施銀燕, 徐玉福, 胡獻(xiàn)國(guó)

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽合肥 230009）

化學(xué)沉淀法回收化學(xué)鍍鎳廢水中鎳的研究

施銀燕, 徐玉福, 胡獻(xiàn)國(guó)

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽合肥 230009）

采用化學(xué)沉淀法從化學(xué)鍍鎳廢水中回收鎳,通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了NaOH處理含鎳廢水的工藝參數(shù),并對(duì)沉渣鎳鹽進(jìn)行了處理。結(jié)果表明,化學(xué)沉淀法處理化學(xué)鍍鎳廢水的最佳工藝參數(shù)為:H2O230 mL/L,NaOH 15.67 g/L,絮凝劑聚丙烯酰胺4 g/L。用硫酸處理沉淀物后鎳的回收率可達(dá)97.25%。

化學(xué)鍍鎳;廢水;化學(xué)沉淀;鎳回收

0 前言

化學(xué)鍍鎳是以鎳鹽和次磷酸鹽等作用生成Ni-P非晶鍍層[1],具有不需外電源、鍍層均勻、硬度高、耐磨性能好、鍍覆部件不受尺寸形狀限制等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件的耐磨與減摩以及表面強(qiáng)化等領(lǐng)域。但目前大部分化學(xué)鍍鎳廢水以廢水的形式直接排放,造成資源浪費(fèi)。同時(shí)鎳的毒性較大,含鎳廢水直接排放必將對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害[2-3]。因此,研究化學(xué)鍍鎳廢水中Ni2+的回收利用方法已引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。

目前化學(xué)鍍鎳廢水的處理方法有很多,如電解法、化學(xué)法、吸附法、生物法等。其中化學(xué)沉淀法簡(jiǎn)便、實(shí)用,在含鎳廢水處理中應(yīng)用最多,且隨著在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)控制儀的使用,有逐漸增加的趨勢(shì)。由于化學(xué)鍍鎳廢水的化學(xué)成分復(fù)雜,配位劑的質(zhì)量濃度高,難以直接用沉淀的方法徹底回收鎳。本文用破配位劑首先破壞化學(xué)鍍鎳廢水的配位能力,進(jìn)而以NaOH為沉淀劑,最大程度地回收化學(xué)鍍鎳廢水中的鎳。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 廢水成分分析

本實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)鍍鎳廢水取自某金屬材料公司,經(jīng)過(guò)濾處理后,廢水的p H值為4.30,主要成分為:Ni2+17 367 mg/L,Fe2+3.0 mg/L,Cu2+15.2 mg/L,Zn2+13.7 mg/L。

由以上水質(zhì)數(shù)據(jù)可知:該公司排放的含鎳廢水中,Ni2+的質(zhì)量濃度很高,回收其中的Ni2+不僅可以減小對(duì)環(huán)境的污染,更有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 主要儀器及試劑

采用的主要儀器有721分光光度計(jì),p H計(jì)。采用的主要試劑有NaOH(AR）,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1）廢水成分分析

取經(jīng)過(guò)過(guò)濾除雜的含鎳廢水,用原子吸收光譜分析法分析溶液中的離子組成。

(2）廢水處理

向廢水中加入一定量的 H2O2進(jìn)行破配位處理,然后加入一定量的 NaOH攪拌0.5 h,靜置分層,測(cè)定上層清液中的Ni2+的質(zhì)量濃度,計(jì)算Ni2+的去除率。

(3）聚丙烯酰胺(PAM）對(duì)沉淀速率的影響

取100 mL廢水,向廢水中加入30 mL/L的H2O2,常溫下再向廢水中加入15.67 g/L的固體NaOH和一定量的PAM,反應(yīng)0.5 h后立即轉(zhuǎn)入到帶有刻度的試管中,記錄沉淀物沉淀至40 mL處時(shí)的時(shí)間,考察PAM的質(zhì)量濃度對(duì)沉淀速率的影響。

