风化电镀污泥回收利用工艺研究.pdf

风化电镀污泥回收利用工艺研究 ① 岳 琦１， 刘三军２， 姚文明１， 代 江１， 焦 芬１ （１．中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 ４１００８３； ２．湖南临武嘉宇矿业有限责任公司，湖南 郴州 ４２４３００） 摘 要 以某多年堆积的电镀污泥为原料，采用重选脱泥除杂、氨法浸出工艺回收其中的铜镍，探究了碳酸铵用量、氨水浓度、液固 比、浸出时间等对铜镍浸出率的影响，确定最优工艺条件为氨水浓度１５％、浸出时间１２０ ｍｉｎ、碳酸铵用量１００ ｇ／ ｔ，液固比４∶１，此时 Ｃｕ 平均浸出率为 ８５．０５％，Ｎｉ 平均浸出率为 ８３．４５％，实现了对该电镀污泥的回收利用。 关键词 电镀污泥； 氨法浸出； 铜； 镍 中图分类号 ＴＦ１１１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１７．０４．０２３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１７）０４－００８６－０３ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ Ｒｅｃｙｃｌｅ ｏｆ Ｗｅａｔｈｅｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ Ｓｌｕｄｇｅ ＹＵＥ Ｑｉ１， ＬＩＵ Ｓａｎ-ｊｕｎ２， ＹＡＯ Ｗｅｎ-ｍｉｎｇ１， ＤＡＩ Ｊｉａｎｇ１， ＪＩＡＯ Ｆｅｎ１ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｕｎａｎ Ｌｉｎｗｕ Ｊｉａｙｕ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈｅｎｚｈｏｕ ４２４３００， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｏｍｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｓｌｕｄｇｅ ｓｔｏｒｅｄ ｉｎ ｈｅａｐｓ ｆｏｒ ｍａｎｙ ｙｅａｒｓ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ ｃｏｐｐｅｒ ａｎｄ ｎｉｃｋｅｌ ｔｈｅｒｅｉｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｄｅｓｌｉｍｉｎｇ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｌｅａｃｈｉｎｇ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｌｉｑｕｉｄ／ ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ， ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ Ｎｉ， Ｃｕ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎ ａｍｍｏｎｉａ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｔ １５％， １２０ ｍｉｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ａｔ １００ ｇ／ ｔ， ｌｉｑｕｉｄ／ ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ ａｔ ４ ∶１， ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ａｎ ａｖｅｒａｇｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ Ｃｕ ａｎｄ Ｎｉ ｒｅａｃｈｉｎｇ ８５．０５％ ａｎｄ ８３．４５％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｏｆ ｓｕｃｈ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｓｌｕｄｇｅ ｃａｎ ｂｅ ａｃｔｕａｌｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｓｌｕｄｇｅ； ａｍｍｏｎｉａ ｌｅａｃｈｉｎｇ； Ｃｕ； Ｎｉ 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［１－２］。 目前对电镀废水的处理主要采用化 学处理法［３］，由此会产生大量电镀污泥［４－５］，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［６－７］。 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［８］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［９－１１］，本文拟采用重选-浸出工艺处理该电镀污泥。 １ 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。 表 １ 除杂后电镀污泥主要化学组成（质量分数） ／ ％ ＳｎＭｎＦｅＣｕＣｒＺｎＮｉ ０．４７０．５２９．１５５．６１１．３７１．２２１．０３ 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 ①收稿日期 ２０１７－０２－２７ 基金项目 国家自然科学基金（２００５ｃｂ６２３７６０１） 作者简介 岳 琦（１９９３－），男，陕西富平人，硕士研究生，主要研究方向为二次资源处理。 第 ３７ 卷第 ４ 期 ２０１７ 年 ０８ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３７ №４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１７ 万方数据 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，Ｃｕ ２＋ 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［１２－１３］。 