關(guān)于電鍍污泥鉻回收工藝的研究分析

文/陶 巍

電鍍工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的電鍍污泥中含有大量的銅、鋅、鉻等金屬。電鍍污泥對(duì)環(huán)境和人類健康造成了巨大威脅，同時(shí)電鍍污泥中含有的金屬成分，其品味高于金屬富礦石，是一種廉價(jià)的二次可再生資源。所以，從電鍍污泥中高效地提煉出金屬元素，對(duì)資源的利用、環(huán)境優(yōu)化和人類健康都具有重要的意義。本文將通過(guò)試驗(yàn)的方法，探究電鍍污泥中鉻的回收工藝。

在電鍍、金屬加工和制革等行業(yè)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生含鉻污泥。大部分含鉻污泥是以半固體的形式存在。鉻對(duì)人的身體健康具有極大的威脅，六價(jià)鉻會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌突變和癌變，三價(jià)鉻會(huì)透過(guò)胎盤抑制嬰兒的生長(zhǎng)或者胎盤致畸。同時(shí)，金屬鉻在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的使用。它是金屬加工和電鍍行業(yè)的必要原料，從這方面來(lái)看，金屬鉻是一種寶貴的金屬資源。所以，對(duì)電鍍污泥中鉻的回收，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

鉻提取實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)原料準(zhǔn)備及其理化性質(zhì)研究

在進(jìn)行電鍍污泥鉻回收試驗(yàn)之前，了解含鉻污泥的理化性質(zhì)，對(duì)于試驗(yàn)過(guò)程和試驗(yàn)結(jié)果有重要的影響。所以要在進(jìn)行鉻回收試驗(yàn)之前分析了解含鉻污泥的理化性質(zhì)。區(qū)某電鍍公司的含鉻污泥，該污泥的含水量在81.1%左右，呈現(xiàn)綠色，半固態(tài)。該污泥的浸出毒性的測(cè)定采用水平振蕩法測(cè)定出來(lái)，浸出毒性描述為靜態(tài)浸出毒性。該污泥中各金屬元素浸出毒性的濃度分別為：銅元素的浸出濃度為112.032μg/mL，鎳元素的浸出濃度為17.482μg/mL，鉻元素的浸出濃度為21.868μg/mL。其中規(guī)定的三個(gè)元素浸出毒性的標(biāo)準(zhǔn)限值為：銅元素為100μg/mL，鎳元素為5μg/mL，鉻元素為15μg/mL。該電鍍污泥中元素的浸出毒性超出了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值范圍。該電鍍污泥的重金屬含量為，銅元素為5.71%w，鎳元素為3.32%w，鉻元素為8.18%w。電鍍污泥中含有鉻元素比例最高，具有很大的回收價(jià)值。

試驗(yàn)方案及方法確定

（1）鉻的提取方案。鉻提取的回收率受到鉻的提取方案的影響。鉻的提取方法包括很多，有酸浸取、堿浸取和微生物浸取等多種方法。根據(jù)查閱資料和對(duì)以往鉻提取試驗(yàn)的研究分析，得出，鹽酸是較為合適的金屬提取劑。所以，本試驗(yàn)將采用鹽酸對(duì)鉻進(jìn)行提取。試驗(yàn)中，將適量的含有鉻元素的電鍍污泥與鹽酸混合，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的浸取，得到三價(jià)鉻的沉淀，將沉淀后的殘?jiān)盥瘢笫褂眠^(guò)氧化氫將三價(jià)鉻氧化成為六價(jià)鉻，之后使用PbNO3作為沉淀劑，使六價(jià)鉻形成鉻酸鉛，之后循環(huán)三價(jià)鉻沉淀和氧化六價(jià)鉻的過(guò)程，在完成幾次之后進(jìn)行性能檢測(cè)，檢查是否滿足鉻元素提取標(biāo)準(zhǔn)，若不滿足，則繼續(xù)重復(fù)以上步驟。在上述試驗(yàn)過(guò)程中，考慮到了液固比、浸出時(shí)間和鹽酸濃度對(duì)鉻提取的影響，并采用正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，得到三個(gè)水平因素，第一水平的鹽酸濃度為2mol/L，液固比為5∶1，浸出時(shí)間為0.5h；第二水平的鹽酸濃度為6mol/L，液固比為10∶1，浸出時(shí)間為1h；第三水平的鹽酸濃度為12mol/L，液固比為20∶1，浸出時(shí)間為3h。

