淺析電鍍含銅和含鎳污泥的資源化回收工藝

前言

電鍍生產(chǎn)企業(yè)，根據不同的鍍種和產(chǎn)品，均須大量選用各種重金屬作為原料，如金、銀、銅、鎳、鉻、鋅、鐵、鎘等。在電鍍過(guò)程中，部分重金屬進(jìn)入廢水中，并通過(guò)廢水處理流程進(jìn)入污泥，成為電鍍污泥。電鍍污泥是一種典型的危險廢物（危險廢物編號為 HW22），必須經(jīng)過(guò)嚴格的無(wú)害化處理。

一般電鍍生產(chǎn)企業(yè)的電鍍污泥產(chǎn)量均較大，一個(gè)處理量為1萬(wàn)噸/天的廢水站，其產(chǎn)泥量可達1800噸/年。表1為一個(gè)典型的電鍍工業(yè)園的各類(lèi)污泥產(chǎn)生量及污泥中重金屬含量。

由表1可以看出，各鍍種均有電鍍污泥產(chǎn)生，來(lái)源廣泛。電鍍污泥含有大量的重金屬，具有回收價(jià)值，若對其進(jìn)行資源化回收，既可避免污染環(huán)境，還可產(chǎn)生一定經(jīng)濟效益。

1  電鍍污泥的危害及影響

重金屬普遍具有較大的毒性，其通過(guò)水、氣和食物鏈進(jìn)入人體后，會(huì )在體內累積，嚴重影響人體健康，甚至危及生命。電鍍污泥中的重金屬對環(huán)境產(chǎn)生的影響，主要表現在以下方面：

（1）電鍍污泥臨時(shí)堆放或處置時(shí)，污泥因表面干燥而引起揚塵，重金屬進(jìn)入大氣中造成污染。

（2）臨時(shí)堆放點(diǎn)由于雨水淋浸會(huì )產(chǎn)生固廢滲出液，使重金屬進(jìn)入地表水及地下水造成污染。如果采用被污染的廢水灌溉農作物，重金屬就會(huì )進(jìn)入食物鏈。

（3）固廢堆放或處置過(guò)程容易污染土壤，影響農作物的生長(cháng)，或通過(guò)農作物進(jìn)入食物鏈。

（4）固廢運輸過(guò)程中，因管理措施不嚴、發(fā)生交通事故等，可能會(huì )對沿途的環(huán)境造成污染。

2  電鍍污泥的處理與處置

由于電鍍污泥中含有大量的貴金屬，具有回收價(jià)值，因而電鍍生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的金、銀等貴金屬，一般各企業(yè)內部已經(jīng)回收，不會(huì )進(jìn)入電鍍污泥中。根據各種重金屬的市場(chǎng)價(jià)格，電鍍污泥中一般較具有回收價(jià)值的是含鎳污泥和含銅污泥。本文以處理量為1萬(wàn)t/d廢水處理站為例，簡(jiǎn)要介紹了產(chǎn)生的含鎳污泥和含銅污泥的“酸浸出”回收處理工藝。

2.1  含鎳污泥處理酸浸出工藝

含鎳污泥的分離處理包括酸浸出、銅萃取和除雜提純三個(gè)步驟。

2.1.1  酸浸出

電鍍污泥中加水、硫酸，利用化學(xué)反應熱進(jìn)行浸出，pH為1.0，固∶水∶酸 ＝1∶4∶1，攪拌2.5小時(shí)，鎳、銅的浸出率大于96％ ，浸出到終點(diǎn)后，進(jìn)行壓力過(guò)濾，浸出液送后道萃取，浸出渣水洗干凈后送固化場(chǎng)制磚固化處理，清洗水返回酸浸出。

浸出過(guò)程的主要化學(xué)反應如下：

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  銅萃取

萃取液用磺化煤油做載體，形成銅萃取有機相，用量為磺化煤油：萃取劑＝15∶1，萃取條件為：pH＝2，有機相（O）：水相（W）＝1∶1，采用兩段萃取以最大限度地萃取浸出液中的銅，萃取到終點(diǎn)后靜置分層，萃取水相除雜提純硫酸鎳，銅負載有機相用10％～15％的硫酸反萃得硫酸銅溶液，空載有機相送銅萃取。采用國際先進(jìn)的銅萃取劑，銅的萃取率可達99％以上。由于萃取液中銅含量較低，為便于后道的銅提取，用膜反滲透進(jìn)行濃縮，同時(shí)可以將反滲透水用于浸出渣的水洗，節約水的用量。

2.1.3  除雜提純

經(jīng)過(guò)銅萃取后，富鎳溶液中還含有鐵、少量的銅、鈣和鎂等雜質(zhì)，必須除雜后才能制得符合工業(yè)標準的硫酸鎳。提銅后的富鎳溶液經(jīng)E.Z.針鐵礦法除鐵后壓濾，壓濾渣送固化場(chǎng)固化處理，濾液用雜質(zhì)萃取液萃雜，進(jìn)一步深度除雜后得到工業(yè)級的硫酸鎳溶液。在這個(gè)過(guò)程中，鎳的損失很少，通過(guò)提純，鎳的回收率可達98％。部分清洗廢水送中和污水處理池處理達標后排放。

用“酸浸出－多級萃取”工藝，污泥中的鎳、銅回收率可達96％以上。通過(guò)鎳物料平衡可以看出，最后的廢渣量?jì)H有原污泥的20％左右，從而大大減少了污泥的排放量。

