硫铁矿废水及处理污泥的资源化利用研究

论文摘要

硫铁矿废水系硫铁矿开采过程中或闭矿后产生的含铁量高、酸性强的天然废水,硫铁矿废水处理污泥系中和法处理硫铁矿废水产生的富铁污泥。硫铁矿废水及处理污泥的资源化利用,不仅可以解决其污染问题,同时可充分利用其铁资源,具有重要的现实意义。本论文探索性地研究了以硫铁矿废水为原料制备纳米铁黑颜料、以硫铁矿废水及处理污泥为原料制备聚合硫酸铁工艺流程的可行性及最佳工艺条件。硫铁矿废水预处理除铝后作为二价铁源,添加一定量的氯化铁作为三价铁源,以化学共沉淀法制备纳米铁黑颜料。结果表明:在反应溶液nFe3+/nFe2+为1.95、反应温度55℃、反应溶液初始pH值8.5、反应时间40 min的最优工艺条件下,能制备得到较高品质的纳米铁黑颜料。经XRD、SEM及铁黑颜料技术指标检测分析,该铁黑颜料平均粒径在16.6 nm左右,Fe3O4含量在90%以上,各项指标均能达到氧化铁黑颜料行业标准中一级品的要求。在最优工艺条件的基础上,在搅拌速度250 r/min、沉淀剂氢氧化钠质量浓度7.5%、分散剂柠檬酸（质量浓度1%）投加量1.0 mL的条件下,能制备得到高着色力铁黑颜料。经XRD、SEM分析,Fe3O4粒子之间团聚现象明显改进,粒径也有一定程度的减小。用硫铁矿废水与浓硫酸的混合液（体积比9:1）提取污泥中铁元素,在混合液与干污泥的体积质量比3.4:1,酸溶时间15 min,酸溶温度65℃的条件下,污泥中铁的提取效果较好。离心分离后的污泥提取液,经过氧化聚合制备聚合硫酸铁。结果表明,在反应溶液初始pH值0.9,反应温度40℃,反应时间2 h,氧化剂投加量为理论投加量2倍的条件下,制备得到的聚合硫酸铁质量最好;对印染废水的混凝沉淀实验发现其混凝沉淀效果已达到市售聚合硫酸铁水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 本文研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 硫铁矿废水及处理污泥概述
• 2.1.1 硫铁矿废水形成原因、成分及其危害
• 2.1.2 硫铁矿废水一般处理方法
• 2.1.3 硫铁矿废水综合利用现状
• 2.1.4 硫铁矿废水处理污泥综合利用现状
• 2.2 铁黑颜料概述及制备研究
• 2.2.1 铁黑颜料的性质及用途
• 2.2.2 铁黑颜料一般制备方法
• 2.2.3 铁黑颜料制备的理论基础
• 2.2.4 铁黑颜料制备的影响因素
• 2.3 聚合硫酸铁概述及制备研究
• 2.3.1 聚合硫酸铁的性质及用途
• 2.3.2 聚合硫酸铁制备的理论基础和一般制备方法
• 2.3.3 聚合硫酸铁制备的影响因素
• 2.4 小结
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验材料及设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验设备
• 3.2 硫铁矿废水制备纳米铁黑颜料的工艺流程和原理
• 3.2.1 实验工艺流程
• 3.2.2 实验反应机理
• 3.3 硫铁矿废水制备纳米铁黑的影响因素分析与确定
• 3.4 硫铁矿废水制备高着色力纳米铁黑颜料的影响因素分析与确定
• 3.5 铁黑颜料性能测定及表征
• 3.5.1 铁黑颜料性能的测定
• 3.5.2 铁黑颜料性能的测定
• 3.6 硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁的工艺流程和原理
• 3.6.1 实验工艺流程
• 3.6.2 实验反应机理
• 3.7 硫铁矿废水处理污泥中提取铁的影响因素分析与确定
• 3.8 污泥提取液制备聚合硫酸铁的影响因素分析与确定
• 3.9 聚合硫酸铁性能测定及混凝沉淀实验
• 3.9.1 聚合硫酸铁性能的测定
• 3.9.2 聚合硫酸铁的混凝沉淀实验
• 3.10 实验的创新点
• 第四章 硫铁矿废水制备纳米铁黑颜料的工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 硫铁矿废水制备纳米铁黑颜料实验
• 4.2.1 单因素实验结果与分析
• 4.2.2 正交实验结果与分析
• 4.2.3 工艺条件的确定
• 4.3 硫铁矿废水制备高着色力纳米铁黑颜料实验
• 4.3.1 实验结果与分析
• 4.3.2 工艺条件的确定
• 4.4 铁黑颜料性能检测结果
• 4.4.1 铁黑颜料技术指标检测分析
• 4.4.2 XRD 检测
• 4.4.3 SEM 分析
• 4.4.4 红外分析
• 4.5 小结
• 第五章 硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁的工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 硫铁矿废水处理污泥中铁的提取实验
• 5.2.1 铁的提取实验结果与分析
• 5.2.2 工艺条件的确定
• 5.3 污泥提取液制备聚合硫酸铁实验
• 5.3.1 聚合硫酸铁制备实验结果与分析
• 5.3.2 工艺条件的确定
• 5.4 聚合硫酸铁性能检测与混凝沉淀实验结果
• 5.4.1 聚合硫酸铁技术指标检测分析
• 5.4.2 混凝沉淀实验结果
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文