（2）鉻分離試驗(yàn)。在鉻提取階段，其他元素也會(huì)以離子的形式進(jìn)入提取液中。所以，要實(shí)現(xiàn)鉻的回收，就必須將溶液中的其他元素與鉻離子分離。在本試驗(yàn)中采用分布沉淀的方法將其他金屬與鉻金屬分離。然后通過(guò)氧化將沉淀狀態(tài)的鉻轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)的鉻，為后續(xù)的鉻回收打下基礎(chǔ)。在pH值為6.0時(shí)鉻會(huì)完全沉淀，本試驗(yàn)中，采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)提取液的pH值。在堿性溶液中過(guò)氧化氫能夠?qū)⒊恋淼你t轉(zhuǎn)化為可溶鉻。所以，在鉻沉淀之后，向?yàn)V液中加入適量的過(guò)氧化氫，并將濾液放在一定溫度下的水浴鍋中加熱，之后用碳酸鈉調(diào)節(jié)和控制溶液的pH值。本試驗(yàn)中，考慮到過(guò)氧化氫的用量、反映溫度、pH值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，采用正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，第一水平的反應(yīng)溫度為60℃，pH值為7.0-8.0，反映時(shí)間為40min，H2O2用量為5.0mL；第二水平的反應(yīng)溫度為70℃，pH值為8.0-9.0，反映時(shí)間為90min，H2O2用量為10.0mL；第三水平的反應(yīng)溫度為80℃，pH值為9.0-10.0，反映時(shí)間為120min，H2O2用量為15.0mL。

試驗(yàn)的檢測(cè)方法

本試驗(yàn)中檢測(cè)含水率使用的設(shè)備為水分測(cè)定儀。檢測(cè)離子濃度使用的設(shè)備為上海光譜儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為723型的可見分光光度計(jì)。檢測(cè)有機(jī)質(zhì)含量所用到的設(shè)備為型號(hào)為SX2-4-10型箱式電阻爐。檢測(cè)離子濃度所用的設(shè)備是北京東西分儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為AA7000的原子吸收分光光度計(jì)。此外，試驗(yàn)中還用到了江蘇金壇市億通電子有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為XA-1的固體樣品粉碎機(jī)。

試驗(yàn)結(jié)果分析

鉻提取工藝的參數(shù)優(yōu)化。在鉻提取試驗(yàn)過(guò)程中，采用正交試驗(yàn)對(duì)鹽酸的濃度、液固比和浸出時(shí)間三個(gè)影響因素進(jìn)行了分析。通過(guò)計(jì)算分析得出，酸提取鉻的過(guò)程中最佳的水平的組合為第二水平，也就是鹽酸濃度為6mol/L，液固比為10∶1，浸出時(shí)間為1h。通過(guò)計(jì)算極差，得到每個(gè)因素對(duì)酸浸效果的影響程度依次為：鹽酸程度＞浸出時(shí)間＞液固比。通過(guò)計(jì)算方差得出，在顯著水平為0.25時(shí)，鹽酸的濃度對(duì)浸出效果的影響最為明顯，而其他的因素對(duì)鉻的浸出效果的影響較小。通過(guò)本試驗(yàn)?zāi)軌虻贸鼋Y(jié)論，酸提取法制對(duì)含鉻電鍍污泥回收鉻較為簡(jiǎn)單的方法，該方法只需通過(guò)控制鹽酸的濃度，就能夠得到較高的鉻回收率，并且該工藝的鉻回收率較高，達(dá)到了94.19%。

