1、 毕业论文 开题报告 环境工程 某电镀厂污泥中重金属 Cr的 浸出行为研究 一、选题的背景、意义 电镀污泥是指电镀行业中废水处理后产生的含重金属污泥废弃物，被列入国家危险废物名单中的第十七类危险废物。作为电镀废水的 “终态物 ”，虽然其量比废水要少得多，但是由于废水中的 Cu、 Ni、 Cr、 Zn、 Fe等重金属都转移到污泥中 ,这些重金属具有易积累、不稳定、易流失等特点，如不加以妥善处理，任意堆放，在雨水淋溶作用下，将沿着污泥 -土壤 -农作物 -人体的路径迁移，最后影响人体健康并可能引起地表水、土壤、地下水的次生污染，甚至危及生物 链，造成严重的环境破坏 1。 从某种意义上说，电镀重金属
2、污泥对环境的危害要比电镀废水严重。而且对电镀污泥中品位极高的重金属物质不加以回收利用，也意味着资源的巨大浪费。因此，对电镀重金属污泥进行无害化处置和资源化综合利用，国内外的学者们在这方面做了很多研究工作，取得了许多阶段性的成果。按照对电镀废水处理方式的不同，可将电镀污泥分为混合污泥和单质污泥两大类。前者是将不同种类的电镀废水混合在一起进行处理而形成的污泥 ， 后者是将不同种类的电镀废水分别处理而形成的污泥，如含铬污泥、含铜污泥、含镍污泥、含锌污泥等。本文主 要选择对环境危害最大的含 Cr污泥作为研究对象。通过实验方法对这种污泥进行处理处置并实验资源化再利用。 二、相关研究的最新成果及动态 对电
3、镀重金属污泥进行无害化处置和资源化综合利用，国内外的学者们在这方面做了不少研究工作，取得了许多阶段性的成果。以下是电镀污泥的各种无害化与资源化的几种方法： 1. 浸出 -沉淀法 对电镀污泥进行选择性浸出，使其中的重金属分组溶出，这是回收重金属的关键一步，也是决定后续金属回收率的关键所在。金属的浸出溶解主要有酸浸和氨浸两种工艺。目前国际上偏向于采用选择性相对较好的氨浸。由于沉淀 法分离回收浸出液中的重金属，工艺简单，应用较为广泛。捷克 2的研究者提出了一种处理镍电镀污泥的多级沉淀工艺，并在实验室进行了研究。该技术包括污泥酸浸、多种沉淀方法净化硫酸盐浸出液，使共存于镍电镀污泥中的杂质，如 Fe、
4、Zn、Cu、 Cr、 Cd、 Al等被脱除，最后一级沉淀中镍以氢氧化物的形式从净化溶液中分离出来。镍的最终沉淀物达到的纯度足以在冶金工业中直接再利用。毛谙章等人 3研究了硫化物沉淀分离提纯、氯酸钠硫酸体系浸出回收铜的工艺路线，铜的总回收率达到 94.5% 。陈凡植等 4研究采用常温下浸出、铁屑置换 、多步沉淀净化制取硫酸镍和固化处理工艺综合利用电镀污泥，得到的海绵状铜粉，品位在90%以上，回收率达 95%，还可以得到工业纯的硫酸镍，镍的回收率大于 80%。 2. 浸出 -溶剂萃取法 电镀污泥的溶剂萃取法，是在浸出液中加入与水互补相容的有机溶剂，或含有萃取剂的有机溶剂，通过传质过程，使污泥中的某
5、些重金属物质进入有机相，从而达到分离浓集的目的，也称液 -液萃取法。 20世纪 70年代，瑞典国家技术发展委员会支持 Chalmers大学开发了 Am-MAR“ 浸出 -溶剂萃取 ”工艺回收电镀污泥中的 Cu、 Zn、 Ni等重金属物质，并 逐步形成工业规模。中国的祝万鹏等 5， 6， 7以溶剂萃取工艺为主体，先后进行了一系列从电镀污泥中回收有价金属的实验研究，先是采用氨络合分组浸出 -蒸氨 -水解硫酸浸出 - 溶剂萃取 -金属盐结晶工艺，对电镀污泥进行有价金属的回收，并得到了含 Cu、 Zn、 Ni、 Cr等的各种高纯度金属盐类产品。后来采用 N510-煤油 -H2SO4四级逆流萃取工艺，可
6、使铜的萃取率达99%，而共存的镍和锌损失几乎为零。铜在此工艺过程中以铜盐 CuSO45H2O，或电解高纯铜的形式回收，初步经济分析表明，其产值抵消日常的运行费用，还具有较高的经 济效益。整个工艺过程较简单，循环运行，基本不产生二次污染。后来经过工艺改进，该小组又研究了硫酸浸出 -P507-煤油 -硫酸体系，萃取分离铁、钠皂 -P204-煤油 -酸体系共萃取铬、铝 -反萃取分离铬、铝工艺，回收电镀污泥氨浸渣中的金属。通过优化实验，并且确定了全流程的最佳工艺参数。结果表明，铁铬渣中的金属铬、铝和铁均可以高纯度盐类形式回收，可作为化学试剂使用，回收率达 95%以上。葡萄牙的 J.E.Silva8对含
