铜镍废水处理

浅析电镀含铜和含镍污泥的资源化回收工艺
2010-03-25 16:47
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。

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。

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，固∶水∶酸＝
1∶4∶1，搅拌小时，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+H
2SO
4
=NiSO
4
+H
2
↑
Ni(OH)
2+H
2
SO
4
=NiSO
4
+2H
2
O
NiO+H
2SO
4
=NiSO
4
+H
2
O
FeO+H
2SO
4
=FeSO
4
+H
2
O
CuO+H
2SO
4
=CuSO
4
+H
2
O
Cu(OH)
2+H
2
SO
4
=CuSO
4
+2H
2
O
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。

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.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。

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。

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，固∶水∶酸＝1∶4∶1，搅拌小时，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+H
2SO
4
=CuSO
4
+H
2
O
Cu(OH)
2+H
2
SO
4
=CuSO
4
+2H
2
O
Ni+H
2SO
4
=NiSO
4
+H
2
↑
Ni(OH)
2+H
2
SO
4
=NiSO
4
+2H
2
O
NiO+H
2SO
4
=NiSO
4
+H
2
O
FeO+H
2SO
4
=FeSO
4
+H
2
O
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。

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。

含铜、含镍污泥处理主要原材料消耗及理化性质
主要原辅材料
主要原辅材料规格及年耗量见表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，在电镀污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。

含铜、含镍污泥处理中的物料平衡
含镍污泥处理的物料平衡（见表4和图3）
含铜污泥处理的物料平衡（见表5和图4）
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%，铜的回收率为 %。

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 %，镍的回收率可达%。