NH3-N-C体系浸出电镀污泥中铜、镍试验研究

张焕然，蓝碧波，伍赠玲，衷水平，刘建华，张 鹏

（1．紫金矿冶设计研究院，福建 上杭 364200；2．江西理工大学 冶金与化学工程学院，江西 赣州 341000）

1 试验原理

氨浸出时，电镀污泥中的铜、镍等元素与氨形成稳定的配合离子进入溶液，钙、镁、铁等杂质离子不能或很少被浸出而留在渣中，从而可实现目标金属的选择性浸出。氨性体系浸出电镀污泥过程中的主要反应为

氨与铜、镍配合离子的稳定常数见表1［13］。

表1 铜氨、镍氨配合离子的稳定常数lgβi（T＝298K）

由表1看出：铜（镍）氨配合离子稳定常数均较大，说明这2种金属与氨的配合离子在氨性体系中可以稳定存在；各金属配合离子稳定常数随配位数增大而增大，说明提高NH3浓度有利于形成稳定性更高的配合离子，即有利于提高铜、镍浸出率。由于氨浸过程中杂质离子不被浸出，因此浸出剂消耗较少，浸出液后续净化，铜、镍提取工艺较简单。

2 试验原料及试剂

试验所用电镀污泥取自某电镀处理厂，为混合电镀污泥，外观呈墨绿色，泥状，化学成分见表2。

表2 电镀污泥化学成分 %

试验所用化学试剂主要有25%浓氨水、碳酸氢铵，均为化学纯；水为自制蒸馏水。

3 试验装置及试验方法

为降低氨的挥发损失和对环境的污染，浸出试验在半封闭体系中进行，对挥发的少量氨加以回收。试验时，先把电镀污泥、浸出剂、水按一定比例放入平底烧瓶中，待水浴温度达到预设温度后将烧瓶放入，调节磁力搅拌速度，开始计时。浸出结束后，对料浆过滤，记录浸出液体积及浸出渣质量，分析浸出液及浸出渣中金属含量，计算金属浸出率。金属浸出率按渣计，计算公式为

式中：ηMe为金属浸出率，%；m2为渣的质量，g；w渣为渣中金属质量分数，%；m1为原料质量，g；w原为原料中金属质量分数，%。

4 试验结果及讨论

4．1 总氨浓度对铜、镍浸出率的影响

氨铵物质的量比为1∶1，液固体积质量比为4∶1，浸出温度为65℃，浸出时间为4h，总氨浓度对铜、镍浸出率的影响试验结果如图1所示。可以看出：随体系中总氨浓度升高，铜、镍浸出率均增大，且总氨浓度对镍浸出的影响较对铜浸出的影响更明显；总氨浓度由5mol／L升高至9 mol／L，镍浸出率由61．5%提高至80%，铜浸出率由79%提高至90%；总氨浓度大于9mol／L后，铜、镍浸出率提高幅度均变小。考虑到生产成本及浸出液的后续处理等问题，总氨浓度以控制在9mol／L为宜。

图1 总氨浓度对铜、镍浸出率的影响

4．2 氨铵物质的量比对铜、镍浸出率的影响

在总氨浓度为9mol／L、液固体积质量比为4∶1、浸出温度为65℃、浸出时间为4h条件下，氨铵物质的量比对电镀污泥中铜、镍浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 氨铵物质的量比对铜、镍浸出率的影响

由图2看出，镍浸出率受氨铵物质的量比影响较大，随氨铵物质的量比增大，镍浸出率提高。适当提高铵盐比例有利于镍的浸出，这是由于铵根离子与氢氧化镍中的氢氧根离子发生反应，有利于镍氨配合离子与水的生成，同时可有效抑制镍氨配合离子的水解沉淀，因而提高镍浸出率。氨铵物质的量比增大至1∶2后，镍浸出率有下降趋势，这是因为总氨浓度一定情况下，铵盐比例过大会使游离氨浓度降低，不利于配合离子的生成。氨铵物质的量比对铜的浸出影响不大，相反，铵盐比例过大，浸出过程中碳酸根离子会大量分解，使铵盐利用率降低。综合考虑，确定氨铵物质的量比以1∶2为宜。

4．3 液固体积质量比对铜、镍浸出率的影响

在总氨浓度为9mol／L、氨铵物质的量比为1∶2、浸出温度为65℃、浸出时间为4h条件下，液固体积质量比对铜、镍浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 液固体积质量比对铜、镍浸出率的影响

由图3看出：浸出体系的液固体积质量比增大可显著提高铜、镍浸出率；液固体积质量比由2∶1增大至4∶1，铜、镍浸出率分别由85%、67．5%提高至95．36%、85．25%。这是由于随液固体积质量比增大，料浆黏度降低，有利于体系中物质扩散；但继续增大液固体积质量比，铜、镍浸出率提高幅度变小，且浸出液中铜、镍浓度降低，后续溶液处理量增大，生产成本增加。因此，适宜的液固体积质量确定为4∶1。

4．4 温度对铜、镍浸出率的影响

在总氨浓度为9mol／L、氨铵物质的量比为1∶2、液固体积质量比为4∶1、浸出时间为4h条件下，温度对铜、镍浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 温度对铜、镍浸出率的影响

由图4看出，温度对铜、镍浸出率影响较大：温度由60℃升高到65℃，铜浸出率由91．11%提高至95．36%，继续升高温度，铜浸出率变化不明显；温度由60℃升高至70℃，镍浸出率提高至87．35%，继续升高温度，镍浸出率反而下降。这可能是由于温度过高，使得碳酸根大量分解，氨挥发损失增大所致。铜氨配合离子较镍氨配合离子更稳定，所以体系中镍氨配合离子先发生水解，表现出镍浸出率下降。综合考虑，确定适宜的浸出温度为70℃。

4．5 浸出时间对铜、镍浸出率的影响

在总氨浓度为9mol／L、氨铵物质的量比为1∶2、液固体积质量比为4∶1、浸出温度70℃条件下，浸出时间对铜、镍浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出时间对铜、镍浸出率的影响

由图5看出：随浸出时间延长，铜、镍浸出率均逐步提高，浸出时间由2h延长至5h，铜、镍浸出率分别由 91．5%、75．4% 提高至 96．2%、87．9%，延长浸出时间对提高镍浸出率有利，但对提高铜浸出率作用不明显；当浸出时间超过4h后，铜、镍浸出率均变化不大，而氨挥发损失增大，浸出效率降低。因此，从金属浸出率及生产实际考虑，控制浸出时间以4h为宜。

4．6 优化条件下的验证试验

取电镀污泥100g，在总氨浓度为9mol／L、氨铵物质的量比为1∶2、液固体积质量比为4∶1、浸出温度为70℃、浸出时间为4h条件下进行验证试验，结果见表3。可以看出，优化条件下，污泥中铜、镍浸出率分别为95．02%、88．4%，与单因素试验结果相符，表明优化条件可靠，试验重现性较好。

表3 优化条件下的验证试验结果

5 结论

2）试验确定的浸出最优工艺条件为：总氨浓度9mol／L，氨铵物质的量比1∶2，液固体积质量比4∶1，浸出温度70℃，浸出时间4h。最优条件下，铜浸出率达95．02%，镍浸出率达88．4%，铜、镍浸出率均较高。

3）浸出液中的铜、镍可以用Lix984萃取分离，萃余液调氨后返回浸出工序，实现氨性废水零排放。

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