淺析電鍍含銅和含鎳污泥的資源化回收工藝
前言
電鍍生產企業，根據不同的鍍種和產品，均須大量選用各種重金屬作為原料，如金、銀、銅、鎳、鉻、鋅、鐵、鎘等。在電鍍過程中，部分重金屬進入廢水中，并通過廢水處理流程進入污泥，成為電鍍污泥。電鍍污泥是一種典型的危險廢物（危險廢物編號為 HW22），必須經過嚴格的無害化處理。
一般電鍍生產企業的電鍍污泥產量均較大，一個處理量為1萬噸/天的廢水站，其產泥量可達1800噸/年。表1為一個典型的電鍍工業園的各類污泥產生量及污泥中重金屬含量。
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由表1可以看出，各鍍種均有電鍍污泥產生，來源廣泛。電鍍污泥含有大量的重金屬，具有回收價值，若對其進行資源化回收，既可避免污染環境，還可產生一定經濟效益。
1 電鍍污泥的危害及影響
重金屬普遍具有較大的毒性，其通過水、氣和食物鏈進入人體后，會在體內累積，嚴重影響人體健康，甚至危及生命。電鍍污泥中的重金屬對環境產生的影響，主要表現在以下方面：
（1）電鍍污泥臨時堆放或處置時，污泥因表面干燥而引起揚塵，重金屬進入大氣中造成污染。
（2）臨時堆放點由于雨水淋浸會產生固廢滲出液，使重金屬進入地表水及地下水造成污染。如果采用被污染的廢水灌溉農作物，重金屬就會進入食物鏈。
（3）固廢堆放或處置過程容易污染土壤，影響農作物的生長，或通過農作物進入食物鏈。
（4）固廢運輸過程中，因管理措施不嚴、發生交通事故等，可能會對沿途的環境造成污染。
2 電鍍污泥的處理與處置
由于電鍍污泥中含有大量的貴金屬，具有回收價值，因而電鍍生產過程中產生的金、銀等貴金屬，一般各企業內部已經回收，不會進入電鍍污泥中。根據各種重金屬的市場價格，電鍍污泥中一般較具有回收價值的是含鎳污泥和含銅污泥。本文以處理量為1萬t/d廢水處理站為例，簡要介紹了產生的含鎳污泥和含銅污泥的“酸浸出”回收處理工藝。
2.1 含鎳污泥處理酸浸出工藝
含鎳污泥的分離處理包括酸浸出、銅萃取和除雜提純三個步驟。
2.1.1 酸浸出
電鍍污泥中加水、硫酸，利用化學反應熱進行浸出，pH為1.0，固∶水∶酸 ＝1∶4∶1，攪拌2.5小時，鎳、銅的浸出率大于96％ ，浸出到終點后，進行壓力過濾，浸出液送后道萃取，浸出渣水洗干凈后送固化場制磚固化處理，清洗水返回酸浸出。
浸出過程的主要化學反應如下：
Ni+H2SO4=NiSO4+H2↑
Ni(OH)2+H2SO4=NiSO4+2H2O
NiO+H2SO4=NiSO4+H2O
FeO+H2SO4=FeSO4+H2O
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O
2.1.2 銅萃取
萃取液用磺化煤油做載體，形成銅萃取有機相，用量為磺化煤油：萃取劑＝15∶1，萃取條件為：pH＝2，有機相（O）：水相（W）＝1∶1，采用兩段萃取以最大限度地萃取浸出液中的銅，萃取到終點后靜置分層，萃取水相除雜提純硫酸鎳，銅負載有機相用10％～15％的硫酸反萃得硫酸銅溶液，空載有機相送銅萃取。采用國際先進的銅萃取劑，銅的萃取率可達99％以上。由于萃取液中銅含量較低，為便于后道的銅提取，用膜反滲透進行濃縮，同時可以將反滲透水用于浸出渣的水洗，節約水的用量。
2.1.3 除雜提純
經過銅萃取后，富鎳溶液中還含有鐵、少量的銅、鈣和鎂等雜質，必須除雜后才能制得符合工業標準的硫酸鎳。提銅后的富鎳溶液經E.Z.針鐵礦法除鐵后壓濾，壓濾渣送固化場固化處理，濾液用雜質萃取液萃雜，進一步深度除雜后得到工業級的硫酸鎳溶液。在這個過程中，鎳的損失很少，通過提純，鎳的回收率可達98％。部分清洗廢水送中和污水處理池處理達標后排放。
用“酸浸出－多級萃取”工藝，污泥中的鎳、銅回收率可達96％以上。通過鎳物料平衡可以看出，最后的廢渣量僅有原污泥的20％左右，從而大大減少了污泥的排放量。
含鎳污泥處理工藝流程見圖1。
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2.2 含銅污泥處理酸浸出工藝