2.鉻分離工藝的參數(shù)優(yōu)化。本文中采用過(guò)氧化鈉調(diào)整溶液的pH值達(dá)到6.0，從而使鉻能夠較完全的沉淀，以使鉻與其他的金屬分離。在得到分離的溶液之后采用過(guò)氧化氫將三價(jià)鉻氧化為六價(jià)鉻，并采用正交試驗(yàn)的方法，獲得較為合適的組合方式。通過(guò)正交試驗(yàn)的分析結(jié)果可以得到，第三水平能夠較好地將鉻與其他金屬元素分離，也就是在反應(yīng)溫度為80℃，pH值為9.0-10.0，反映時(shí)間為120min，H2O2用量為15.0mL時(shí)能夠達(dá)到較好的分離效果。在試驗(yàn)中使用碳酸鈉調(diào)整pH值，隨著碳酸鈉的不斷加入，會(huì)有沉淀生成，碳酸鈉繼續(xù)增加，沉淀又會(huì)溶解。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是在碳酸鈉少量的情況下，六價(jià)鉻與碳酸根離子形成碳酸鉻沉淀，由于碳酸鉻溶于堿的性質(zhì)，在碳酸鈉的量增加時(shí)，沉淀又會(huì)溶解。所以在試驗(yàn)的過(guò)程中不應(yīng)使反應(yīng)物的pH過(guò)低，否則生成碳酸鉻沉淀，而不易與其他元素進(jìn)行分離。

鉻回收工藝的參數(shù)優(yōu)化。在試驗(yàn)中采用PbNO3作為沉淀劑。通過(guò)查閱相關(guān)資料得知，鉻酸鉛在55℃-60℃的情況下會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)。并且在相同的時(shí)間內(nèi)，溶液的pH值增加，沉淀的六價(jià)鉻占中的六價(jià)鉻的百分比會(huì)逐漸減少，也就是說(shuō)，過(guò)大的pH值不利于發(fā)生沉淀反應(yīng)。在酸性的條件下，反應(yīng)時(shí)間增加，沉淀的六價(jià)鉻占中的六價(jià)鉻的百分比會(huì)逐漸增加；而在堿性或中性環(huán)境下，反應(yīng)時(shí)間增加，沉淀的六價(jià)鉻占中的六價(jià)鉻的百分比會(huì)逐漸減少。這是因?yàn)?，pH增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)使Pb2+與氫氧根離子形成Pb（OH）2也就是說(shuō)在堿性條件下與六價(jià)鉻離子形成沉淀的Pb2+會(huì)比酸性條件下少，所以，鉻酸鉛在酸的環(huán)境下發(fā)生沉淀反應(yīng)較為充分。本試驗(yàn)中鉻酸鉛沉淀試驗(yàn)中，鉻酸鉛的性能較為理想。但是，由于污泥中含有硫酸根離子和其他雜志會(huì)與Pb2+發(fā)生沉淀反應(yīng)，這會(huì)影響產(chǎn)品的純度和水萃取液的酸堿度。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)后的殘?jiān)M(jìn)行檢驗(yàn)得出，使用沉淀-溶解平衡原理進(jìn)行鉻回收之后的的殘?jiān)械你t的濃度低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》的標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)低于《危險(xiǎn)廢物填埋控制標(biāo)準(zhǔn)》允許進(jìn)入填埋區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)值，所以該試驗(yàn)方法滿足鉻回收工藝中對(duì)鉻污染控制的各項(xiàng)要求。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本試驗(yàn)各項(xiàng)結(jié)果的分析，可以得出使用沉淀-溶解原理對(duì)電鍍污泥中的鉻進(jìn)行回收的工藝具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉和回收率高的特點(diǎn)。該方法既能夠?qū)崿F(xiàn)回收污泥中的大部分鉻，又能夠減少資源流失，降低污泥中鉻的濃度，從而降低污泥對(duì)環(huán)境和人體的傷害。