化学沉淀法回收化学镀镍废水中镍的研究

施银燕, 徐玉福, 胡献国

(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009）

化学沉淀法回收化学镀镍废水中镍的研究

施银燕, 徐玉福, 胡献国

(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009）

采用化学沉淀法从化学镀镍废水中回收镍,通过实验优化了NaOH处理含镍废水的工艺参数,并对沉渣镍盐进行了处理。结果表明,化学沉淀法处理化学镀镍废水的最佳工艺参数为:H2O230 mL/L,NaOH 15.67 g/L,絮凝剂聚丙烯酰胺4 g/L。用硫酸处理沉淀物后镍的回收率可达97.25%。

化学镀镍;废水;化学沉淀;镍回收

0 前言

化学镀镍是以镍盐和次磷酸盐等作用生成Ni-P非晶镀层[1],具有不需外电源、镀层均匀、硬度高、耐磨性能好、镀覆部件不受尺寸形状限制等优点,已经广泛应用于机械零件的耐磨与减摩以及表面强化等领域。但目前大部分化学镀镍废水以废水的形式直接排放,造成资源浪费。同时镍的毒性较大,含镍废水直接排放必将对环境和人体健康造成危害[2-3]。因此,研究化学镀镍废水中Ni2+的回收利用方法已引起国内外广泛关注。

目前化学镀镍废水的处理方法有很多,如电解法、化学法、吸附法、生物法等。其中化学沉淀法简便、实用,在含镍废水处理中应用最多,且随着在线监测自动控制仪的使用,有逐渐增加的趋势。由于化学镀镍废水的化学成分复杂,配位剂的质量浓度高,难以直接用沉淀的方法彻底回收镍。本文用破配位剂首先破坏化学镀镍废水的配位能力,进而以NaOH为沉淀剂,最大程度地回收化学镀镍废水中的镍。

1 实验

1.1 废水成分分析

本实验所用化学镀镍废水取自某金属材料公司,经过滤处理后,废水的p H值为4.30,主要成分为:Ni2+17 367 mg/L,Fe2+3.0 mg/L,Cu2+15.2 mg/L,Zn2+13.7 mg/L。

由以上水质数据可知:该公司排放的含镍废水中,Ni2+的质量浓度很高,回收其中的Ni2+不仅可以减小对环境的污染,更有利于提高企业的经济效益。

1.2 主要仪器及试剂

采用的主要仪器有721分光光度计,p H计。采用的主要试剂有NaOH(AR）,质量分数为30%的H2O2。

1.3 实验方法

(1）废水成分分析

取经过过滤除杂的含镍废水,用原子吸收光谱分析法分析溶液中的离子组成。

(2）废水处理

向废水中加入一定量的 H2O2进行破配位处理,然后加入一定量的 NaOH搅拌0.5 h,静置分层,测定上层清液中的Ni2+的质量浓度,计算Ni2+的去除率。

(3）聚丙烯酰胺(PAM）对沉淀速率的影响

取100 mL废水,向废水中加入30 mL/L的H2O2,常温下再向废水中加入15.67 g/L的固体NaOH和一定量的PAM,反应0.5 h后立即转入到带有刻度的试管中,记录沉淀物沉淀至40 mL处时的时间,考察PAM的质量浓度对沉淀速率的影响。

(4）沉淀物的处理

取100 mL废水,向废水中加入30 mL/L的H2O2,常温下再向废水中加入15.67 g/L的固体NaOH和一定量的 PAM,反应0.5 h后过滤,将滤饼置于烘箱中于120℃下干燥2 h,称重。然后将Ni(OH）2用0.1 mol/L的 H2SO4溶解,蒸发结晶,得到镍的硫酸盐,称重,计算镍的回收率。

2 结果与讨论

2.1 H2O2对 Ni2+去除率的影响

向100 mL废水中加入一定量的 H2O2,然后加入1.5 g NaOH,搅拌0.5 h,实验结果,如图1所示。

图1 双氧水对Ni2+去除率的影响

由图1可知:在废水中加入 H2O2,Ni2+的去除效率明显提高,且随着 H2O2的体积分数的增加,Ni2+去除率也增加。这是因为在化学镀镍废水中镍主要以配位物[Ni3(C6H5O7）2]的形式存在,只靠加碱很难使镍沉淀完全。加入 H2O2可以破坏配位物[4],形成更多的游离Ni2+,使得Ni2+的去除率提高。从图中还可以看出:当 H2O2的体积分数达到30 mL/L后,去除率不再增加。由此可见,H2O2最佳体积分数为30 mL/L。

2.2 NaOH对废水pH值的影响

向废水中加入30 mL/L的 H2O2,常温下,缓慢添加不同质量浓度的NaOH,同时测定反应体系的p H值,实验结果,如图2所示。

图2 氢氧化钠对废水p H的影响

由图2可知:当NaOH的质量浓度在3.79 g/L以内时,反应体系的p H值随着NaOH的质量浓度的增加迅速增加,这是因为添加的NaOH与废水中的 H+反应,导致p H值迅速上升;当NaOH的质量浓度达到3.79 g/L后,体系的p H值达到11.26,继续添加NaOH,p H值不再变化,这是因为OH-与废水中的Ni2+发生反应,生成Ni(OH）2,p H值不变化;而当NaOH的质量浓度达到15.67 g/L后,废水的p H值开始上升,这时 Ni2+沉淀完全,继续添加的OH-会导致废水p H上升。因此,NaOH的最佳质量浓度为15.67 g/L,此时能确保废水中Ni2+沉淀完全。

