火法湿法联合工艺回收电镀污泥中的铜

火法湿法联合工艺回收电镀污泥中的铜火法湿法联合工艺回收电镀污泥中的铜摘要:采用还原焙烧－酸浸－萃取－浓缩结晶工艺回收电镀污泥中的铜，结果表明:以煤粉为还原剂的焙烧预处理既保持了铜的高浸出率，又实现了铜与杂质金属的初步分离;经后续酸浸、萃取和浓缩结晶等湿法工艺最终可制得纯度为97.14%的工业级硫酸铜。关键词:电镀污泥;火法;湿法;铜0·引言引言电镀污泥是电镀废水处理过程中产生的含大量重金属的一类典型危险废弃物，需要无害化处理。目前广泛采用稳定化/固定化后再进行填埋的方法［1］，但存在重金属渗滤的风险，并且造成了资源的浪费。电镀污泥中重金属含量高，有的达到10%以上，若进行资源化回收，则符合可持续发展要求，具有明显的经济和环境效益。目前，电镀污泥资源化方法主要包括湿法［2-4］和火法－湿法［5-6］联用两种。湿法工艺通常采用酸浸或氨浸，并通过沉淀、萃取、离子交换膜法等从浸出液中分离回收金属［7］。虽然湿法回收金属效率高，但溶剂消耗量大，特别是对于金属含量低的污泥则更无效益可言。火法－湿法联合工艺是先进行高温焙烧预处理，然后进行湿法回收。高温焙烧虽然能有效去除污泥中的杂质，提高金属含量，但高温会造成物相组成的变化，影响金属的浸出［8］。在低品位矿石冶炼中采用的还原焙烧则可以实现对金属的选择性还原，提高后续湿法回收效率［9-10］。但是该工艺在电镀污泥中的应用鲜见报道。笔者以含有铜、镍、锌、铬等金属的电镀污泥为研究对象，并采用还原焙烧－酸浸－萃取－浓缩结晶工艺选择性回收电镀污泥中的铜。1·实验部分实验部分1.1材料实验用污泥取自常州市某电镀厂的脱水污泥，经风干后研磨过0.150mm筛，然后在105～110℃下烘2h，放入干燥器中备用。以下实验所用原泥均为烘干后污泥。原泥中主要金属含量见表1。1.2工艺流程及实验方法用电镀污泥生产硫酸铜的工艺流程如图1所示。1.2.1还原焙烧还原焙烧时，电镀污泥与还原剂煤粉混匀，装于加盖瓷坩埚内，置于马弗炉中在设定温度下焙烧一定时间，底渣于干燥器中冷却备用。直接焙烧则是不加煤粉，在坩埚中敞口焙烧。1.2.2酸浸按一定的液固比在底渣中加入硫酸溶液，于水浴恒温振荡器上在设定温度和转速下振荡一定时间后，取出静置过滤，得浸出液。1.2.3萃取－反萃在分液漏斗中按一定的配比，分别加入浸出液和LIX973-磺化煤油溶液，避光振荡一定时间使之达到萃取平衡。萃取后的负载有机相用硫酸溶液进行反萃，得到硫酸铜溶液。1.2.4浓缩结晶硫酸铜溶液经加热蒸发浓缩，冷却结晶后得到硫酸铜产品。1.3分析测定方法原泥或底渣中金属含量测定时，预处理方式为:取0.5g样品，用10mL浓HCl+15mL浓HNO3+5mLHClO4消解体系在低温电热板上消解。溶液中的Cu、Ni、Zn、Cr含量采用TAS-990原子吸收分光光度计测定。2·实验结果与分析实验结果与分析2.1还原焙烧首先比较了直接焙烧和还原焙烧对电镀污泥中金属浸出的影响。还原焙烧时，煤粉投加量(煤粉质量/污泥质量)为10%，焙烧时间均为30min。为充分浸出，选择液固比(浸出剂体积(mL)/污泥质量(g))为50∶1，硫酸浓度为10%，室温下以112r/min振荡60min。结果见图2。由图2可见:直接焙烧导致金属浸出率迅速下降，而相对于直接焙烧，还原焙烧底渣中金属浸出率有不同程度的提高。特别是Cu，其浸出率随还原焙烧温度的增加缓慢下降，在400～700℃下仍保持在90%以上。可见还原焙烧能有效改善金属的浸出效果。热重分析表明:电镀污泥主要失重阶段在100～400℃，之后有所减缓。还原焙烧在使得污泥减量的同时也实现了金属的富集。以700℃为例，污泥失重率近30%，金属含量均有所提高，其中Cu的含量从10%增加至14%。还原焙烧影响因素研究［11］得到的最佳还原焙烧条件为:煤粉和助熔剂CaCO3投加量分别为10%和0.5%，焙烧温度为700℃，焙烧时间为20min。经测试，还原焙烧后底渣中Cu、Ni、Zn、Cr的浸出率分别为98.73%、16.86%、45.98%、1.91%。可见，通过控制还原焙烧条件，既能保证对目标金属Cu较高的浸出率，同时又能实现目标金属与杂质金属的选择性分离。2.2浸出电镀污泥按上述最佳条件还原焙烧后进行浸出实验。底渣分别用10%的硫酸溶液进行酸浸和NH3-NH4HCO3溶液(NH38mol/L，NH4HCO34mol/L)进行氨浸。Cu、Ni、Zn、Cr的酸浸浸出率分别为98.73%、16.86%、45.98%、1.91%;而氨浸浸出率分别为72.53%、1.42%、13.15%、0%，可见酸浸效果优于氨浸。以下探讨了不同因素对酸浸的影响。2.2.1液固比的影响以10%的硫酸溶液为浸出剂，按不同的液固比在室温下以112r/min浸出。Cu的浸出率变化如图