基于镍铁渣基复合磷酸盐化学键合材料协同固化电解锰渣机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21866018
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    39.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0606.固废污染与处置化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Electrolytic manganese residue, a kind of acid waste generated from the process of the electrolytic metal manganese, contains pollutants such as manganese, ammonium nitrogen, lead, and cadmium. Solidification/stabilization method has been currently recognized as an effective way to deal with the toxic wastes. However, the traditional alkaline cement method for the solidification of the electrolytic manganese residue has some disadvantages, including high ammonia release and lower carbonization resistance. In the present study, we want to prepare chemically bonded composite magnesium-iron phosphate ceramics with higher strength and more suitable setting behavior, according to the acid-based reaction between magnesium- and iron-rich ferronickel slag and acid phosphates, and then use the as-obtained ceramics to enduringly and efficiently solidify/stabilize the electrolytic manganese residue through chemical bonding, physical encapsulation and adsorption. We will investigate the influence of various factors, e.g. physicochemical characteristics of ferronickel slag, and phosphate species, on the microstructures and mechanical properties of chemically bonded composite phosphate ceramics, and then propose the formation mechanism of chemically bonded phosphate ceramics. During the solidification process of the electrolytic manganese residue with the chemically bonded composite magnesium-iron phosphate ceramics, we will evaluate the leachability of pollutants, and characterize the micromorphology, structure group, and occurrence state of the manganese, ammonium nitrogen, and other associated heavy metals, and then deduce the possible solidification/stabilization mechanism of electrolytic manganese residue using ferronickel slag based chemically bonded composite phosphate ceramics. We believe that the present study will provide experimental and theoretical evidence for expanding the reutilization approaches of ferronickel slag, and controlling electrolytic manganese residue pollution with chemically bonded composite phosphate ceramics.
电解锰渣是电解锰生产过程中产生的酸性废渣,含锰、氨氮、铅、镉等污染物,固化/稳定化技术是治理有害固废的一种有效途径,但传统碱性水泥固化锰渣存在高氨释放率、易碳化等缺陷。本申请提出以富含镁、铁质的冶炼镍铁渣为原料与磷酸/酸式磷酸盐反应制备高强、凝固速度适中的复合(铁-镁)磷酸盐化学键合材料,并用作基体材料通过化学键合、物理吸附及物理包裹三重作用高效、持久固化锰渣。拟研究镍铁渣的理化特性、磷酸盐种类等因素对磷酸盐化学键合材料性能的影响,探索镍铁渣基复合磷酸盐化学键合材料的制备机理;拟利用镍铁渣基复合磷酸盐化学键合材料固化电解锰渣,测试固化体毒性浸出,分析锰渣中锰、氨氮以及伴生重金属在固化体中的微观形貌、结构基团及赋存状态,揭示磷酸盐化学键合材料固化电解锰渣机理。预期研究成果将为拓展冶炼镍铁渣的综合利用途径及磷酸盐化学键合材料治理电解锰渣污染提供实验及理论依据。

结项摘要

电解锰渣(EMR)是电解锰行业最大、最危险的污染源,含锰(Mn)和氨氮(NH4+-N)等污染物,需进行固化/稳定化处理。而磷酸镁化学键合材料是一种常温下通过金属氧化镁与酸式磷酸盐反应形成的具有快凝、高强的新型无机胶凝材料,可用于土木工程、重金属及危险废弃物固化等领域。鉴于传统镁系磷酸盐化学键合材料施工可操作性差、处理成本较高等缺陷,项目提出利用富含镁、铁质的镍铁渣(FS)替代氧化镁与磷酸二氢氨(ADP)反应制备镍铁渣基复合(镁、铁)磷酸盐化学键合材料(FSCBPCs),并用其固化EMR。根据任务书规定,开展了以下主要研究内容:(1)系统研究了FS/ADP质量比、氧化镁量(M%)、水胶质量比(W/B)和缓凝剂硼酸量(BA%)对材料性能的调控行为。当FS/ADP=4:1、M%=4%、W/B=0.17、BA%=0.3%时,净浆凝结时间为12 min,试样1、3、7、28 d的抗压强度分别为32.6、39.9、48.7和54.9 MPa。(2)FS与ADP通过酸碱水化反应产生结晶水化产物鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)、磷镁铵石((NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O)和无定型磷酸铁盐相,三者协同胶结未反应FS颗粒,最终形成镍铁渣基复合(镁、铁)磷酸盐化学键合材料。(3)在复合磷酸盐化学键合陶瓷化过程中,EMR中的NH4+-N和Mn分别以鸟粪石(NH4MgPO4·6H2O),羟锰矿(Mn(OH)2)和磷酸锰(MnPO4·H2O)形式被稳定化。当EMR固化量=40wt%,FS/磷源(FS/P)=4:1时,固化体自然养护28 d的抗压强度达6.7 MPa,满足中国高速公路标准;Mn的固化率高达99.9%以上,游离NH4+-N的固化率达91.63%。研究成果为拓展冶炼镍铁渣的综合利用途径及磷酸盐化学键合材料治理电解锰渣污染提供实验及理论依据。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
电解锰渣中Mn和NH3-N固化/稳定化处理研究现状及展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    现代化 工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    母维宏;周新涛;黄静;和森;罗中秋;马越;王路星;邵周军
  • 通讯作者:
    邵周军
A novel iron phosphate cement derived from copper smelting slag and its early age hydration mechanism
一种新型铜冶炼渣磷酸铁水泥及其早期水化机理
  • DOI:
    10.1016/j.cemconcomp.2022.104653
  • 发表时间:
    2022-07-05
  • 期刊:
    CEMENT & CONCRETE COMPOSITES
  • 影响因子:
    10.5
  • 作者:
    Luo, Yunlong;Zhou, Xintao;Liu, Qin
  • 通讯作者:
    Liu, Qin
电炉镍铁渣在化学键合陶瓷材料中的应用研究现状与展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    现代化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵周军;周新涛;黄静;罗中秋;王路星;马越;母维宏
  • 通讯作者:
    母维宏
赤泥吸附重金属离子性能及其机理研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘钦;周新涛;黄静;罗中秋;邵周军;王路星;韦宇;雒云龙
  • 通讯作者:
    雒云龙
铜渣/电解锰渣基磷酸盐胶凝材料的制备及其形成机理探讨
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    化学工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    母维宏;和森;周新涛;黄静;罗中秋;马越;王路星;邵周军
  • 通讯作者:
    邵周军

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其他文献

铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备及其性能研究
  • DOI:
    10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2018.05.002
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    硅酸盐通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾行伟;宋向荣;罗中秋;周新涛;王敬冬;李娜秋
  • 通讯作者:
    李娜秋
铜渣基磷酸铁化学键合材料固化重金属Pb
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    环境工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李娜秋;罗中秋;周新涛;张建辉;王昊;和森
  • 通讯作者:
    和森
复合化学激发磷渣基胶凝材料性能及微观结构分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    现代化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建辉;周新涛;黄静;罗中秋;赵嘉鑫;陈继才;母维宏
  • 通讯作者:
    母维宏
铜渣基草酸盐水泥的制备及其性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王昊;罗中秋;周新涛;李娜秋;张建辉;和森
  • 通讯作者:
    和森
钾长石替换硅石作电炉法黄磷生产助熔剂基础研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘静;夏举佩;陈正杰;罗中秋;耿锐仙
  • 通讯作者:
    耿锐仙

其他文献

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罗中秋的其他基金

铁系草酸盐化学键合材料水化固砷机理研究
  • 批准号:
    22366023
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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