電鍍污泥中鎳的回收技術研究

張廣柱,童張法,高大明

(1.梅州市環境監測中心站,廣東梅州514071;2.廣西大學化學化工學院,廣西南寧530004;3.深圳市工業廢物處理站貴金屬回收部,廣東深圳518049)

電鍍污泥中鎳的回收技術研究

張廣柱1,童張法2,高大明3

(1.梅州市環境監測中心站,廣東梅州514071;2.廣西大學化學化工學院,廣西南寧530004;3.深圳市工業廢物處理站貴金屬回收部,廣東深圳518049)

采用30%N902從除雜后的電鍍污泥氨浸液中回收金屬鎳。在萃取原料液pH=9,相比(A/O)=2∶1,反應時間為5min條件下可使鎳的萃取率達到99%。負載有機相經水洗后,用2mol/L A/O=1∶1的硫酸進行反萃,反萃時間為30min,反萃級數為8級,得到產品硫酸鎳。硫酸鎳溶液中鎳離子含量>90g/L,其它雜質達到產品質量要求。

電鍍污泥;鎳回收;氨浸;N902;萃取

隨著我國電鍍行業的發展,產生了大量的電鍍污泥,對環境危害日益嚴重[1]。污泥中含有大量貴金屬資源,可以加以回收利用,變廢為寶。處置電鍍污泥回收有價金屬,既可以最低限度降低環境污染,又可以最大限度節約資源,可謂一舉兩得。

目前回收工藝主要有酸浸和氨浸兩種[2～4]。本課題組嘗試過酸法回收銅鎳電鍍污泥。浸出液首先經過電解回收銅;然后用磷酸鈉除Al、Fe、Cr,最終得到產品硫酸鎳。但是本工藝的不足之處在于單一地依靠化學法來凈化除雜,難以達到硫酸鎳的產品質量要求,如果再次進行深度凈化,處理成本較高,工藝較復雜。受金屬市場價格因素的影響,如何降低處理成本是目前主要的問題。

本文主要研究N-902(活性成分為2-羥基-5-壬基苯甲醛肟)從氨浸液中萃取銅、鎳絡離子。氨浸液經過電解初次除銅,硫化物深度凈化,最終用N902萃取,硫酸反萃得到產品硫酸鎳。工藝簡單,成本較低。

1 主要實驗試劑與儀器

試劑:碳酸銨、硫化鈉、氨水、硫酸、鹽酸、硝酸,均為分析純。

儀器:KS-1型康氏振蕩器(北京長風儀器儀表公司),Perkin-Elmer OPT IMMA-3000 I CPAES儀(美國PE公司),AAS-TAS-990(北京市普析通用儀器有限責任公司),凱式定氮儀,分液漏斗,磺化煤油。

2 實驗部分

實驗原料為深圳市某電鍍廠電鍍污泥,污泥外觀為灰綠色,含鎳量4%～6%。取3份約10g污泥,烘干至恒重后稱重核算平均含水率;干基用1∶1王水溶出后定容至100ml,稀釋后(2%硝酸介質)采用ICP-AES測量其組分。

2.1 浸出

浸出劑中氨水濃度5%,碳酸銨濃度130g/L。液固比3∶1,浸出時間5h。為避免浸出時氨的揮發,浸出在加有橡皮塞的錐形瓶中進行。浸出時添加與污泥和浸出劑的體積比約為1∶1的玻璃珠,放在振蕩器上震蕩,增加分散效果。浸出工藝為循環浸出。

2.2 凈化除雜

浸出液通過電解初次除銅、硫化法二次除銅以達到深度凈化除銅的目的。

2.3 萃取

凈化后溶液采用稀釋劑為磺化煤油的N902萃取,實現鎳的回收。因N902對金屬鎳離子是選擇性萃取,所以氨大部分存在于萃余液中,可返回使用。原理如下:

式中R代表銅、鎳金屬離子。

單一金屬元素的分析采用AAS法(下同)。

2.4 洗滌

萃取劑中夾雜著一部分以游離狀態存在的氨,如果不洗去,會在反萃時消耗反酸的用量,用自來水洗滌3次,每次洗水量與有機相的體積比為1∶1,洗水返回浸出時配制5%氨水。

2.5 反萃

經過洗滌后的負載有機相,采用硫酸進行多級反萃,得到產品硫酸鎳。

理論上為了使反萃液中鎳的濃度達到>60g/L,反酸的濃度最低應>1mol/L。高酸度盡管可以取得高反萃率,但從成本方面來考慮,酸度不宜太高。考慮到其他因素可能消耗掉一部分反酸,選擇反酸濃度為2mol/L,優化A/O和反萃時間。

一級反萃液中,鎳離子濃度太低,為了達到產品質量標準,應提高反萃液中鎳的含量,取50ml 2mol/L硫酸,A/O為1∶1,反萃時間為30min,進行多級反萃模擬,每次反萃后用萃余液再次反萃新鮮的飽和有機相。