(4）沉淀物的處理

取100 mL廢水,向廢水中加入30 mL/L的H2O2,常溫下再向廢水中加入15.67 g/L的固體NaOH和一定量的 PAM,反應(yīng)0.5 h后過(guò)濾,將濾餅置于烘箱中于120℃下干燥2 h,稱重。然后將Ni(OH）2用0.1 mol/L的 H2SO4溶解,蒸發(fā)結(jié)晶,得到鎳的硫酸鹽,稱重,計(jì)算鎳的回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 H2O2對(duì) Ni2+去除率的影響

向100 mL廢水中加入一定量的 H2O2,然后加入1.5 g NaOH,攪拌0.5 h,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖1所示。

圖1 雙氧水對(duì)Ni2+去除率的影響

由圖1可知:在廢水中加入 H2O2,Ni2+的去除效率明顯提高,且隨著 H2O2的體積分?jǐn)?shù)的增加,Ni2+去除率也增加。這是因?yàn)樵诨瘜W(xué)鍍鎳廢水中鎳主要以配位物[Ni3(C6H5O7）2]的形式存在,只靠加堿很難使鎳沉淀完全。加入 H2O2可以破壞配位物[4],形成更多的游離Ni2+,使得Ni2+的去除率提高。從圖中還可以看出:當(dāng) H2O2的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30 mL/L后,去除率不再增加。由此可見(jiàn),H2O2最佳體積分?jǐn)?shù)為30 mL/L。

2.2 NaOH對(duì)廢水pH值的影響

向廢水中加入30 mL/L的 H2O2,常溫下,緩慢添加不同質(zhì)量濃度的NaOH,同時(shí)測(cè)定反應(yīng)體系的p H值,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖2所示。

圖2 氫氧化鈉對(duì)廢水p H的影響

由圖2可知:當(dāng)NaOH的質(zhì)量濃度在3.79 g/L以內(nèi)時(shí),反應(yīng)體系的p H值隨著NaOH的質(zhì)量濃度的增加迅速增加,這是因?yàn)樘砑拥腘aOH與廢水中的 H+反應(yīng),導(dǎo)致p H值迅速上升;當(dāng)NaOH的質(zhì)量濃度達(dá)到3.79 g/L后,體系的p H值達(dá)到11.26,繼續(xù)添加NaOH,p H值不再變化,這是因?yàn)镺H-與廢水中的Ni2+發(fā)生反應(yīng),生成Ni(OH）2,p H值不變化;而當(dāng)NaOH的質(zhì)量濃度達(dá)到15.67 g/L后,廢水的p H值開(kāi)始上升,這時(shí) Ni2+沉淀完全,繼續(xù)添加的OH-會(huì)導(dǎo)致廢水p H上升。因此,NaOH的最佳質(zhì)量濃度為15.67 g/L,此時(shí)能確保廢水中Ni2+沉淀完全。

2.3 NaOH對(duì) Ni2+去除率的影響

向廢水中加入30 mL/L的 H2O2,常溫下,緩慢添加不同質(zhì)量濃度的NaOH,并攪拌0.5 h,測(cè)定反應(yīng)體系Ni2+的去除率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖3所示。

圖3 氫氧化鈉對(duì)Ni2+的去除率的影響

由圖3可知:Ni2+的去除率隨著NaOH的質(zhì)量濃度的增加而上升,當(dāng)其質(zhì)量濃度達(dá)到15.67 g/L后,Ni2+的去除率不再變化,此時(shí)p H值也開(kāi)始上升,如圖2所示。因此,為使 Ni2+的去除率最大,NaOH的質(zhì)量濃度應(yīng)達(dá)到15.67 g/L。

2.4 PAM對(duì)沉淀速率的影響

在處理過(guò)程中加入一定量的PAM,測(cè)定其對(duì)沉淀速率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖4所示。