7、有 Cu、 Cr、 Zn、 Ni等重金属的电镀污泥，采用硫酸浸出 -置换除铜 -沉淀除铬 - D2EHPA和 Cyancx272萃取分离锌、镍 -结晶的工艺进行了研究。结果显示 D2EHPA对锌的萃取率要 Cyancx272高，且存在于有机相中的锌能全部被回收，经过结晶后，能得到纯度相当高的硫酸镍产品。在铜、铬的去除阶段，铜的回收率达到 90% ，产生的 Cr-CaCO3沉淀，有可能制作硅酸盐材料。 3. 电解法 根据物理化学中的电解基本原理，在国内一些冶炼厂对主要含 Fe(OH)3和Cr(OH)3组分的污泥进行了电解法处理，其中武汉冶炼厂 9 的方法值得借鉴。他们将一定量的水和硫酸加入到污泥
8、中，沸腾后静止 30min，过滤后的滤液移至冷冻槽，然后加入理论量 12.5倍的硫酸铵，使生成硫酸铬和硫酸铁转变为铁矾，根据铬矾和铁矾在低温（ 75 ）条件下溶解度的不同而达到铬、铁的分离，最后，可回收 90%以上的铬。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、难点及预期达到的目标 1实验材料 嘉兴某电镀场污泥 ， NH3（ 8mol/L） ， NH4HCO3(5mol/L)，盐酸（ 10.5%），H2O2， 三磷酸丁脂（ TBP（ 50%），煤油。 2. 实验方法和步骤 本实验采用 “氨络合分组浸出一氨浸渣酸溶一氧化一净化除杂一溶剂萃取回收铬一产品实现 10的工艺流 程。主要操作步骤如下： (
9、1)氨浸试验：（ 1）在 75 下 ，将制备好的污泥在 NH3-NH4HCO3 体系中浸泡 3.5h（ NH3浓度 8mol/L， NH4HCO3浓度 5mol/L，液固比 20）。 (2)氨浸渣酸溶试验：室温下，将氨浸渣按固液比 1比 15溶于盐酸（ 10.5%）中 1h。 (3)氧化、除杂试验：采用 H2O2做氧化剂，将 Cr( )转化为 Cr( )，之后加NaOH调节 pH值，除去 99以上的杂质离子。 (4)铬的萃取试验：选择以 TBP 和煤油组成的萃取体系。首先针对模拟含Cr( )废液，在室温下对相比， TBP浓度，酸度，震荡时间，依次取单一变量，以得到最佳单因素条件。再针对实际的氨
10、浸渣经酸溶、氧化、除杂的含铬废液用改变单一变量的方法，以期得到的最优的实验室温，相比， TBP浓度，酸度，振荡时间等实验条件。 (5)反萃与产品实现：筛选 NaOH 做反萃取剂。反萃后的碱液，通过酸化、蒸发结晶以红矾钠的形式回收铬，使得初品纯度大于 98。 四、论文详细工作进度和安排 序号 各阶段工作内容 起止日期 备注 1 熟悉设计课题、查找资料 2010.11 2010.12 收集资料 2 撰写开题报告 2011.1中旬 完成外文翻 译 3 设计实验并完成实验，撰写实验报告 2011.1 中旬2011.4 学习并掌握各工艺需求 4 2011.3 2011.4 接受学院的中期检查 5 撰写论
11、文 2011.5 6 参加论文答辩 2011.6 五、主要参考文献 1 张忠民，石雪松 .电镀污泥的形成及处置 J科技情报开发与经济，2003,13(5):91-92. 2 梁俊兰 .从电镀污泥中回收镍 J.有色冶炼 .1999， 28（ 6）： 46-48 3 毛谙章，陈志传，张治清，等 .电镀污泥中铜的回收 J.化工技术与开发 ， 2004，33（ 2）： 45-47. 4 陈凡植， 陈庆邦 .从铜镍电镀污泥中回收金属铜和硫酸镍 J.化学工程， 2001，29（ 4）： 28-33. 5 祝万鹏，杨志华，李力冬 .溶剂萃取法提取电镀污泥浸出液中的铜 J.环境污染与防治， 1996， 18（
12、 4）： 12-18. 6 祝万鹏，杨志华 .溶剂萃取法回收电镀污泥中的有价金属 J.给水排水， 1995，21（ 2）： 16-18. 7 祝万鹏，叶波清 .溶液萃取法提取电镀污泥氨浸出渣中的金属资源 J.环境科学， 1998， 19（ 3）： 35-38 8 Silva J E， Paiva A P.Solvent Extraction Applied to the Recovery of Heavy Metals from Galvanic SludgeJ .Journal of Hazardous Materials,2005,B1（ 20） :113-118. 9 孙玉华，王竹寒 .电镀废水处理后的污染处理和利用 J.江苏环境科技， 1997，30（ 1）： 47-48. 10 石太宏，陈可，电镀重金属污泥的无害化处置和资源化利用，污染防治技术， 2007， 20（ 2） ： 39-42.
