關于電鍍污泥鉻回收工藝的研究分析

文/陶 巍

電鍍工業生產中產生的電鍍污泥中含有大量的銅、鋅、鉻等金屬。電鍍污泥對環境和人類健康造成了巨大威脅，同時電鍍污泥中含有的金屬成分，其品味高于金屬富礦石，是一種廉價的二次可再生資源。所以，從電鍍污泥中高效地提煉出金屬元素，對資源的利用、環境優化和人類健康都具有重要的意義。本文將通過試驗的方法，探究電鍍污泥中鉻的回收工藝。

在電鍍、金屬加工和制革等行業經常會產生含鉻污泥。大部分含鉻污泥是以半固體的形式存在。鉻對人的身體健康具有極大的威脅，六價鉻會導致細菌突變和癌變，三價鉻會透過胎盤抑制嬰兒的生長或者胎盤致畸。同時，金屬鉻在工業生產中得到了廣泛的使用。它是金屬加工和電鍍行業的必要原料，從這方面來看，金屬鉻是一種寶貴的金屬資源。所以，對電鍍污泥中鉻的回收，具有重要的經濟價值和社會價值。

鉻提取實驗

試驗原料準備及其理化性質研究

在進行電鍍污泥鉻回收試驗之前，了解含鉻污泥的理化性質，對于試驗過程和試驗結果有重要的影響。所以要在進行鉻回收試驗之前分析了解含鉻污泥的理化性質。區某電鍍公司的含鉻污泥，該污泥的含水量在81.1%左右，呈現綠色，半固態。該污泥的浸出毒性的測定采用水平振蕩法測定出來，浸出毒性描述為靜態浸出毒性。該污泥中各金屬元素浸出毒性的濃度分別為：銅元素的浸出濃度為112.032μg/mL，鎳元素的浸出濃度為17.482μg/mL，鉻元素的浸出濃度為21.868μg/mL。其中規定的三個元素浸出毒性的標準限值為：銅元素為100μg/mL，鎳元素為5μg/mL，鉻元素為15μg/mL。該電鍍污泥中元素的浸出毒性超出了規定的標準值范圍。該電鍍污泥的重金屬含量為，銅元素為5.71%w，鎳元素為3.32%w，鉻元素為8.18%w。電鍍污泥中含有鉻元素比例最高，具有很大的回收價值。

試驗方案及方法確定

（1）鉻的提取方案。鉻提取的回收率受到鉻的提取方案的影響。鉻的提取方法包括很多，有酸浸取、堿浸取和微生物浸取等多種方法。根據查閱資料和對以往鉻提取試驗的研究分析，得出，鹽酸是較為合適的金屬提取劑。所以，本試驗將采用鹽酸對鉻進行提取。試驗中，將適量的含有鉻元素的電鍍污泥與鹽酸混合，經過一段時間的浸取，得到三價鉻的沉淀，將沉淀后的殘渣填埋，之后使用過氧化氫將三價鉻氧化成為六價鉻，之后使用PbNO3作為沉淀劑，使六價鉻形成鉻酸鉛，之后循環三價鉻沉淀和氧化六價鉻的過程，在完成幾次之后進行性能檢測，檢查是否滿足鉻元素提取標準，若不滿足，則繼續重復以上步驟。在上述試驗過程中，考慮到了液固比、浸出時間和鹽酸濃度對鉻提取的影響，并采用正交試驗進行優化，得到三個水平因素，第一水平的鹽酸濃度為2mol/L，液固比為5∶1，浸出時間為0.5h；第二水平的鹽酸濃度為6mol/L，液固比為10∶1，浸出時間為1h；第三水平的鹽酸濃度為12mol/L，液固比為20∶1，浸出時間為3h。

（2）鉻分離試驗。在鉻提取階段，其他元素也會以離子的形式進入提取液中。所以，要實現鉻的回收，就必須將溶液中的其他元素與鉻離子分離。在本試驗中采用分布沉淀的方法將其他金屬與鉻金屬分離。然后通過氧化將沉淀狀態的鉻轉化為可溶態的鉻，為后續的鉻回收打下基礎。在pH值為6.0時鉻會完全沉淀，本試驗中，采用氫氧化鈉調節提取液的pH值。在堿性溶液中過氧化氫能夠將沉淀的鉻轉化為可溶鉻。所以，在鉻沉淀之后，向濾液中加入適量的過氧化氫，并將濾液放在一定溫度下的水浴鍋中加熱，之后用碳酸鈉調節和控制溶液的pH值。本試驗中，考慮到過氧化氫的用量、反映溫度、pH值對試驗結果的影響，采用正交試驗進行優化，第一水平的反應溫度為60℃，pH值為7.0-8.0，反映時間為40min，H2O2用量為5.0mL；第二水平的反應溫度為70℃，pH值為8.0-9.0，反映時間為90min，H2O2用量為10.0mL；第三水平的反應溫度為80℃，pH值為9.0-10.0，反映時間為120min，H2O2用量為15.0mL。

