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风化电镀污泥回收利用工艺研究
发布:2018-8-10

随着电镀等材料处理工艺 的广泛应用,产生了大量电镀废水。 目前对电镀废水的处理主要采用化学处理法,由此会产生大量电镀污泥,不仅污染环境,而且每年随电镀污泥流失的金属达数千吨,造成资源极大浪费。 因此,很有必要对电镀污泥进行及时处理。 某电镀污泥为电镀厂野外多年堆积废料,成分复杂,含水量高,且位于垃圾场中,污泥氧化风化严重,夹杂大量生活垃圾、工业废品。 该电镀污泥遇水泥化严重,无法使用磨矿⁃浮选法回收其中的有用金属。 浸出工艺在二次资源回收中有着良好应用前景,本文拟采用重选⁃浸出工艺处理该电镀污泥。

实验

1.1 原 料

实验原料(电镀污泥) 含水量高、含杂较多,对于后续的浸出等流程产生不利影响,因此首先应该除去 原料中杂质。 电镀污泥中杂质主要为草木根、电线皮、塑料渣等,在污泥中形成网状结构,无法过 100 目(0.15 mm)筛,且污泥遇水泥化严重,球磨机不能正常工作,不能满足后续浸出要求。

使用摇床一粗一精流程对原料进行脱泥除杂,脱去的轻产物均为电线皮、草木根等可燃物,可作为垃圾焚烧发电的燃料。 重产物中-0.074 mm 粒级占 70%。除杂后的电镀污泥化学组成如表 1 所示。

1.2 实验原理

对经过重选脱杂处理后的原料采用氨浸法回收其中的 Cu 和 Ni。 氨浸法具有对 Cu、Ni 选择性好、后续处理较容易、环境污染小等优点。

根据配位理论,Cu2+的电子构型为 d9,在与氨配位时,形成 dSP 2 杂化轨道,并与氮原子的非键轨道重叠,形成共价配位键,生成稳定的络合物,Ni 也有类似反应 。 反应式为:

Cu2+ + 4NH3 + CO3 2- → [Cu(NH3)4]CO3       (1)

Ni2+ + 6NH3 + CO3 2- → [Ni(NH3)6]CO3        (2)

由式(1)、(2)可见,Cu,Ni 在浸出液中会产生稳定络合离子,有利于浸出反应的进行,且在浸出阶段就能得到较好的分离;为提供反应所需的 CO3 2- 且不引入其他离子,只需在反应过程中加入足量的碳酸铵。因氨水受热不稳定易挥发,综合考虑成本,故采用室温25 ℃作为反应温度。

1.3 实验方法

预先配置好一定液固比和一定浓度的氨水⁃碳酸铵溶液,加入装有 50 g 污泥样品的 500 mL 平底烧瓶内,置于恒温震荡水浴锅内水浴并冷凝回流,震荡速度为 500 r / min,反应一段时间后进行过滤,对浸出渣、浸出液分别进行化验,测定其中的 Cu、Ni 的含量,并计算其浸出率 。


实验结果与讨论


2.1 碳酸铵用量对铜镍浸出率的影响

液固比 4 ∶1,在恒温震荡水浴锅中震荡 120 min,氨水浓度 20%,碳酸铵用量对铜镍浸出率的影响如图1 所示。 由图 1 可知,碳酸铵用量对浸出率的影响较大。 根据化学反应动力学,CO3 2-浓度越大,作用的离子越多,对反应越有利。 当碳酸铵用量为 100 g / t 时,Cu、Ni 浸出率均较大;当碳酸铵用量进一步增大时,Cu、Ni 浸出率变化均不大,考虑到生产成本,确定碳酸铵适宜用量为 100 g / t。

2.2 氨水浓度对铜镍浸出率的影响

碳酸铵用量 100 g / t,其他条件不变,氨水浓度对铜镍浸出效果的影响如图2所示。 由图2可知,随着氨水浓度增加,Cu、Ni 浸出率也逐渐上升。 根据扩散动力学,氨水浓度越大,铵根离子越多,对浸出越有利。当氨水浓度为 15%时,Cu 浸出率达到最大,当氨水浓度达到 20%时,Ni 浸出率达到最大值,当浓度进一步增大时,Cu、Ni 浸出率变化均不大,考虑到生产成本,确定适宜的氨水浓度为 15%。

2.3 液固比对铜镍浸出率的影响

氨水浓度 15%,其他条件不变,液固比对浸出率的影响如图3所示。由图3可知,Cu、Ni 浸出率随着液固比增加而提高,当液固比为4:1时,Cu、Ni 浸出率均达到最大值,再进一步增大液固比,两者的浸出率变化不大。 为节省成本,确定适宜的液固比为4:1。

2.4 浸出时间对铜镍浸出率的影响

液固比 4 ∶1,其他条件不变,浸出时间对浸出率的影响如图 4 所示。 由图 4 可知,浸出时间达到 120 min后,延长浸出时间对浸出率的影响不大,可以认为浸出液中反应基本完成,故确定浸出时间为 120 min。

2.5 最优条件实验

由上述实验可知,该电镀污泥最佳 Cu、Ni 回收工艺为:原料经一粗一精摇床脱泥除杂,所得摇床精矿在氨水浓度 15%、浸出时间 120 min、碳酸铵用量 100 g / t,液固比 4 ∶1的条件下进行浸出。 以上述最优条件进行了 3 次重复验证实验,所得结果如表 2 所示。

由表 2 可知,在最优条件下,Cu 浸出率均在 84%以上,Ni 浸出率均在 82%以上,说明该难处理电镀污泥经过摇床脱泥除杂之后,使用氨水⁃碳酸铵浸出液体系浸出效率高,可实现有用金属的回收利用,避免了资源浪费和环境污染。

氨水⁃碳酸铵浸出液体系对 Cu、Ni 选择性良好,电镀污泥原料中的其他成分,如 Sn、Mn、Fe、Gr、Al 等被富集在浸出渣中,有利于下一步回收利用。


结论


1) 针对难处理电镀污泥,采用一粗一精摇床脱泥除杂,能很好地除去其中杂质,便于后续浸出工序顺行;摇床分离出的轻产物可以作为垃圾焚烧;摇床精矿使用氨水⁃碳酸铵浸出液体系浸出,能有效回收利用其中的Cu、Ni。 该工艺实现了原污染源的综合回收利用。

2) 在氨水浓度 15%、浸出时间 120 min、碳酸铵用量 100 g / t,液固比 4 ∶1的条件下对经过脱泥除杂的电镀污泥进行浸出,Cu 平均浸出率为 85.05%,Ni 平均浸出率为 83.45%。

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