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镀钛|镀铬|PVD涂层 » Archivers » 氨浸-加压氢还原法回收电镀污泥中的铜和镍

摘要：研究采用氨浸-加压氢还原法对电镀污泥中的铜和镍进行了分离回收，分析了氨浸和氢还原过程中各因素的影响。结果表明，采用NH3-（NH）42SO4氨浸体系，在温度25℃，时间60min，NH3浓度6.5mol/L，液固比3的条件下，Ni、Cu、Zn的浸出率分别达到80.25%、77.42%、91.07%；当浸出液pH5.4~5.6，温度160℃，时间60min，搅拌转速500r/min，氢分压2MPa时，氢还原铜和镍的回收率分别达到71%和64%。

关键词：电镀污泥；氨浸；氢还原；铜；镍

中图分类号：X705文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.6E.037文章编号：1003-6504(2010)6E-0135-04

产生于电镀废水处理过程中的电镀污泥，含有大量的Cu、Ni、Zn、Cr、Fe等金属成分（见表1）。因此，电镀污泥一方面属于危险废物，对环境和人体健康危害严重，另一方面又是宝贵的金属资源。研究经济、高效的有价金属回收方法，不仅有利于环境保护而且也具有较好的经济效益。湿法工艺一般由浸出—浸出液净化和富集—提取金属或化合物等工序组成。常温常压下的氨浸法具有较高的选择性，可以实现电镀污泥中金属的初步分离，从而为铜镍等进一步分离和纯化提供基础。浸出液中金属的提取常用萃取、化学沉淀等方法，但所获得的产品为金属盐，价值不高。氢还原分离法直接用还原性气体从溶液中沉淀金属，选择性的获得单质金属产品，流程简单，设备固定投资少，操作方便，产品质量好，产值较高，通过改变生产条件，可以分离和生产不同纯度、不同粒度的铜、镍产品，在提取冶金中是一种常用的有效方法。目前该方法已扩展到电镀污泥领域，但相关研究报道还较少。本文采用氨浸—加压氢还原法从电镀污泥中分离并制取金属铜粉和镍粉，实现电镀污泥的资源化利用，具有积极意义。

1·试验材料与方法

1.1试验用电镀污泥

实验所用原料取自常州市某电镀厂处理电镀废水后污泥，并已脱水风干，颜色为黄褐色，含水率0.76%，其中的金属成分和含量见表2。氢还原分离探索实验所用原料，是依据实际原料中的金属含量自制的含铜、镍、锌氢氧化物的电镀污泥。

1.2试验方法

预处理：将电镀污泥过筛除去毛发、石子等杂质，再放入烘箱内在102℃烘干，过100目筛备用。氨浸：取一定量的电镀污泥，按照试验设计的液固比加入浸出剂，在水浴恒温振荡器中进行浸出后，浆料过滤得浸出液，氨水通过蒸氨再利用。在浸出工序中，采用NH3-（NH4）2SO4体系，反应式如下：

由反应式确定n[NH3]∶n[（NH）42SO4]=4∶1。氢还原：自制和实际电镀污泥氨浸后，调节浸出液pH至5.4～5.6，并加入PAA0.2g/L、PdCl20.8g/L，将浸出液加入到高压反应釜中，在设定的反应温度、氢压力和搅拌转速下反应。

分析：金属组分采用离子体发射光谱仪ICP-AES做定量分析，根据物料平衡关系，计算金属浸出率和回收率。

1.3试验装置

在两立升不锈钢高压反应釜内进行，采用磁力机械搅拌装置，将料液装入釜内密封后先用氮气置换釜内空气，在氮气氛下升到规定温度，然后用氢气置换氮气两次，在充氢气至所需压力开始反应，经过一定时间反应中取液体样，待反应完成后，开釜取固体样和液体样进行测试。

2·结果与讨论

2.1氨浸出试验

根据电镀污泥成分分析，其中镍含量最高，因此以镍作为优先回收目标，采用NH3-（NH4）2SO4体系进行浸出，根据前期试验结果确定反应温度为室温（25℃），NH3浓度为6.5mol/L，探讨液固比和反应时间对镍浸出效果的影响，以及在镍的最佳浸出条件下其他金属的浸出情况，以反映氨浸的选择性效果。

