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鄒小姐：13326633089 -
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目前，世界上95%以上的氧化鋁都是采用拜耳法工藝生產(chǎn)，其主要過程包括鋁土礦高溫高壓溶出、赤泥沉降、晶種分解等工序。在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的過程中，有機(jī)物可通過多種途徑進(jìn)入拜耳循環(huán)，約96%的有機(jī)物來源于鋁土礦，其余有機(jī)物來源于工序中添加的浮選劑、絮凝劑等物質(zhì)。
隨著鋁土礦的不斷開發(fā)利用，其品位逐漸降低且有機(jī)物含量越來越高，當(dāng)有機(jī)物在拜耳液中不斷循環(huán)累積達(dá)到一定濃度后，會給氧化鋁的正常生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的危害，主要歸納為降低種分分解率、影響氧化鋁的質(zhì)量、改變?nèi)艹鲆旱奈锘再|(zhì)、增加堿耗及惡化生產(chǎn)環(huán)境等。因此，去除拜耳液中的有機(jī)物對于氧化鋁生產(chǎn)具有重要意義。
部分氧化鋁廠拜耳液中有機(jī)物種類及分布
目前，脫除拜耳液中有機(jī)物的常規(guī)方法主要有鋁土礦焙燒法、母液焙燒法、沉淀法、結(jié)晶法、吸附法、離子交換法及生物法等，這些方法存在能耗大、成本高、二次污染嚴(yán)重、可處理的有機(jī)物范圍窄及沉淀劑用量大等問題。而高級氧化技術(shù)(advanced oxidation processes,AOPs)是一種清潔環(huán)保的新型有機(jī)物處理工藝，該技術(shù)具有反應(yīng)速率快、去污效率高、應(yīng)用靈活、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，在污水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景，在拜耳液中有機(jī)物去除方面逐漸受到關(guān)注。
高級氧化技術(shù)的原理特點
高級氧化技術(shù)是通過向反應(yīng)體系中輸入氧化劑（如O3和H2O2等）、催化劑（如鎳銅合金、CuO、TiO2等）以及外界能量（如電能、光能等），產(chǎn)生高活性氧自由基（如·OH,O2-·,H2O2等），經(jīng)過一系列反應(yīng)后，廢水中的有機(jī)污染物被轉(zhuǎn)化為小分子中間產(chǎn)物、CO2、H2O和無機(jī)鹽等物質(zhì)，從而實現(xiàn)有機(jī)廢水的無害化處理。其中，·OH的氧化能力極強且非常活潑，幾乎能與所有的含氫化合物作用且無二次污染。
高級氧化技術(shù)的氧化機(jī)理
高級氧化技術(shù)具有以下幾方面的特點：
（1）速度快、效率高。高級氧化技術(shù)在反應(yīng)過程中可以產(chǎn)生較多·OH，在高電子密度的有機(jī)物（如含硝基、磺酸基和氯基等基團(tuán)的有機(jī)物）的氧化方面具有顯著效果；
（2）可控性好。可以添加氧化劑和催化劑使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不間斷地運行，通過控制反應(yīng)條件和加入化學(xué)藥劑可以隨時控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行及中止反應(yīng)；
（3）適用范圍廣。不僅可以單獨用于有機(jī)物廢水的預(yù)處理和深度處理，還可以與其他技術(shù)組合使用，不同高級氧化技術(shù)之間相互強化作用，達(dá)到提高處理效率和降低成本的目的；
（4）節(jié)能環(huán)保?！H作為高級氧化技術(shù)的中間產(chǎn)物，可引發(fā)后續(xù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自發(fā)放出的熱量將為系統(tǒng)供能，直至鏈?zhǔn)椒磻?yīng)終止，同時產(chǎn)物安全無害，可實現(xiàn)高效綠色降解。
幾種高級氧化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
1.臭氧氧化法
臭氧由于具有作用范圍廣、快速高效、無污染等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注，臭氧氧化法主要通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的·OH強烈氧化溶液中部分難降解的有機(jī)物而發(fā)揮作用，亦被廣泛應(yīng)用于殺菌消毒及水質(zhì)脫色處理等方面，
臭氧氧化法處理拜耳液中部分有機(jī)物的效果顯著，但是單一臭氧氧化對于草酸鈉等有機(jī)物的去除效果并不明顯，同時臭氧易降解含碳碳雙鍵的有機(jī)物，生成醇、醛、酮、酸等小分子中間產(chǎn)物，但很難進(jìn)一步將其礦化為二氧化碳。此外，工藝成本高及O3制備效率低是限制該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的最大難題。因此，可以考慮臭氧聯(lián)合其他高級氧化技術(shù)，在增強臭氧氧化效果的同時克服其不足之處，從而推進(jìn)臭氧氧化法的工業(yè)化進(jìn)程。