試驗的檢測方法

本試驗中檢測含水率使用的設備為水分測定儀。檢測離子濃度使用的設備為上海光譜儀器有限公司生產的型號為723型的可見分光光度計。檢測有機質含量所用到的設備為型號為SX2-4-10型箱式電阻爐。檢測離子濃度所用的設備是北京東西分儀器有限公司生產的型號為AA7000的原子吸收分光光度計。此外，試驗中還用到了江蘇金壇市億通電子有限公司生產的型號為XA-1的固體樣品粉碎機。

試驗結果分析

鉻提取工藝的參數優化。在鉻提取試驗過程中，采用正交試驗對鹽酸的濃度、液固比和浸出時間三個影響因素進行了分析。通過計算分析得出，酸提取鉻的過程中最佳的水平的組合為第二水平，也就是鹽酸濃度為6mol/L，液固比為10∶1，浸出時間為1h。通過計算極差，得到每個因素對酸浸效果的影響程度依次為：鹽酸程度＞浸出時間＞液固比。通過計算方差得出，在顯著水平為0.25時，鹽酸的濃度對浸出效果的影響最為明顯，而其他的因素對鉻的浸出效果的影響較小。通過本試驗能夠得出結論，酸提取法制對含鉻電鍍污泥回收鉻較為簡單的方法，該方法只需通過控制鹽酸的濃度，就能夠得到較高的鉻回收率，并且該工藝的鉻回收率較高，達到了94.19%。

2.鉻分離工藝的參數優化。本文中采用過氧化鈉調整溶液的pH值達到6.0，從而使鉻能夠較完全的沉淀，以使鉻與其他的金屬分離。在得到分離的溶液之后采用過氧化氫將三價鉻氧化為六價鉻，并采用正交試驗的方法，獲得較為合適的組合方式。通過正交試驗的分析結果可以得到，第三水平能夠較好地將鉻與其他金屬元素分離，也就是在反應溫度為80℃，pH值為9.0-10.0，反映時間為120min，H2O2用量為15.0mL時能夠達到較好的分離效果。在試驗中使用碳酸鈉調整pH值，隨著碳酸鈉的不斷加入，會有沉淀生成，碳酸鈉繼續增加，沉淀又會溶解。出現這種現象的原因是在碳酸鈉少量的情況下，六價鉻與碳酸根離子形成碳酸鉻沉淀，由于碳酸鉻溶于堿的性質，在碳酸鈉的量增加時，沉淀又會溶解。所以在試驗的過程中不應使反應物的pH過低，否則生成碳酸鉻沉淀，而不易與其他元素進行分離。

鉻回收工藝的參數優化。在試驗中采用PbNO3作為沉淀劑。通過查閱相關資料得知，鉻酸鉛在55℃-60℃的情況下會發生沉淀反應。并且在相同的時間內，溶液的pH值增加，沉淀的六價鉻占中的六價鉻的百分比會逐漸減少，也就是說，過大的pH值不利于發生沉淀反應。在酸性的條件下，反應時間增加，沉淀的六價鉻占中的六價鉻的百分比會逐漸增加；而在堿性或中性環境下，反應時間增加，沉淀的六價鉻占中的六價鉻的百分比會逐漸減少。這是因為，pH增加和時間的延長，會使Pb2+與氫氧根離子形成Pb（OH）2也就是說在堿性條件下與六價鉻離子形成沉淀的Pb2+會比酸性條件下少，所以，鉻酸鉛在酸的環境下發生沉淀反應較為充分。本試驗中鉻酸鉛沉淀試驗中，鉻酸鉛的性能較為理想。但是，由于污泥中含有硫酸根離子和其他雜志會與Pb2+發生沉淀反應，這會影響產品的純度和水萃取液的酸堿度。通過對試驗后的殘渣進行檢驗得出，使用沉淀-溶解平衡原理進行鉻回收之后的的殘渣中的鉻的濃度低于《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》的標準值，同時低于《危險廢物填埋控制標準》允許進入填埋區的標準值，所以該試驗方法滿足鉻回收工藝中對鉻污染控制的各項要求。

結語

通過對本試驗各項結果的分析，可以得出使用沉淀-溶解原理對電鍍污泥中的鉻進行回收的工藝具有操作簡單、成本低廉和回收率高的特點。該方法既能夠實現回收污泥中的大部分鉻，又能夠減少資源流失，降低污泥中鉻的濃度，從而降低污泥對環境和人體的傷害。