摘要：研究了电镀污泥中重金属的浸出方法,对几种常用的浸出剂进行对比实验,最终选定硫酸作为浸出剂,并确定最佳浸出工艺条件:污泥细度为100目,每2g污泥溶解在10mL、pH值为1.5的硫酸溶液中,常温下振荡1.5h。在该条件下,污泥中重金属Cu,Ni,Zn,Cr的浸出率最高,均达95%以上,为后续回收工艺奠定了较好的基础。

    关键词：电镀污泥;浸出率;重金属

        前言

    化学沉淀法是处理电镀废水最常用的方法,但该方法会产生大量的污泥,且污泥中富集了电镀废水中的绝大部分重金属。若不经处理随意堆放,不仅会造成严重的环境污染,危害人类健康,且会使得重金属资源大量流失。近年来,电镀污泥的资源化利用技术得到了广泛研究,其常用处理方法较多,其中,以湿法回收重金属的研究最多。而重金属的浸出是这一技术的首要步骤,且浸出效果的好坏直接影响到金属的回收率。

    所谓浸出是利用一定的浸出剂将电镀污泥中的有价重金属浸出呈液态离子的过程,浸出剂选择的原则是热力学上可行、反应速率快、经济合理、来源广泛。一般的浸出方法包括水浸出、盐浸出、酸浸出、碱浸出和细菌浸出等。对电镀污泥来说,可行的浸出方法有氨浸出、酸浸出及细菌浸出等。由于电镀污泥中重金属的质量浓度非常高,细菌的耐受力不足,因此常将氨水和酸作为浸出剂对电镀污泥进行浸出。

    本文以广东惠州某环保技术有限公司所取的电镀污泥为实验对象,进行深入细致的综合研究,最终目的是探索出一种合理、简单、高效并且适用于工业化生产的浸出方案,是一项具有明显的经济效益、社会效益和环境效益的研究工作。

    1 实验

    1.1 实验原料

    电镀污泥取自广东惠州某环保技术有限公司,污泥中含有Cu,Ni,Cr,Zn,Fe等多种金属物质。湿污泥外观呈灰绿色;干污泥外观呈灰青色,内夹深蓝色硬质颗粒。

    初始污泥先进行含水率、pH值和金属成分的测定。剩余污泥放入135℃烘箱中烘至恒重,取出冷却,置碾钵中碾碎;经各种不同细度的钢筛过筛,入玻璃瓶中,密封保存,以备使用。经实验测定,该污泥含水率为79%;pH值为8.3,呈弱碱性;干污泥中重金属的质量分数分别为:Cu8.35%,Ni9.14%,Fe2.32%,Zn1.21%,Cr0.86%。

    1.2 实验方法

    根据重金属的浸出机理,浸出剂的类型、浸出剂的pH值、浸出剂的体积、浸出温度、浸出时间和干污泥的给料细度等都影响着浸出效果。因此本文着重研究上述因素对重金属的浸出效果的影响。

    实验方法:将2g烘干的给定细度的污泥装入50mL小烧杯中,加入定量所选的浸出剂,置水浴锅里恒温搅拌一定时间,待污泥和浸出剂反应充分后,取出静置0.5h;然后4000r/min离心7min,将上清液倒入25mL比色管,剩余残渣洗涤两次,均将上清液倒入比色管,用蒸馏水定容,测其pH值;稀释不同倍数后用原子吸收分光光度法测定其中重金属(Cu,Ni,Zn,Cr,Fe)的质量,利用公式(1)计算浸出率:

    式中:m为2g污泥浸出液中重金属的质量,mg;m0为根据元素分析结果计算出的2g污泥中的重金属的质量,mg。

    2 结果与讨论

    2.1 浸出剂的选择

    常用的电镀污泥浸出方法主要有酸浸法和氨浸法。酸浸法常采用硫酸、盐酸作为浸出剂,氨浸法一般采用氨水溶液作为浸出剂。本实验分别选用硫酸、盐酸和氨水作为浸出剂,通过对比实验得出最佳浸出剂。

    2.1.1 硫酸浸出实验

    图1为不同pH值的硫酸对重金属浸出率的影响。由图1可知:硫酸溶液的pH值在0.5~1.5之间时,各种金属的浸出率均较高,均达95%以上;而随着硫酸的pH值升高,各种金属的浸出率均下降。