反应式为 Ｃｕ ２＋ ＋ ４ＮＨ３＋ ＣＯ３ ２－ → ［Ｃｕ（ＮＨ３）４］ＣＯ３（１） Ｎｉ ２＋ ＋ 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［１４］。 ２ 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。 碳酸按用量／g t-1 ■ 88 80 72 64 56 48 6080100120140 浸出率／  ■  ■  ■  ■  ■  Cu Ni 图 １ 碳酸铵用量对 Ｃｕ、Ｎｉ 浸出率的影响 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％。 氨水浓度／ ■ 90 85 80 75 70 65 60 510152025 浸出率／  ■  ■  ■  ■  ■  Cu Ni 图 ２ 氨水浓度对 Ｃｕ、Ｎｉ 浸出率的影响 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。 液固比 ■ 88 86 84 82 80 78 浸出率／  ■  ■  ■  ■  ■  Cu Ni 2 13 14 15 16 1 图 ３ 液固比对 Ｃｕ、Ｎｉ 浸出率的影响 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。 ７８第 ４ 期岳 琦等 风化电镀污泥回收利用工艺研究 万方数据 浸出时间／min ■ 86 82 78 74 70 66 浸出率／  ■  ■  ■  ■  ■  Cu Ni 6080100120140 图 ４ 浸出时间对 Ｃｕ、Ｎｉ 浸出率的影响 表 ２ 最优条件实验结果 实验序号 浸出率／ ％ ＣｕＮｉ １８５．３３８３．２６ ２８５．６９８４．１２ ３８４．１２８２．９６ 平均值８５．０５８３．４５ 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。 ３ 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％。 参考文献 ［１］ 李 峰，吴 欲，胡如南． 我国电镀废水处理回用的现状及探讨 ［Ｊ］． 电镀与精饰， ２０１１，３３（１０）１７－２０． ［２］ 王文星． 电镀废水处理技术研究现状及趋势［Ｊ］． 电镀与精饰， ２０１１，３３（５）４２－４６． ［３］ 贾金平，谢少艾，陈虹锦． 电镀废水处理技术及工程实例［Ｍ］． 北 京化学工业出版社， ２００９． ［４］ 彭昌盛，孟 洪，谷庆宝，等． 化学法处理混合电镀废水的工艺流 程及药剂选择［Ｊ］． 水处理技术， ２００３，２９（６）３６３－３６６． ［５］ 王海东． 电化学处理电镀废水研究［Ｄ］． 天津河北工业大学土木 工程学院， ２０１２． ［６］ 张忠民，石雪松． 电镀污泥的形成及处置［Ｊ］． 科技情报开发与经 济， ２００３，１３（５）９１－９２． ［７］ 张学洪，王敦球，黄 明，等． 电镀污泥处理技术进展［Ｊ］． 桂林理 工大学学报， ２００４，２４（４）５０２－５０６． ［８］ 胡海娇，刘定富． 浮选法回收电镀污泥中的铜和镍［Ｊ］． 广州化 工， ２０１３，３６（２１）４２－４６． ［９］ 邬建辉，罗妹妹，张光华，等． 转炉烟灰高效浸出铟的工艺研究 ［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１６，３６（６）９１－９３． ［１０］ 王 琪，姜 林． 硫酸浸出赤泥中铁、铝、钛的工艺研究［Ｊ］． 矿 冶工程， ２０１１（４）９０－９４． ［１１］ 白建峰，白 静，王鹏程，等． 酸性硫脲浸出废旧手机线路板中金 的研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５（２）８７－９０． ［１２］ 盛广能． 废弃电脑印刷线路板中铜回收的实验研究［Ｄ］． 青岛 青岛科技大学材料科学与工程学院， ２００８． ［１３］ 李红艺，刘伟京，陈 勇． 电镀污泥中铜和镍的回收和资源化技 术［Ｊ］． 中国资源综合利用， ２００５（１２）７－１０． ［１４］ 刘三军，欧乐明，冯其明，等． 低品位氧化锌矿石的碱法浸出［Ｊ］． 湿法冶金， ２００５，２４（１）２３－２５． 引用本文 岳 琦，刘三军，姚文明，等． 风化电镀污泥回收利用工艺研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（４）８６－８８． �������������������������������������������������������������������������������������������������� （上接第 ８５ 页） ［７］ 张双爱，王晓斌，王友胜． 某低品位铁精矿提质降杂试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１６，３６（６）５３－５６． ［８］ 朱德庆，赵 强，邱冠周． 安徽褐铁矿的磁化焙烧-磁选工艺［Ｊ］． 北京科技大学学报， ２０１０，３２（６）７１３－７１８． ［９］ Ｌｉ Ｊ， Ｌｉ Ｂ， Ｈａｎ Ｊ， ｅｔ ａｌ． Ａ Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｆｅ２Ｏ３， Ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］． ＪＯＭ， ２０１４，６６（８）１５２９－１５３６． ［１０］ 唐立靖，唐 云，梁居明． 高铝高硅褐铁矿钠化焙烧-磁选试验研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５（２）１１７－１１９． ［１１］ 刘瑞江，张业旺，闻崇炜． 正交试验设计和分析方法研究［Ｊ］． 实 验技术与管理， ２０１０，２７（９）５２－５５． ［１２］ Ｌｉ Ｇ， Ｙｕ Ｓ， Ｙａｎｇ Ｘ Ｓ， ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃ Ａｃｉｄ ｆｒｏｍ Ｓｗｅｅｔ Ｐｏｔａｔｏ Ｌｅａｖｅｓ ｂｙ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ［Ｊ］． Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ， ２０１１，８（１）４０３－４０７． 引用本文 王建英，张新龙，张铁柱． 固阳褐铁矿磁化焙烧-磁选扩大实 验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（４）８２－８５． ８８矿 冶 工 程第 ３７ 卷 万方数据