关于电镀污泥铬回收工艺的研究分析

2014-08-15文/陶巍

环境与生活 2014年20期

文/陶巍

电镀工业生产中产生的电镀污泥中含有大量的铜、锌、铬等金属。电镀污泥对环境和人类健康造成了巨大威胁，同时电镀污泥中含有的金属成分，其品味高于金属富矿石，是一种廉价的二次可再生资源。所以，从电镀污泥中高效地提炼出金属元素，对资源的利用、环境优化和人类健康都具有重要的意义。本文将通过试验的方法，探究电镀污泥中铬的回收工艺。

在电镀、金属加工和制革等行业经常会产生含铬污泥。大部分含铬污泥是以半固体的形式存在。铬对人的身体健康具有极大的威胁，六价铬会导致细菌突变和癌变，三价铬会透过胎盘抑制婴儿的生长或者胎盘致畸。同时，金属铬在工业生产中得到了广泛的使用。它是金属加工和电镀行业的必要原料，从这方面来看，金属铬是一种宝贵的金属资源。所以，对电镀污泥中铬的回收，具有重要的经济价值和社会价值。

铬提取实验

试验原料准备及其理化性质研究

在进行电镀污泥铬回收试验之前，了解含铬污泥的理化性质，对于试验过程和试验结果有重要的影响。所以要在进行铬回收试验之前分析了解含铬污泥的理化性质。区某电镀公司的含铬污泥，该污泥的含水量在81.1%左右，呈现绿色，半固态。该污泥的浸出毒性的测定采用水平振荡法测定出来，浸出毒性描述为静态浸出毒性。该污泥中各金属元素浸出毒性的浓度分别为：铜元素的浸出浓度为112.032μg/mL，镍元素的浸出浓度为17.482μg/mL，铬元素的浸出浓度为21.868μg/mL。其中规定的三个元素浸出毒性的标准限值为：铜元素为100μg/mL，镍元素为5μg/mL，铬元素为15μg/mL。该电镀污泥中元素的浸出毒性超出了规定的标准值范围。该电镀污泥的重金属含量为，铜元素为5.71%w，镍元素为3.32%w，铬元素为8.18%w。电镀污泥中含有铬元素比例最高，具有很大的回收价值。

试验方案及方法确定

（1）铬的提取方案。铬提取的回收率受到铬的提取方案的影响。铬的提取方法包括很多，有酸浸取、碱浸取和微生物浸取等多种方法。根据查阅资料和对以往铬提取试验的研究分析，得出，盐酸是较为合适的金属提取剂。所以，本试验将采用盐酸对铬进行提取。试验中，将适量的含有铬元素的电镀污泥与盐酸混合，经过一段时间的浸取，得到三价铬的沉淀，将沉淀后的残渣填埋，之后使用过氧化氢将三价铬氧化成为六价铬，之后使用PbNO3作为沉淀剂，使六价铬形成铬酸铅，之后循环三价铬沉淀和氧化六价铬的过程，在完成几次之后进行性能检测，检查是否满足铬元素提取标准，若不满足，则继续重复以上步骤。在上述试验过程中，考虑到了液固比、浸出时间和盐酸浓度对铬提取的影响，并采用正交试验进行优化，得到三个水平因素，第一水平的盐酸浓度为2mol/L，液固比为5∶1，浸出时间为0.5h；第二水平的盐酸浓度为6mol/L，液固比为10∶1，浸出时间为1h；第三水平的盐酸浓度为12mol/L，液固比为20∶1，浸出时间为3h。

（2）铬分离试验。在铬提取阶段，其他元素也会以离子的形式进入提取液中。所以，要实现铬的回收，就必须将溶液中的其他元素与铬离子分离。在本试验中采用分布沉淀的方法将其他金属与铬金属分离。然后通过氧化将沉淀状态的铬转化为可溶态的铬，为后续的铬回收打下基础。在pH值为6.0时铬会完全沉淀，本试验中，采用氢氧化钠调节提取液的pH值。在碱性溶液中过氧化氢能够将沉淀的铬转化为可溶铬。所以，在铬沉淀之后，向滤液中加入适量的过氧化氢，并将滤液放在一定温度下的水浴锅中加热，之后用碳酸钠调节和控制溶液的pH值。本试验中，考虑到过氧化氢的用量、反映温度、pH值对试验结果的影响，采用正交试验进行优化，第一水平的反应温度为60℃，pH值为7.0-8.0，反映时间为40min，H2O2用量为5.0mL；第二水平的反应温度为70℃，pH值为8.0-9.0，反映时间为90min，H2O2用量为10.0mL；第三水平的反应温度为80℃，pH值为9.0-10.0，反映时间为120min，H2O2用量为15.0mL。

