NH4HCO3-NH3·H2O体系强化电解锰渣高效脱硫与复盐转化的机理研究

电解锰渣（EMR）的高硫酸盐含量严重制约其资源化利用。本研究创新性采用NH4HCO3-NH3·H2O体系，在70℃、120分钟条件下实现94.61%硫酸盐浸出效率，同时将Mn2+、Mg2+浓度降至9.87 mg/L和83.97 mg/L，并揭示复盐（如(NH4)2Mn(SO4)2·6H2O）解离机制，为EMR绿色处理提供新策略。

　　

论文解读：

电解锰渣（EMR）是锰金属生产过程中产生的酸性固体废弃物，每生产1吨锰金属即伴随10-12吨EMR生成。截至2024年，全球EMR堆存量已突破1.6亿吨，其高硫酸盐含量（主要成分为CaSO₄·2H₂O及(NH₄)₂M(SO₄)₂·6H₂O类复盐）不仅导致传统建材应用时出现凝结延迟、强度下降等问题，高温处理还会释放SO₂污染气体。更严峻的是，露天堆存易使Mn²⁺和NH₄⁺-N等污染物迁移至周边水土环境。现有脱硫技术如煅烧法（需900℃高温）、水洗法（效率仅43.18%）或生物浸出（耗时8天）均存在明显缺陷。

针对这一难题，广西某研究团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，提出NH₄HCO₃-NH₃·H₂O协同浸出体系。通过XRD、FT-IR、SEM-EDS等多维表征技术，结合电导率-pH耦合分析，系统探究了反应参数对硫酸盐浸出效率的影响机制。

关键技术方法
研究采用广西电解锰厂原始EMR样本，通过恒温水浴反应系统（控制温度70℃）开展批次实验，重点考察NH₄HCO₃投加量（10-40% EMR）、NH₃·H₂O剂量（0.04 mL/g）、固液比（1:5）等参数，采用BaCl₂沉淀法测定硫酸盐浸出率，并通过XPS解析Mn²⁺转化路径。

研究结果

1. NH₄HCO₃剂量效应：当投加量从10%提升至40% EMR时，硫酸盐浸出率由36.31%跃升至94.31%，归因于NH₄⁺和HCO₃^-浓度增加促进离子交换与复盐解离。
2. 碱性环境调控：NH₃·H₂O将pH稳定在7-9区间，既加速CaSO₄·2H₂O溶解，又促使Mn²⁺转化为MnCO₃/MnOOH而固定。
3. 复盐转化机制：体系成功解离(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O等复盐结构，金属离子与HCO₃^-生成CaMg(CO₃)₂、CaMn(CO₃)₂等碳酸盐矿物，FeS₂则转化为FeOOH。

结论与意义
该研究首次阐明NH₄HCO₃-NH₃·H₂O体系对EMR中复盐结构的解离-矿化协同机制，在温和条件下同步实现94.61%硫酸盐脱除与重金属（Mn²⁺残留仅9.87 mg/L）稳定化。相比传统方法，该技术能耗降低80%以上，且富铵浸出液可循环利用，为EMR大规模资源化提供了兼具经济性与环境友好的解决方案，对推动锰工业可持续发展具有重要实践价值。