利用含鎳電鍍廢水制備硫酸鎳的研究

羅麗麗　劉潯　林偉　劉人源

（梅州環(huán)保設(shè)備有限公司廣東梅州514000）

利用含鎳電鍍廢水制備硫酸鎳的研究

羅麗麗劉潯林偉劉人源

（梅州環(huán)保設(shè)備有限公司廣東梅州514000）

針對(duì)某電鍍廠表面處理過(guò)程產(chǎn)生的含鎳廢水，采用“沉淀—酸浸—純化—結(jié)晶”工藝制備硫酸鎳晶體，分別就各步驟的工藝參數(shù)如投藥量、反應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，比選優(yōu)化出最佳工況條件，在此工況條件下所制取的硫酸鎳產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)符合工業(yè)硫酸鎳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一類標(biāo)準(zhǔn)。

含鎳電鍍廢水；硫酸鎳；沉淀；酸浸

我國(guó)電鍍行業(yè)每年排放約4.5×108t重金屬?gòu)U水，既浪費(fèi)了大量資源，又對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了極大的破壞，如何對(duì)電鍍行業(yè)重金屬?gòu)U水進(jìn)行有效處理和綜合利用顯得十分必要。含鎳廢水在電鍍行業(yè)廢水中占了較大比重，含鎳廢水的回收利用方法已引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注[1-3]，將電鍍廠排放液中的鎳離子經(jīng)過(guò)回收利用，制成結(jié)晶硫酸鎳，既能減少環(huán)境破壞，又能節(jié)省大量的原材料和資金。但我國(guó)電鍍廢水的資源化技術(shù)目前仍處于探索階段，在工程實(shí)踐中尚存在工藝復(fù)雜、金屬回收率不高、運(yùn)行不穩(wěn)定、產(chǎn)品純度不高、二次污染等問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)以江西省贛州市某電鍍廠表面處理過(guò)程產(chǎn)生的含鎳廢水為原料，探索技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、流程短、清潔、易于操作且成本低的鎳回收技術(shù)，并優(yōu)化比選出各步驟的最佳工藝條件，以期為工程應(yīng)用提供一定的參考借鑒。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)廢水、材料與儀器

本實(shí)驗(yàn)所用水樣來(lái)源于江西省贛州市某電鍍廠面處理過(guò)程產(chǎn)生的含鎳廢水，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該廠含鎳廢水每天最小排放量約15 m3，廢水各重金屬組分含量見(jiàn)表1。

表1　含鎳廢水中各組分含量

實(shí)驗(yàn)所用試劑H2SO4、NaOH、NaClO均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2工藝流程

圖1　含鎳廢水回收工藝流程圖

電鍍廢水鎳回收工藝流程詳見(jiàn)圖1，含鎳廢水經(jīng)沉淀產(chǎn)生的鎳泥經(jīng)濃硫酸酸浸、過(guò)濾后制得硫酸鎳粗液，經(jīng)進(jìn)一步凈化除雜制得硫酸鎳純?nèi)芤海詈笸ㄟ^(guò)多級(jí)蒸發(fā)結(jié)晶制得高純度硫酸鎳晶體，達(dá)到電鍍行業(yè)硫酸鎳質(zhì)量指標(biāo)。

1.3實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1沉淀

取50 mL含鎳廢水，采用20%NaOH作沉淀劑，分別考察堿投加量、反應(yīng)溫度、時(shí)間等因素對(duì)沉淀效果的影響，并優(yōu)選出最佳工況條件，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.3.2酸浸

稱得一定量的鎳泥泥漿，緩慢加入濃硫酸，不斷攪拌，控制一定的液固比，浸取2 h，取浸取液進(jìn)行分析檢測(cè)其中鎳離子的含量，計(jì)算鎳的浸出率。

1.3.3純化除雜

經(jīng)酸浸后得到的硫酸鎳粗液中殘存具有還原性的雜質(zhì)，因此需通過(guò)進(jìn)一步氧化處理實(shí)現(xiàn)凈化除雜。

1.3.4結(jié)晶

將凈化除雜后的濾液泵入真空蒸發(fā)濃縮罐，先調(diào)整溶液pH值，通過(guò)嚴(yán)格控制蒸發(fā)過(guò)程，當(dāng)溶液中鎳含量達(dá)到300g/L～400g/L,停止溶液蒸發(fā),把溶液轉(zhuǎn)入結(jié)晶罐,通過(guò)實(shí)施嚴(yán)格的結(jié)晶工序,最終制得符合電鍍要求的硫酸鎳晶體。