臭氧氧化過程
2.濕式氧化法
強氧化物（空氣、氧氣等）在高溫(150~ 350 C)、高壓(0.5~20 MPa)下可產(chǎn)生大量·OH，濕式氧化法正是基于此特性，在液相水的存在下對溶液中的有機(jī)物進(jìn)行高溫高壓氧化處理，將其高效氧化降解為CO2和H2O等小分子物質(zhì)。
其中，催化劑可以降低反應(yīng)活化能，使得自由基的氧化能力大幅提升，從而提高有機(jī)物的去除效率，還可以提高氧化反應(yīng)的安全性。目前，常用的催化劑主要是CuO、Cu2+和鎳銅合金等。
與常規(guī)方法相比，濕式氧化法克服了適用范圍窄、處理效率低、二次污染嚴(yán)重和氧化速率慢等缺點，但是仍需克服反應(yīng)條件苛刻和一次性投資巨大等局限性。
濕式氧化法裝置示意圖
3.光催化氧化法
常規(guī)條件下將光輻射和光敏催化劑（如TiO2、SnO2等）引入反應(yīng)體系，通過光激發(fā)引起氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化活性基團(tuán)，如·OH、O2-·及HO2·等，進(jìn)而高效氧化有機(jī)物。該方法可以避免濕式氧化法高溫高壓的苛刻條件，具有有機(jī)物去除效率高、反應(yīng)條件要求低及反應(yīng)速率快等優(yōu)點，在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
光催化法原理示意圖
光催化氧化法具有反應(yīng)性和化學(xué)穩(wěn)定性高、毒性小、成本低等優(yōu)點，能夠有效處理拜耳液中的有機(jī)物。但是，為了最大化利用光能，仍需尋找溶液的最佳稀釋比以及篩選和制備高效光催化劑。薄膜光反應(yīng)器是一種將光催化劑作為特殊薄膜的反應(yīng)器，具有成本低、催化劑易于分離及光利用率高等特點，但在催化劑薄膜的篩選及制備方面尚有待進(jìn)一步深入研究。
4.復(fù)合高級氧化技術(shù)
隨著對于拜耳液中有機(jī)物成分的研究不斷深入，單一高級氧化技術(shù)難以有效去除日益復(fù)雜的各種有機(jī)物。將多種高級氧化技術(shù)聯(lián)用可達(dá)到“1+1>2”的效果，其相互之間的協(xié)同作用可有效提高·OH濃度，加快有機(jī)物的降解速率，降低高級氧化技術(shù)的應(yīng)用成本。
針對拜耳液中有機(jī)物的去除，O3與H2O2聯(lián)用可有效解決單一高級氧化技術(shù)面臨的種種缺陷，例如濕式氧化法面臨的反應(yīng)條件苛刻、設(shè)備材料要求高等問題以及臭氧氧化法面臨的成本高昂等問題。
5.其他高級氧化技術(shù)
除上述介紹的高級氧化技術(shù)外，還有其他高級氧化技術(shù)，主要包括過硫酸鹽氧化法(persulphate oxidation, PSO)、電催化氧化法(electrocatalytic oxidation,EO)、超聲氧化法(ultrasonic oxidation,US)、超臨界水氧化法(supercritical water oxidation,SCWO)、芬頓氧化法(Fenton oxidation process, FOP)等，目前，這些氧化技術(shù)尚未應(yīng)用于拜耳液中有機(jī)物的處理。垃圾滲濾液、部分有機(jī)廢水與拜耳液含有相似的成分，如腐殖質(zhì)、甲酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽或芳香族化合物等，這些高級氧化技術(shù)已應(yīng)用于垃圾滲濾液與部分有機(jī)廢水的處理中，表明其具有應(yīng)用于拜耳液中有機(jī)物去除的潛力。
總結(jié)
高級氧化技術(shù)具有速度快、效率高、可控性好、適用范圍廣且環(huán)境友好等優(yōu)勢，在拜耳液中有機(jī)物去除方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前仍然存在較大的局限性，例如高耗能、高成本、對設(shè)備要求高等缺點。
在拜耳液中復(fù)雜、難處理的有機(jī)物降解方面，高級氧化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢主要為：通過不同高級氧化技術(shù)之間的協(xié)同作用，有效克服單一高級氧化技術(shù)的現(xiàn)有缺陷，提高有機(jī)物的處理效率和降低成本；對于不同有機(jī)物的氧化降解機(jī)理需要進(jìn)一步深入研究；研究成本更低、效果更好的新型氧化劑和催化劑，以有效增加自由基的產(chǎn)率，進(jìn)一步提高有機(jī)物的去除效率。
參考來源：
高級氧化技術(shù)去除拜耳液中有機(jī)物的研究進(jìn)展，冉劍鋒、段海盛、姚家舒、李亞麗、尹少華（昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院、昆明理工大學(xué)復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室、云南文山鋁業(yè)有限公司）。
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