2.3 NaOH对 Ni2+去除率的影响

向废水中加入30 mL/L的 H2O2,常温下,缓慢添加不同质量浓度的NaOH,并搅拌0.5 h,测定反应体系Ni2+的去除率,实验结果,如图3所示。

图3 氢氧化钠对Ni2+的去除率的影响

由图3可知:Ni2+的去除率随着NaOH的质量浓度的增加而上升,当其质量浓度达到15.67 g/L后,Ni2+的去除率不再变化,此时p H值也开始上升,如图2所示。因此,为使 Ni2+的去除率最大,NaOH的质量浓度应达到15.67 g/L。

2.4 PAM对沉淀速率的影响

在处理过程中加入一定量的PAM,测定其对沉淀速率的影响,实验结果,如图4所示。

图4 PAM对沉淀速率的影响

由于反应生成的Ni(OH）2粒度很小,沉淀速率很慢,在不加入絮凝剂的情况下沉淀至40 mL处需要3天左右。由图4可知:加入PAM后,沉淀速率迅速提高。这是因为在PAM絮凝过程中,当悬浮微粒的质量浓度较低时,吸附在PAM表面上的悬浮微粒可能同时吸附在另一个微粒的表面上,通过“架桥”方式将两个或更多的微粒连在一起,从而导致絮凝[5]。当 PAM的质量浓度达到4 g/L后,沉淀速率趋于平缓。尽管从图中可以看出:当 PAM的质量浓度为10 g/L时,沉淀所需时间最少,但考虑到成本问题,PAM的质量浓度取4 g/L为宜。同时从图中可以看出:当 PAM的质量浓度超过10 g/L后,沉淀时间变长,絮凝效果降低。这是因为PAM过量时,“架桥”作用所必需的粒子表面吸附活性点少了,“架桥”因而变得困难;同时,由于粒子间的相互排斥作用而出现分散稳定现象[6]。

2.5 镍沉淀的处理

100 mL废水处理后产生的Ni(OH）2沉淀为2.753 9 g,Ni2+的回收率为99.97%。硫酸溶解后,蒸发结晶,得到 NiSO4·7H2O的质量为7.629 7 g,Ni2+的回收率为97.28%。故废水中镍的总回收率=99.97%×97.28%=97.25%。因此使用该工艺可以很大程度地解决含镍废水的污染问题,同时可以回收大量的镍,减少了资源浪费,也能给企业带来一定的经济效益。

3 结论

化学镀镍废水中Ni2+的质量浓度高,废液中含有大量的有机配位剂和添加剂,镍主要以配位物的形式存在。化学沉淀法处理化学镀镍废水的最佳工艺参数为:H2O230 mL/L,NaOH 15.67 g/L,PAM 4 g/L,在室温下搅拌0.5 h。此时,Ni2+的去除率最佳。沉淀物用稀硫酸溶解回收镍盐,镍的回收率可达到97.25%。

[1] 陈志勇,王辉.漂白粉氧化处理化学镀镍废液的研究[J].电镀与环保,2001,21(4）:30-31.

[2] 王学锋,术桂芬.重金属污染研究新进展[J].环境科学与技术,2003,26(1）:54-56.

[3] 盂祥和,胡国飞.重金属废水处理[M].北京:化学工业出版社,2000:5-12.

[4] 王晓波,萨如拉,杨润昌,等.化学镀镍废液处理新工艺及机理研究[J].湘潭大学自然科学学报,2004,26(1）:78-80.

[5] 湛含辉,钟乐,韦小利.聚丙烯酰胺絮凝机理及流体力化学因素的研究[J].选煤技术,2007(1）:7-11.

[6] 刘军.聚丙烯酰胺在工业废水处理中的应用[J].广西轻化工,2009(7）:98-99.

A Study of Recovering Nickel from Electroless Nickel Plating Wastewater by Chemical Precipitation

SHI Yin-yan, XU Yu-fu, HU Xian-guo(School of Mechanical and Automotive Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China）

Nickel was recovered from electroless nickel wastewater by means of chemical precipitation.The processing parameters for treatment of nickel containing wastewater with sodium hydroxide were optimized through experiment,and the nickel containing sludge produced by chemical precipitation process was also treated.The results show that the optimal process parameters from such treatment are:H2O230 mL/L,NaOH 15.67 g/L,PAM 4 g/L.The recovery rate of nickel after the sediment is treated with sulfuric acid can reach 97.25%.

electroless nickel plating;wastewater;chemical deposition;nickel recycle

X 781.1

A

1000-4742(2011）05-0044-03

2010-12-01