含鎳污泥處理工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2  含銅污泥處理酸浸出工藝

含銅污泥的分離處理包括酸浸出、銅萃取和鎳富集三個(gè)步驟。

2.2.1  酸浸出

電鍍污泥中加水、硫酸、氧化劑，利用化學(xué)反應熱進(jìn)行浸出，pH為1.0，固∶水∶酸＝1∶4∶1，攪拌 2.5小時(shí)，鎳的浸出率大于98％，銅大于96％，浸出到終點(diǎn)后，重力過(guò)濾，浸出液送后道萃取，浸出渣水洗干凈后送固化場(chǎng)制磚固化處理，清洗水返回酸浸出。浸出的主要化學(xué)反應如下：

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  銅萃取

萃取液用磺化煤油做載體，形成銅萃取有機相，用量為磺化煤油∶萃取劑＝15∶1，萃取條件為：pH＝2，有機相（O）∶水相（W）＝1∶1，采用兩段萃取以最大限度地萃取浸出液中的銅，萃取到終點(diǎn)后靜置分層，萃取水相送鎳萃取富集硫酸鎳，銅負載有機相用10％～ 15％的硫酸反萃得硫酸銅溶液，空載有機相送銅萃取。采用國際先進(jìn)的萃取劑，銅的萃取率可達99％以上。反萃液經(jīng)熱濃縮后得到工業(yè)五水硫酸銅。

2.2.3  鎳的萃取和富集

經(jīng)過(guò)銅萃取后，萃取余液中還含有鎳、鐵、鈣和鎂等重金屬，由于鎳含量較低，所以必須經(jīng)多級萃取將鎳富集，才能便于提純。在這個(gè)過(guò)程中，鎳的損失很少，鎳的回收率可達98％。反萃液經(jīng)膜反滲透富集后送鎳提純，水回用于浸出渣的水洗。

用“酸浸出－多級萃取”工藝，污泥中的鎳、銅回收率可達96％以上。鎳富集過(guò)程中的部分廢水送污水處理廠(chǎng)綜合污水池處理達標后排放。含銅污泥處理工藝流程見(jiàn)圖2。

2.3  含銅、含鎳污泥處理主要原材料消耗及理化性質(zhì)

2.3.1  主要原輔材料

主要原輔材料規格及年耗量見(jiàn)表2。

2.3.2  高濃度含銅污泥和含鎳污泥的產(chǎn)生

污泥處理生產(chǎn)中所涉及的污泥，均為電鍍生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生的污泥。電鍍企業(yè)一般涉及銅、鎳、鋅、錫、鉻、金、銀等電鍍和化學(xué)鍍工藝，電鍍廢水中含有銅、鎳、鋅、錫、鉻、金、銀、鍍件金屬等重金屬，電鍍污水可采用化學(xué)法為主輔以生化法的處理工藝。對污水處理產(chǎn)生的污泥進(jìn)行回收利用時(shí)，為了便于金屬的回收利用，在電鍍廢水處理過(guò)程中采用分質(zhì)單獨收集，分別進(jìn)行化學(xué)沉淀處理，這樣可以得到相對單純的含銅、含鎳污泥。電鍍污泥在經(jīng)過(guò)重力脫水和機械壓縮后得到含水量約75％的泥渣。污泥中的重金屬含量及物相組成見(jiàn)表3。

從表3中可以看出，銅、鎳占重金屬總排放量的比例較大，具有較大的回收利用價(jià)值；錫、鉻、鋅等重金屬占總金屬排放量的比例較少，利用價(jià)值不高，可外售給其他企業(yè)進(jìn)行固化制磚處理；金、銀等屬于貴金屬，由各電鍍生產(chǎn)廠(chǎng)家采用在線(xiàn)回收處理，污泥回收可不予考慮。

2.4  含銅、含鎳污泥處理中的物料平衡

2.4.1  含鎳污泥處理的物料平衡（見(jiàn)表4和圖3）

2.4.2  含銅污泥處理的物料平衡（見(jiàn)表5和圖4）

2.5  金屬平衡

污泥處理的鎳、銅平衡見(jiàn)圖5。

由圖5看出，鎳的回收率為95.9%，銅的回收率為 97.1%。

3  結語(yǔ)

（1）電鍍污泥中含有大量銅和鎳，對環(huán)境具有相當大的危害，但若對其進(jìn)行恰當處理，就可變廢為寶，不但可以消除環(huán)境污染，還可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。（2）含銅污泥和含鎳污泥均可采用萃取工藝進(jìn)行回收，產(chǎn)品為硫酸銅和硫酸鎳，其中銅的回收率可達 97.1%，鎳的回收率可達95.9%。

參考文獻：

[1] 李鳳仙，等.電化腐蝕－還原講解－混凝吸附法處理印染廢水的研究[J].中國   環(huán)境科學(xué)，1995,10（5）.

[2] 李恒 工業(yè)重金屬污泥穩定化處理技術(shù)及工藝研究[M].北京：清華大學(xué)，1999. [3] 安成強，等.電鍍三廢治理技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002.

[4] 國家科技標準司.電鍍污泥及鉻渣資源化實(shí)用技術(shù)指南[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)   出版社，1997.

[5] 趙由才.危險廢物處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[6] 張錫民.淺談電鍍污泥的金屬回收和無(wú)害化處理[J].資源節約和綜合利用，   1990，（3）.

[7] 陳凡植，等.電鍍污泥的綜合理利用實(shí)驗研究[J].化工進(jìn)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.來(lái)源：中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)