圖4 PAM對(duì)沉淀速率的影響

由于反應(yīng)生成的Ni(OH）2粒度很小,沉淀速率很慢,在不加入絮凝劑的情況下沉淀至40 mL處需要3天左右。由圖4可知:加入PAM后,沉淀速率迅速提高。這是因?yàn)樵赑AM絮凝過(guò)程中,當(dāng)懸浮微粒的質(zhì)量濃度較低時(shí),吸附在PAM表面上的懸浮微?？赡芡瑫r(shí)吸附在另一個(gè)微粒的表面上,通過(guò)“架橋”方式將兩個(gè)或更多的微粒連在一起,從而導(dǎo)致絮凝[5]。當(dāng) PAM的質(zhì)量濃度達(dá)到4 g/L后,沉淀速率趨于平緩。盡管從圖中可以看出:當(dāng) PAM的質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí),沉淀所需時(shí)間最少,但考慮到成本問(wèn)題,PAM的質(zhì)量濃度取4 g/L為宜。同時(shí)從圖中可以看出:當(dāng) PAM的質(zhì)量濃度超過(guò)10 g/L后,沉淀時(shí)間變長(zhǎng),絮凝效果降低。這是因?yàn)镻AM過(guò)量時(shí),“架橋”作用所必需的粒子表面吸附活性點(diǎn)少了,“架橋”因而變得困難;同時(shí),由于粒子間的相互排斥作用而出現(xiàn)分散穩(wěn)定現(xiàn)象[6]。

2.5 鎳沉淀的處理

100 mL廢水處理后產(chǎn)生的Ni(OH）2沉淀為2.753 9 g,Ni2+的回收率為99.97%。硫酸溶解后,蒸發(fā)結(jié)晶,得到 NiSO4·7H2O的質(zhì)量為7.629 7 g,Ni2+的回收率為97.28%。故廢水中鎳的總回收率=99.97%×97.28%=97.25%。因此使用該工藝可以很大程度地解決含鎳廢水的污染問(wèn)題,同時(shí)可以回收大量的鎳,減少了資源浪費(fèi),也能給企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

化學(xué)鍍鎳廢水中Ni2+的質(zhì)量濃度高,廢液中含有大量的有機(jī)配位劑和添加劑,鎳主要以配位物的形式存在?；瘜W(xué)沉淀法處理化學(xué)鍍鎳廢水的最佳工藝參數(shù)為:H2O230 mL/L,NaOH 15.67 g/L,PAM 4 g/L,在室溫下攪拌0.5 h。此時(shí),Ni2+的去除率最佳。沉淀物用稀硫酸溶解回收鎳鹽,鎳的回收率可達(dá)到97.25%。

[1] 陳志勇,王輝.漂白粉氧化處理化學(xué)鍍鎳廢液的研究[J].電鍍與環(huán)保,2001,21(4）:30-31.

[2] 王學(xué)鋒,術(shù)桂芬.重金屬污染研究新進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2003,26(1）:54-56.

[3] 盂祥和,胡國(guó)飛.重金屬?gòu)U水處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000:5-12.

[4] 王曉波,薩如拉,楊潤(rùn)昌,等.化學(xué)鍍鎳廢液處理新工藝及機(jī)理研究[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(1）:78-80.

[5] 湛含輝,鐘樂(lè),韋小利.聚丙烯酰胺絮凝機(jī)理及流體力化學(xué)因素的研究[J].選煤技術(shù),2007(1）:7-11.

[6] 劉軍.聚丙烯酰胺在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用[J].廣西輕化工,2009(7）:98-99.

A Study of Recovering Nickel from Electroless Nickel Plating Wastewater by Chemical Precipitation

SHI Yin-yan, XU Yu-fu, HU Xian-guo(School of Mechanical and Automotive Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China）

Nickel was recovered from electroless nickel wastewater by means of chemical precipitation.The processing parameters for treatment of nickel containing wastewater with sodium hydroxide were optimized through experiment,and the nickel containing sludge produced by chemical precipitation process was also treated.The results show that the optimal process parameters from such treatment are:H2O230 mL/L,NaOH 15.67 g/L,PAM 4 g/L.The recovery rate of nickel after the sediment is treated with sulfuric acid can reach 97.25%.

electroless nickel plating;wastewater;chemical deposition;nickel recycle

X 781.1

A

1000-4742(2011）05-0044-03

2010-12-01