2.1.1电镀污泥中镍的氨浸出结果

（1）反应时间对镍浸出效果的影响。镍的浸出率随时间的变化曲线如图1所示。由图可知，在0～60min，随着时间的增加，镍的浸出率迅速上升，60min时浸出效果最好，浸出率达到79.3%，之后镍浸出率随时间的变化趋势平缓。由此表明，在60min时浸出过程已基本完成。

（2）液固比对镍浸出效果的影响。镍的浸出率随液固比的变化曲线见图2。由图可知：镍的浸出率随液固比的增大而增大，当液固比为3时浸出率最高，达到80.25%，再增加液固比对镍浸出率的提高影响很小。这是由于液固比的增加导致浸出体系黏度减小，从而增大了接触面积，改善了扩散条件。

2.1.2在镍最佳浸出条件下其他金属的氨浸出结果

根据上述试验结果，确定最佳工艺条件：反应温度25℃，反应时间60min，NH3浓度6.5mol/L，液固比3。在此条件下，电镀污泥中其他金属的浸出率如表3所示。

分析可知，NH3-（NH4）2SO4体系的浸出工艺对铜、镍、锌的浸出效果好，而铁，钙，铬留在残杂中，几乎不发生氨浸反应。因此可以有效地将铜、镍、锌金属与其他金属分离，对后续的金属回收有利。

2.2氢还原试验

2.2.1氢还原动力学因素的选择

自制电镀污泥经氨浸后，经氢还原制取铜和镍，而采用氢还原的方法无法沉积金属锌，从而实现铜镍与锌的分离。氢还原过程的影响因素很多，这里主要探讨反应温度、反应时间、氢分压、搅拌速度和溶液初始pH值。根据文献[5]结果表明：溶液的初始pH值控制在6.0以下时，铜离子被优先还原，镍离子的氢还原反应被抑制，铜镍分离结果比较理想。前期试验也验证了在偏酸性条件下，铜镍回收率较高。因此本实验中调节反应前溶液pH值至5.4～5.6。

（1）氢分压的影响见图3。根据反应釜体的承受温度能力，选择反应温度160℃。

（2）搅拌转速的影响结果见图4。

结果表明：在相同反应条件下，铜、镍回收率均随着时间的延长而增加，在60min时铜还原反应基本完成，而镍的反应速率则在90min后开始降低。由此可见，铜比镍更容易被氢还原；当氢压力从2MPa上升到3MPa时，铜镍的回收率均有所增加，但增加幅度较小。这是因为在其它相同条件下，随着氢分压的增加，氢气的溶解度增大，有利于氢气传递，加快反应速率，但增加到一定程度后，氢气基本处于饱和状态，氢分压影响较小[6]；搅拌强度也是还原反应的控制性因素，充分的搅拌可以满足扩散需要，保证气液两相的良好接触，搅拌速度的增加有利于提高铜镍回收率。

（3）反应时间的影响。如图5，在反应90min时为最佳条件。

2.2.2实际电镀污泥的氢还原试验

根据上述实验结果，并综合考虑降低成本的要求，选择在室温下，按液固比为3投加6.5mol/L的NH3和（NH4）2SO4，与电镀污泥浸出反应60min。调节浸出液pH5.4～5.6，在搅拌转速500r/min，氢压力2MPa，反应时间60min，反应温度160℃和200℃的条件下进行氢还原实验。结果如表4所示。

由表可知，当温度从160℃升高到200℃时，铜、镍回收率增加，可见适当提高温度，能有效提高铜的产出率。这是由于，反应过程中氢气要裂解为氢原子然后参加反应，虽然温度升高降低了氢的溶解度，却大量增加活化氢原子的数量，因而加快反应的进行。

3·结论

本研究采用氨浸—加压氢还原技术，成功地从电镀污泥中分离制取了金属铜粉和镍粉。

氨浸实验结果表明，NH3-（NH）42SO4体系浸出效果好、选择性高，在反应温度25℃，浸出时间60min，氨水浓度6.5mol/L，液固比3的条件下，Ni、Cu、Zn的浸出率分别达到80.25%、77.42%、91.07%，而Fe、Cr、Ca等金属的浸出率都很低。

氢还原实验结果表明，氢分压和搅拌速度通过影响气-液传质过程进而影响反应速率，氢分压和搅拌速度的增大均能提高铜镍的回收率；而升高反应温度也有利于加快反应进程。当浸出液pH5.4～5.6，搅拌转速500r/min，氢压力2MPa，反应时间60min，反应温度160℃时，电镀污泥中铜和镍的回收率分别达到71%和64%。

[参考文献]

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