    2.1.2 盐酸浸出实验

    图2为不同pH值的盐酸对重金属浸出率的影响。由图2可知:盐酸溶液的pH值在0.5~1.5之间时,各种金属的浸出率均较高,均达85%以上;但随着盐酸的pH值的升高,各种金属的浸出率均下降。

    2.1.3 氨水浸出实验

    图3为不同pH值的氨水对重金属浸出率的影响。由图3可知:污泥中除Cu在氨水中的浸出率较高以外,其他各种金属的浸出率均较低,尤其是金属Cr的浸出率非常低。

    由上述实验结果可知:硫酸作为浸出剂时,各种金属的浸出率均最高,且相比于盐酸和氨水而言,硫酸的挥发性最小,浸出条件也相对较低。因此,最终选则硫酸为浸出剂。为节省硫酸的用量并满足后续工艺的要求,浸出剂的pH值控制在1.5。

    2.2 工艺条件的确定

    通常浸出剂的体积、浸出时间、污泥的给料细度、浸出温度等都会影响到金属的浸出效果。本文对上述因素分别进行实验,以找出最合适的浸出工艺条件。

 2.2.1 硫酸体积的影响

    在质量为2g,给料细度为100目的干电镀污泥中加入不同体积(6,8,10,12,14mL)、pH值为1.5的硫酸,常温下振荡1.5h,静置0.5h,离心洗涤3次,定容到25mL进行实验。

    图4为不同体积的硫酸对重金属浸出率的影响。由图4可知:随着硫酸的体积的增大,各种金属的浸出率也不断增大,当硫酸的体积达10mL时,重金属的浸出率基本都处于最大值(Fe除外)。考虑到工艺成本及后续工艺的要求,控制硫酸的体积为10mL。此时Cu,Ni,Zn,Cr的浸出率均在96.5%以上,Fe的浸出率为67.68%。

    2.2.2 浸出时间的影响

    在质量为2g,给料细度为100目的干电镀污泥中加入10mL、pH值为1.5的硫酸,常温下振荡不同时间(0,0.5,1.0,1.5,2.5h),静置0.5h,离心洗涤3次,定容到25mL进行实验。

    图5为不同浸出时间对重金属浸出率的影响。由图5可知:在10mL、pH值为1.5的硫酸溶液中,振荡时间为1.5h时,金属Cu,Ni,Zn,Cr的浸出率可达95%以上,而Fe的浸出率为79.33%。

    2.2.3 给料细度的影响

    在质量为2g,给料细度不同(分别为40,60,80,100,120目)的干电镀污泥中加入10mL、pH值为1.5的硫酸,常温下振荡1.5h,静置0.5h,离心洗涤3次,定容到25mL进行实验。

    图6为不同给料细度对金属浸出率的影响。由图6可知:随着污泥给料细度的变细,金属的浸出率增加,当给料细度达100目时,Cu,Ni,Zn,Cr的浸出率达96%以上,Fe的浸出率为86.68%。

    2.2.4 浸出温度的影响

    在质量为2g,给料细度为100目的干电镀污泥中加入10mL、pH值为1.5的硫酸,在不同的温度(20,40,50,60,80℃)下振荡1.5h,静置0.5h,离心洗涤3次,定容到25mL进行实验。

    图7为不同浸出温度对金属浸出率的影响。由图7可知:在不同浸出温度下,各种金属的浸出率基本平稳,Cu,Ni,Zn,Cr的浸出率达95%以上,Fe的浸出率也达80%以上。为节约工艺操作成本,电镀污泥的浸出温度选定为常温。

    2.3 放大实验

    为验证上述实验准确与否,进一步做放大实验:取80g给料细度为100目的污泥,溶解于400mL、pH值为1.5的硫酸溶液中,常温下震荡1.5h,静置0.5h,离心洗涤3次后进行实验。

    实验结果表明:Cu,Ni,Zn,Cr的浸出率分别为97.32%,96.98%,95.79%,97.61%,Fe的浸出率为83.28%,与前述实验结果基本吻合,验证了本方法的可行性。

    3 结论

    (1)分别采用硫酸、盐酸和氨水作为浸出剂进行对比实验,确定硫酸为最佳浸出剂。

    (2)根据浸出实验,污泥细度为100目,每2g干污泥溶解在10mL、pH值为1.5的硫酸溶液中,常温下振荡1.5h为最佳浸出工艺条件。此时污泥中常见重金属Cu,Ni,Zn,Cr的浸出率均最高。