试验的检测方法

本试验中检测含水率使用的设备为水分测定仪。检测离子浓度使用的设备为上海光谱仪器有限公司生产的型号为723型的可见分光光度计。检测有机质含量所用到的设备为型号为SX2-4-10型箱式电阻炉。检测离子浓度所用的设备是北京东西分仪器有限公司生产的型号为AA7000的原子吸收分光光度计。此外，试验中还用到了江苏金坛市亿通电子有限公司生产的型号为XA-1的固体样品粉碎机。

试验结果分析

铬提取工艺的参数优化。在铬提取试验过程中，采用正交试验对盐酸的浓度、液固比和浸出时间三个影响因素进行了分析。通过计算分析得出，酸提取铬的过程中最佳的水平的组合为第二水平，也就是盐酸浓度为6mol/L，液固比为10∶1，浸出时间为1h。通过计算极差，得到每个因素对酸浸效果的影响程度依次为：盐酸程度＞浸出时间＞液固比。通过计算方差得出，在显著水平为0.25时，盐酸的浓度对浸出效果的影响最为明显，而其他的因素对铬的浸出效果的影响较小。通过本试验能够得出结论，酸提取法制对含铬电镀污泥回收铬较为简单的方法，该方法只需通过控制盐酸的浓度，就能够得到较高的铬回收率，并且该工艺的铬回收率较高，达到了94.19%。

2.铬分离工艺的参数优化。本文中采用过氧化钠调整溶液的pH值达到6.0，从而使铬能够较完全的沉淀，以使铬与其他的金属分离。在得到分离的溶液之后采用过氧化氢将三价铬氧化为六价铬，并采用正交试验的方法，获得较为合适的组合方式。通过正交试验的分析结果可以得到，第三水平能够较好地将铬与其他金属元素分离，也就是在反应温度为80℃，pH值为9.0-10.0，反映时间为120min，H2O2用量为15.0mL时能够达到较好的分离效果。在试验中使用碳酸钠调整pH值，随着碳酸钠的不断加入，会有沉淀生成，碳酸钠继续增加，沉淀又会溶解。出现这种现象的原因是在碳酸钠少量的情况下，六价铬与碳酸根离子形成碳酸铬沉淀，由于碳酸铬溶于碱的性质，在碳酸钠的量增加时，沉淀又会溶解。所以在试验的过程中不应使反应物的pH过低，否则生成碳酸铬沉淀，而不易与其他元素进行分离。

铬回收工艺的参数优化。在试验中采用PbNO3作为沉淀剂。通过查阅相关资料得知，铬酸铅在55℃-60℃的情况下会发生沉淀反应。并且在相同的时间内，溶液的pH值增加，沉淀的六价铬占中的六价铬的百分比会逐渐减少，也就是说，过大的pH值不利于发生沉淀反应。在酸性的条件下，反应时间增加，沉淀的六价铬占中的六价铬的百分比会逐渐增加；而在碱性或中性环境下，反应时间增加，沉淀的六价铬占中的六价铬的百分比会逐渐减少。这是因为，pH增加和时间的延长，会使Pb2+与氢氧根离子形成Pb（OH）2也就是说在碱性条件下与六价铬离子形成沉淀的Pb2+会比酸性条件下少，所以，铬酸铅在酸的环境下发生沉淀反应较为充分。本试验中铬酸铅沉淀试验中，铬酸铅的性能较为理想。但是，由于污泥中含有硫酸根离子和其他杂志会与Pb2+发生沉淀反应，这会影响产品的纯度和水萃取液的酸碱度。通过对试验后的残渣进行检验得出，使用沉淀-溶解平衡原理进行铬回收之后的的残渣中的铬的浓度低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的标准值，同时低于《危险废物填埋控制标准》允许进入填埋区的标准值，所以该试验方法满足铬回收工艺中对铬污染控制的各项要求。