浅析电镀含铜和含镍污泥的资源化回收工艺

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篇首语:敏而好学,不耻下问。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了浅析电镀含铜和含镍污泥的资源化回收工艺相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

前言

电镀生产企业,根据不同的镀种和产品,均须大量选用各种重金属作为原料,如金、银、铜、镍、铬、锌、铁、镉等。在电镀过程中,部分重金属进入废水中,并通过废水处理流程进入污泥,成为电镀污泥。电镀污泥是一种典型的危险废物(危险废物编号为 HW22),必须经过严格的无害化处理。

一般电镀生产企业的电镀污泥产量均较大,一个处理量为1万吨/天的废水站,其产泥量可达1800吨/年。表1为一个典型的电镀工业园的各类污泥产生量及污泥中重金属含量。

由表1可以看出,各镀种均有电镀污泥产生,来源广泛。电镀污泥含有大量的重金属,具有回收价值,若对其进行资源化回收,既可避免污染环境,还可产生一定经济效益。

1  电镀污泥的危害及影响

重金属普遍具有较大的毒性,其通过水、气和食物链进入人体后,会在体内累积,严重影响人体健康,甚至危及生命。电镀污泥中的重金属对环境产生的影响,主要表现在以下方面:

(1)电镀污泥临时堆放或处置时,污泥因表面干燥而引起扬尘,重金属进入大气中造成污染。

(2)临时堆放点由于雨水淋浸会产生固废渗出液,使重金属进入地表水及地下水造成污染。如果采用被污染的废水灌溉农作物,重金属就会进入食物链。

(3)固废堆放或处置过程容易污染土壤,影响农作物的生长,或通过农作物进入食物链。

(4)固废运输过程中,因管理措施不严、发生交通事故等,可能会对沿途的环境造成污染。

2  电镀污泥的处理与处置

由于电镀污泥中含有大量的贵金属,具有回收价值,因而电镀生产过程中产生的金、银等贵金属,一般各企业内部已经回收,不会进入电镀污泥中。根据各种重金属的市场价格,电镀污泥中一般较具有回收价值的是含镍污泥和含铜污泥。本文以处理量为1万t/d废水处理站为例,简要介绍了产生的含镍污泥和含铜污泥的“酸浸出”回收处理工艺。

2.1  含镍污泥处理酸浸出工艺

含镍污泥的分离处理包括酸浸出、铜萃取和除杂提纯三个步骤。

2.1.1  酸浸出

电镀污泥中加水、硫酸,利用化学反应热进行浸出,pH为1.0,固∶水∶酸 =1∶4∶1,搅拌2.5小时,镍、铜的浸出率大于96% ,浸出到终点后,进行压力过滤,浸出液送后道萃取,浸出渣水洗干净后送固化场制砖固化处理,清洗水返回酸浸出。

浸出过程的主要化学反应如下:

Ni+H2SO4=NiSO4+H2

Ni(OH)2+H2SO4=NiSO4+2H2O

NiO+H2SO4=NiSO4+H2O

FeO+H2SO4=FeSO4+H2O

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O

2.1.2  铜萃取

萃取液用磺化煤油做载体,形成铜萃取有机相,用量为磺化煤油:萃取剂=15∶1,萃取条件为:pH=2,有机相(O):水相(W)=1∶1,采用两段萃取以最大限度地萃取浸出液中的铜,萃取到终点后静置分层,萃取水相除杂提纯硫酸镍,铜负载有机相用10%~15%的硫酸反萃得硫酸铜溶液,空载有机相送铜萃取。采用国际先进的铜萃取剂,铜的萃取率可达99%以上。由于萃取液中铜含量较低,为便于后道的铜提取,用膜反渗透进行浓缩,同时可以将反渗透水用于浸出渣的水洗,节约水的用量。

2.1.3  除杂提纯

经过铜萃取后,富镍溶液中还含有铁、少量的铜、钙和镁等杂质,必须除杂后才能制得符合工业标准的硫酸镍。提铜后的富镍溶液经E.Z.针铁矿法除铁后压滤,压滤渣送固化场固化处理,滤液用杂质萃取液萃杂,进一步深度除杂后得到工业级的硫酸镍溶液。在这个过程中,镍的损失很少,通过提纯,镍的回收率可达98%。部分清洗废水送中和污水处理池处理达标后排放。

用“酸浸出-多级萃取”工艺,污泥中的镍、铜回收率可达96%以上。通过镍物料平衡可以看出,最后的废渣量仅有原污泥的20%左右,从而大大减少了污泥的排放量。

含镍污泥处理工艺流程见图1。

2.2  含铜污泥处理酸浸出工艺

含铜污泥的分离处理包括酸浸出、铜萃取和镍富集三个步骤。

2.2.1  酸浸出

电镀污泥中加水、硫酸、氧化剂,利用化学反应热进行浸出,pH为1.0,固∶水∶酸=1∶4∶1,搅拌 2.5小时,镍的浸出率大于98%,铜大于96%,浸出到终点后,重力过滤,浸出液送后道萃取,浸出渣水洗干净后送固化场制砖固化处理,清洗水返回酸浸出。浸出的主要化学反应如下:

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O

Ni+H2SO4=NiSO4+H2

Ni(OH)2+H2SO4=NiSO4+2H2O

NiO+H2SO4=NiSO4+H2O

FeO+H2SO4=FeSO4+H2O

2.2.2  铜萃取

萃取液用磺化煤油做载体,形成铜萃取有机相,用量为磺化煤油∶萃取剂=15∶1,萃取条件为:pH=2,有机相(O)∶水相(W)=1∶1,采用两段萃取以最大限度地萃取浸出液中的铜,萃取到终点后静置分层,萃取水相送镍萃取富集硫酸镍,铜负载有机相用10%~ 15%的硫酸反萃得硫酸铜溶液,空载有机相送铜萃取。采用国际先进的萃取剂,铜的萃取率可达99%以上。反萃液经热浓缩后得到工业五水硫酸铜。

2.2.3  镍的萃取和富集

经过铜萃取后,萃取余液中还含有镍、铁、钙和镁等重金属,由于镍含量较低,所以必须经多级萃取将镍富集,才能便于提纯。在这个过程中,镍的损失很少,镍的回收率可达98%。反萃液经膜反渗透富集后送镍提纯,水回用于浸出渣的水洗。

用“酸浸出-多级萃取”工艺,污泥中的镍、铜回收率可达96%以上。镍富集过程中的部分废水送污水处理厂综合污水池处理达标后排放。含铜污泥处理工艺流程见图2。

2.3  含铜、含镍污泥处理主要原材料消耗及理化性质

2.3.1  主要原辅材料

主要原辅材料规格及年耗量见表2。

2.3.2  高浓度含铜污泥和含镍污泥的产生

污泥处理生产中所涉及的污泥,均为电镀生产线产生的污泥。电镀企业一般涉及铜、镍、锌、锡、铬、金、银等电镀和化学镀工艺,电镀废水中含有铜、镍、锌、锡、铬、金、银、镀件金属等重金属,电镀污水可采用化学法为主辅以生化法的处理工艺。对污水处理产生的污泥进行回收利用时,为了便于金属的回收利用,在电镀废水处理过程中采用分质单独收集,分别进行化学沉淀处理,这样可以得到相对单纯的含铜、含镍污泥。电镀污泥在经过重力脱水和机械压缩后得到含水量约75%的泥渣。污泥中的重金属含量及物相组成见表3。

从表3中可以看出,铜、镍占重金属总排放量的比例较大,具有较大的回收利用价值;锡、铬、锌等重金属占总金属排放量的比例较少,利用价值不高,可外售给其他企业进行固化制砖处理;金、银等属于贵金属,由各电镀生产厂家采用在线回收处理,污泥回收可不予考虑。

2.4  含铜、含镍污泥处理中的物料平衡

2.4.1  含镍污泥处理的物料平衡(见表4和图3)

2.4.2  含铜污泥处理的物料平衡(见表5和图4)

2.5  金属平衡

污泥处理的镍、铜平衡见图5。

由图5看出,镍的回收率为95.9%,铜的回收率为 97.1%。

3  结语

(1)电镀污泥中含有大量铜和镍,对环境具有相当大的危害,但若对其进行恰当处理,就可变废为宝,不但可以消除环境污染,还可产生较好的经济效益。(2)含铜污泥和含镍污泥均可采用萃取工艺进行回收,产品为硫酸铜和硫酸镍,其中铜的回收率可达 97.1%,镍的回收率可达95.9%。

参考文献:

[1] 李凤仙,等.电化腐蚀-还原讲解-混凝吸附法处理印染废水的研究[J].中国   环境科学,1995,10(5).

[2] 李恒 工业重金属污泥稳定化处理技术及工艺研究[M].北京:清华大学,1999. [3] 安成强,等.电镀三废治理技术[M].北京:国防工业出版社,2002.

[4] 国家科技标准司.电镀污泥及铬渣资源化实用技术指南[M].北京:中国环境科学   出版社,1997.

[5] 赵由才.危险废物处理技术[M].北京:化学工业出版社,2003.

[6] 张锡民.浅谈电镀污泥的金属回收和无害化处理[J].资源节约和综合利用,   1990,(3).

[7] 陈凡植,等.电镀污泥的综合理利用实验研究[J].化工进展,2001,(7).

[8] Lowe,P.,et al Developments in sewage sludge incineration Symp.   on Effluent Treatment and Waste Disposal Instn.Chem. Eng.,   University of beeds,1990.

[9] Ma ronggjun,Industrial Wastewater Treatmentt,Zhongnan Indusstry    Press,2003.来源:中国环保产业

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