3 結果與討論

3.1 污泥組分

深圳市某電鍍廠污泥組成見表1。

表1 電鍍污泥組分

3.2 浸出液組分

電鍍污泥浸出液組分見表2。

表2 浸出液組分

3.3 萃取原料液組分

進行除雜后溶液中各組分含量見表3。

表3 萃取原料液組分

3.4 萃取

3.4.1 萃取劑濃度的選擇

萃取劑濃度高于30%粘度較大,工業應用困難,故不予考慮。而當萃取劑濃度低于30%時,鎳的萃取率較低。萃取劑濃度與萃取率的關系見表4。

表4 萃取劑濃度對萃取率的影響

所以,萃取劑濃度選擇為30%。

3.4.2 A/O對萃取率的影響

萃取劑濃度30%,反應時間5min,pH=9。考查A/O對鎳萃取率的影響,結果如圖1所示。

隨著A/O比的增加,鎳的萃取率逐漸下降,當增加到3∶1時,下降很明顯。說明A/O比為3:1時有機相已經飽和。另外,從萃余液的顏色上來辨別也說明了這個問題,當A/O=3時,萃取余液的顏色為黃綠色,說明萃余液中鎳含量已經很高。因此選擇A/O=2∶1為最佳值。

3.4.3 反應時間對萃取率的影響

萃取劑濃度30%,A/O=2∶1,pH=9。考查萃取時間對鎳萃取率的影響,結果如圖2所示。

從圖2可以看出,N902萃取鎳在很短的時間內就可以完成。在3min時鎳的萃取率為97%,5min時鎳的萃取率接近99%,再延長反應時間,萃取率增幅不明顯,故選取反應時間為5min為最佳。

3.4.4 原料液pH對萃取率的影響

試驗結果表明,溶液pH對萃取率的影響不顯著,綜合其他因素考慮,直接用凈化除雜后的溶液進行萃取。

3.5 反萃

3.5.1 反萃時間對反萃率的影響

A/O=1,不同反萃時間對反萃效率的影響,結果如圖3所示。

從圖中可以看出,反應前30min,反萃率成直線上升,當時間為30min時反萃率已經達到99%,超過30min時,萃取率增加趨于平緩,所以反萃時間選擇30min為宜。

3.5.2 A/O對反萃率的影響

反萃時間30min,優化A/O對反萃效率的影響,結果如圖4所示。

A/O=1∶1反萃率就已經達到了92%,2∶1時基本反萃完全,少量存在于有機相中的鎳需要用更高的A/O比才能將其反萃下來;另一方面為了增加反萃液中鎳離子的濃度也應采用較低的A/O來進行反萃。

4.5.3 模擬多級反萃

從圖5可以看出反萃級數為8級時,反萃液基本飽和。2mol/L硫酸理論上飽和萃取容量為118g/L。但從試驗結果來看,僅有98g/L,一方面是因為溶液中少量其他雜質反萃時消耗了硫酸的用量;另一方面是少量殘余在有機相中的氨,消耗了一部分硫酸。

4 結論

本試驗結果表明,經凈化過的氨浸液采用N902萃取回收鎳在工藝上是可行的,鎳的萃取率達到99%以上;萃余液中雜質含量較少,補加氨水用于配制浸出劑;負載有機相用2mol/L硫酸反萃,A/O=1,反萃時間為30min,反萃級數為8級,可使反萃液中鎳的含量達到90g/L以上,其他雜質符合要求。硫酸鎳溶液組分見表5。

表5 硫酸鎳產品組分表

[1]張煥云,婁性義,韓玎.用循環經濟理念指導電鍍污泥的綜合利用[J].中國環保產業,2007,(9).

[2]陳永松,周少奇.電鍍污泥處理技術的研究進展[J].化工環保,2007,27(2).

[3]李紅藝,劉偉京,陳勇.電鍍污泥中銅和鎳的回收和資源化技術[J].中國資源綜合利用,2005,(12).

[4]毛諳章,陳志傳,張志清,等.電鍍污泥中銅的回收[J].化工技術與開發,2004,(4).

[5]陳家鏞.濕法冶金手冊[M].北京:冶金工業出版社,2005.

[6]楊新生.氨浸過程淺析[J].有色礦冶,1993,(1).

[7]祝萬鵬,葉波清,楊志華,等.溶劑萃取法提取電鍍污泥氨浸出渣中的金屬資源[J].環境科學,1998,19(3).

Study on Recovery Technology of Nickel from Electroplating Sludge

ZHANG Guang-zhu1,TONG Zhang-fa2,GAO Da-ming3
(1.Meizhou EnvironmentalMonitoring Station,Meizhou Guangdong 514071 China)

The recovery of nickel from electroplating sludge in ammonia leaching solution after removing the impuri-ty is conducted by using 30%N90-.Under the condition of pH as 9 with 2:1 rate of compared(A/O)within 5 minutes of reaction time,the extraction rate of nickel can meet 99%.At the meantime,the stripping ratio of nickel from loaded organic phase after water bath is 8 level in 30 minutes when the solution of 2 mol/L sulphuric acid with 1:1 of(A/O)rate was used as stripping agent.The nickelous sulfate is abtained as the stripping by-product.The content of nickel ion in the nickelous sulfate solution is over90g/L which can meet the quality requirement with less content of other impurities.

electroplating sludge;nickel recovery;ammonia leaching;N902;extraction

X78

A

1673-9655(2010)03-0067-04

2010-01-14