原浸出软锰矿的化学原理分析

3.1.1 Mn-Fe-H2O系E-pH图

3.1.2 赤铁矿存在时浸出过程主要化学反应

3.2 草酸还原浸出软锰矿工艺的初步确定

3.2.1 正交实验方案

3.2.2 正交实验结果与分析

3.2.2 关于反应选择性

3.3 草酸还原浸出软锰矿的工艺优化

3.3.1 液固比对浸出过程的影响

3.3.2 硫酸浓度对浸出过程的影响

3.3.3 草酸用量对浸出过程的影响

3.3.4 浸出温度对浸出过程的影响

3.3.5 浸出时间对浸出过程的影响

3.3.6 最佳条件组合实验

3.4 草酸还原剂与燕麦秸秆还原剂

3.5 本章小结

4 燕麦秸秆还原浸出低品位软锰矿的过程研究

4.1 软锰矿还原浸出的化学原理

4.1.1 燕麦秸秆的酸性水解

4.1.2 软锰矿的还原浸出

4.2 浸出液中有机质含量的控制

4.2.1 浸出液的紫外-可见光谱

4.2.2 浸出液的COD值和还原糖含量

4.3 燕麦秸秆还原浸出软锰矿的工艺研究

4.3.1 液固比对还原酸浸过程的影响

4.3.2 硫酸浓度对还原酸浸过程的影响

4.3.3 燕麦秸秆用量对还原酸浸过程的影响

4.3.4 温度对还原酸浸过程的影响

4.3.5 时间对还原酸浸过程的影响

4.3.6 较优条件组合实验

4.4 还原浸出软锰矿的改良工艺及其机理

4.4.1 还原浸出软锰矿的改良工艺

4.4.2 燕麦秸秆酸浸过程中的组成变化

4.4.3 燕麦秸秆酸浸前后的红外光谱

4.4.4 浸出液的净化与硫酸锰的制备

4.5 本章小结

5 燕麦秸秆还原浸出低品位软锰矿的动力学研究

5.1 浸出过程的动力学分析

5.1.1 外扩散控制

5.1.2 内扩散控制

5.1.3 化学反应控制

5.1.4 一般的情况

5.2 燕麦秸秆还原浸出软锰矿的动力学结果与讨论

5.2.1 不同搅拌速率下软锰矿中锰的浸出率

5.2.2 温度对锰浸出率的影响

5.2.3 硫酸浓度对锰浸出率的影响

5.2.4 秸秆用量对锰浸出率的影响

5.2.5 燕麦秸秆还原软锰矿的动力学方程与浸出机理

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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摘要

论文研究了以燕麦秸秆为还原剂提取低品位软锰矿中的锰,并以草酸还原剂为参照,对软锰矿中锰的选择性浸出和浸出液中有机杂质的控制进行了研究。
  论文首先以草酸为还原剂,研究了软锰矿硫酸浸出过程,结果表明,各因素对锰浸出率的影响程度由大到小依次为:草酸用量、硫酸浓度、液固比、温度、时间。在搅拌速率为400 r/min,液固比为10 mL/g矿,H2SO4浓度为150 g/L,H2C2O4·H2O与软锰矿质量比为0.4,浸出温度为40℃,浸出时间60 min的最优条件下,锰、铁浸出率分别为94.4%和20.9%,此时反应选择性为72.2%。论文考察了浸出过程中硅的溶解以及草酸残存等问题。
  采用燕麦秸秆还原酸浸法提锰,用COD值表征浸出液中有机杂质的含量,通过单因素实验考察了浸出工艺,在搅拌速率为400r/min,液固比为9 mL/g矿,H2SO4浓度为150 g/L,燕麦秸秆与软锰矿质量比为0.3,浸出温度为90℃,浸出时间60 min的较优条件下,锰、铁浸出率分别为96.1%和46.8%,浸出液COD值为6.2 g/L。为克服浸出液COD值较高这一问题,可减缓秸秆水解速率,适当延长整个浸出过程的时间,结果表明,浸出5h,锰浸出率为91.8%,浸出液COD值降至0.67 g/L,纤维素和半纤维素的水解率分别为40.1%和82.3%。
  研究了燕麦秸秆作还原剂的锰浸出过程的动力学机理,结果表明,浸出过程符合未反应收缩核模型,锰浸出总速率受化学反应步骤控制,计算得反应表观活化能为69.4 kJ/mol,硫酸浓度的反应级数为1.66,秸秆用量的反应级数为0.90,秸秆还原浸出过程的动力学方程如下。根据已有实验结果推知,秸秆酸性水解是制约锰浸出总速率的关键步骤,可考虑将秸秆分两阶段与软锰矿进行反应,即秸秆中较易水解的半纤维素和较难水解的纤维素分别在不同条件下还原浸出软锰矿。1-(1-x)1/3=224.9/r0c1.661c0.902exp(69431/RT)t

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