1.4分析方法

Ni2+采用丁二酮肟分光光度法測(cè)定；其他金屬離子采用原子吸收分光光度法分析；按國(guó)標(biāo)方法測(cè)定粗品銅和粗品硫酸鎳。

2　結(jié)果與討論

2.1沉淀

NaOH投加量對(duì)鎳沉淀率的影響如圖2所示。

圖2　鎳沉淀率隨堿投加量變化曲線

由圖2中可知，剛開(kāi)始加入20%NaOH溶液后，鎳沉淀率逐漸提高，但其變化率較平緩，隨著NaOH投加量增至25 mL時(shí)，鎳離子沉淀率明顯提高，當(dāng)NaOH加入量為45 mL時(shí)，鎳沉淀率激增至99.34%，繼續(xù)增加投堿量，鎳沉淀率未有明顯變化。沉淀法制備鎳泥的關(guān)鍵是要控制好pH值，要根據(jù)處理水質(zhì)和需要除去的重金屬種類，選擇恰當(dāng)?shù)膒H值。故根據(jù)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，加堿量對(duì)鎳沉淀率影響很大，使鎳沉淀率達(dá)較高情況下的最佳條件為：加入20%的NaOH45 mL并使其廢水pH為8.5～9.5范圍內(nèi)。

2.2酸浸

通過(guò)正交試驗(yàn)，優(yōu)化比選出酸浸最佳工藝條件，即硫酸添加比2.8:1、浸出時(shí)間2 h、浸出溫度25℃及液固比10:1，此工藝條件下可得到深藍(lán)色澄清硫酸鎳溶液，鎳浸出率為96.0%，充分保證了含鎳電鍍污泥中金屬鎳回收產(chǎn)品的純度和產(chǎn)量。

2.3純化除雜

采用NaClO對(duì)酸浸出硫酸鎳粗液進(jìn)行氧化處理，然后通過(guò)分子篩對(duì)溶液中的雜質(zhì)進(jìn)行吸附沉淀，經(jīng)過(guò)濾，使溶液進(jìn)一步得到純化，分析溶液中鎳及主要雜質(zhì)的含量。

2.4結(jié)晶

取1L除雜純化后過(guò)濾得到的硫酸鎳溶液進(jìn)入真空蒸發(fā)罐，加入濃硫酸調(diào)節(jié)溶液pH值為2～4，蒸發(fā)速度為每小時(shí)蒸發(fā)起始溶液量的40%～50%，當(dāng)溶液濃縮至鎳含量達(dá)到350 g/L～400g/L時(shí)，停止蒸發(fā)，將溶液轉(zhuǎn)入結(jié)晶罐，保持溶液溫度90℃～95℃，繼續(xù)攪拌溶液30 mins，攪拌速率為90 r/min,循環(huán)冷卻水流量為5 L/min，使溶液在1 h內(nèi)溫度緩慢降到50℃～65℃，然后關(guān)閉冷卻水，自然冷卻的降溫速率約1℃/min，溶液中開(kāi)始出現(xiàn)結(jié)晶時(shí)，提高攪拌器速率至50 r/min，隨著結(jié)晶顆粒的增多增大,溶液顏色由深藍(lán)變成綠色，將攪拌器速率降低至40r/min，當(dāng)結(jié)晶溫度到33℃～45℃時(shí)，結(jié)晶停止，得含硫酸鎳晶體的溶液，靜置陳化后經(jīng)真空過(guò)濾及干燥后得硫酸鎳晶體（NiSO4·6H2O），過(guò)濾母液回流至酸浸工藝。

由本工藝制得的結(jié)晶硫酸鎳經(jīng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的結(jié)果如表2所示。

表2　結(jié)晶硫酸鎳產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明，本工藝所制取的硫酸鎳產(chǎn)品主要質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)符合工業(yè)硫酸鎳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（HG/T2824—1997）一類標(biāo)準(zhǔn)。

3　結(jié)語(yǔ)

（1）鎳沉淀率達(dá)較高情況下的最佳條件為每50 mL含鎳廢水加入45 mL 20%的NaOH并使其廢水pH為8.5～9.5范圍內(nèi)；（2）酸浸最佳工藝條件為硫酸添加比2.8:1、浸出時(shí)間2 h、浸出溫度25℃及液固比10:1；（3）針對(duì)某電鍍廠表面處理過(guò)程產(chǎn)生的含鎳廢水，采用“沉淀—酸浸—純化—結(jié)晶”工藝制備硫酸鎳晶體，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)符合工業(yè)硫酸鎳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一類標(biāo)準(zhǔn)。

[1]汪晴,熊杰,葉錦韶.電鍍行業(yè)重金屬在線回收清潔生產(chǎn)技術(shù)[J].生態(tài)科學(xué),2015,34(4):163-168.

[2]鄭利祥.離子交換法處理含鎳電鍍廢水的工程應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2015,35(10):87-90.

[3]祁高月,莊海超,李勇,等.南方某電子公司R-CHIP電鍍廢水處理及回用工程[J].水處理技術(shù),2015,3:036.

羅麗麗（1984—），女，梅縣區(qū)，研究生，中級(jí)工程師，水污染治理。