含銅污泥的分離處理包括酸浸出、銅萃取和鎳富集三個步驟。
2.2.1 酸浸出
電鍍污泥中加水、硫酸、氧化劑，利用化學反應熱進行浸出，pH為1.0，固∶水∶酸＝1∶4∶1，攪拌 2.5小時，鎳的浸出率大于98％，銅大于96％，浸出到終點后，重力過濾，浸出液送后道萃取，浸出渣水洗干凈后送固化場制磚固化處理，清洗水返回酸浸出。浸出的主要化學反應如下：
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O
Ni+H2SO4=NiSO4+H2↑
Ni(OH)2+H2SO4=NiSO4+2H2O
NiO+H2SO4=NiSO4+H2O
FeO+H2SO4=FeSO4+H2O
2.2.2 銅萃取
萃取液用磺化煤油做載體，形成銅萃取有機相，用量為磺化煤油∶萃取劑＝15∶1，萃取條件為：pH＝2，有機相（O）∶水相（W）＝1∶1，采用兩段萃取以最大限度地萃取浸出液中的銅，萃取到終點后靜置分層，萃取水相送鎳萃取富集硫酸鎳，銅負載有機相用10％～ 15％的硫酸反萃得硫酸銅溶液，空載有機相送銅萃取。采用國際先進的萃取劑，銅的萃取率可達99％以上。反萃液經熱濃縮后得到工業五水硫酸銅。
2.2.3 鎳的萃取和富集
經過銅萃取后，萃取余液中還含有鎳、鐵、鈣和鎂等重金屬，由于鎳含量較低，所以必須經多級萃取將鎳富集，才能便于提純。在這個過程中，鎳的損失很少，鎳的回收率可達98％。反萃液經膜反滲透富集后送鎳提純，水回用于浸出渣的水洗。
用“酸浸出－多級萃取”工藝，污泥中的鎳、銅回收率可達96％以上。鎳富集過程中的部分廢水送污水處理廠綜合污水池處理達標后排放。含銅污泥處理工藝流程見圖2。
2.3 含銅、含鎳污泥處理主要原材料消耗及理化性質
2.3.1 主要原輔材料
主要原輔材料規格及年耗量見表2。
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污泥處理生產中所涉及的污泥，均為電鍍生產線產生的污泥。電鍍企業一般涉及銅、鎳、鋅、錫、鉻、金、銀等電鍍和化學鍍工藝，電鍍廢水中含有銅、鎳、鋅、錫、鉻、金、銀、鍍件金屬等重金屬，電鍍污水可采用化學法為主輔以生化法的處理工藝。對污水處理產生的污泥進行回收利用時，為了便于金屬的回收利用，在電鍍污水處理過程中采用分質單獨收集，分別進行化學沉淀處理，這樣可以得到相對單純的含銅、含鎳污泥。電鍍污泥在經過重力脫水和機械壓縮后得到含水量約75％的泥渣。污泥中的重金屬含量及物相組成見表3。
從表3中可以看出，銅、鎳占重金屬總排放量的比例較大，具有較大的回收利用價值；錫、鉻、鋅等重金屬占總金屬排放量的比例較少，利用價值不高，可外售給其他企業進行固化制磚處理；金、銀等屬于貴金屬，由各電鍍生產廠家采用在線回收處理，污泥回收可不予考慮。
2.4 含銅、含鎳污泥處理中的物料平衡
2.4.1 含鎳污泥處理的物料平衡（見表4和圖3）
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2.4.2 含銅污泥處理的物料平衡（見表5和圖4）
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2.5 金屬平衡
污泥處理的鎳、銅平衡見圖5。
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由圖5看出，鎳的回收率為95.9%，銅的回收率為 97.1%。
3 結語
（1）電鍍污泥中含有大量銅和鎳，對環境具有相當大的危害，但若對其進行恰當處理，就可變廢為寶，不但可以消除環境污染，還可產生較好的經濟效益。（2）含銅污泥和含鎳污泥均可采用萃取工藝進行回收，產品為硫酸銅和硫酸鎳，其中銅的回收率可達 97.1%，鎳的回收率可達95.9%。
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