NH3-N-C體系浸出電鍍污泥中銅、鎳試驗研究

張煥然，藍碧波，伍贈玲，衷水平，劉建華，張 鵬

（1．紫金礦冶設計研究院，福建 上杭 364200；2．江西理工大學 冶金與化學工程學院，江西 贛州 341000）

1 試驗原理

氨浸出時，電鍍污泥中的銅、鎳等元素與氨形成穩(wěn)定的配合離子進入溶液，鈣、鎂、鐵等雜質離子不能或很少被浸出而留在渣中，從而可實現(xiàn)目標金屬的選擇性浸出。氨性體系浸出電鍍污泥過程中的主要反應為

氨與銅、鎳配合離子的穩(wěn)定常數(shù)見表1［13］。

表1 銅氨、鎳氨配合離子的穩(wěn)定常數(shù)lgβi（T＝298K）

由表1看出：銅（鎳）氨配合離子穩(wěn)定常數(shù)均較大，說明這2種金屬與氨的配合離子在氨性體系中可以穩(wěn)定存在；各金屬配合離子穩(wěn)定常數(shù)隨配位數(shù)增大而增大，說明提高NH3濃度有利于形成穩(wěn)定性更高的配合離子，即有利于提高銅、鎳浸出率。由于氨浸過程中雜質離子不被浸出，因此浸出劑消耗較少，浸出液后續(xù)凈化，銅、鎳提取工藝較簡單。

2 試驗原料及試劑

試驗所用電鍍污泥取自某電鍍處理廠，為混合電鍍污泥，外觀呈墨綠色，泥狀，化學成分見表2。

表2 電鍍污泥化學成分 %

試驗所用化學試劑主要有25%濃氨水、碳酸氫銨，均為化學純；水為自制蒸餾水。

3 試驗裝置及試驗方法

為降低氨的揮發(fā)損失和對環(huán)境的污染，浸出試驗在半封閉體系中進行，對揮發(fā)的少量氨加以回收。試驗時，先把電鍍污泥、浸出劑、水按一定比例放入平底燒瓶中，待水浴溫度達到預設溫度后將燒瓶放入，調節(jié)磁力攪拌速度，開始計時。浸出結束后，對料漿過濾，記錄浸出液體積及浸出渣質量，分析浸出液及浸出渣中金屬含量，計算金屬浸出率。金屬浸出率按渣計，計算公式為

式中：ηMe為金屬浸出率，%；m2為渣的質量，g；w渣為渣中金屬質量分數(shù)，%；m1為原料質量，g；w原為原料中金屬質量分數(shù)，%。

4 試驗結果及討論

4．1 總氨濃度對銅、鎳浸出率的影響

氨銨物質的量比為1∶1，液固體積質量比為4∶1，浸出溫度為65℃，浸出時間為4h，總氨濃度對銅、鎳浸出率的影響試驗結果如圖1所示。可以看出：隨體系中總氨濃度升高，銅、鎳浸出率均增大，且總氨濃度對鎳浸出的影響較對銅浸出的影響更明顯；總氨濃度由5mol／L升高至9 mol／L，鎳浸出率由61．5%提高至80%，銅浸出率由79%提高至90%；總氨濃度大于9mol／L后，銅、鎳浸出率提高幅度均變小。考慮到生產成本及浸出液的后續(xù)處理等問題，總氨濃度以控制在9mol／L為宜。

圖1 總氨濃度對銅、鎳浸出率的影響

4．2 氨銨物質的量比對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、液固體積質量比為4∶1、浸出溫度為65℃、浸出時間為4h條件下，氨銨物質的量比對電鍍污泥中銅、鎳浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 氨銨物質的量比對銅、鎳浸出率的影響

由圖2看出，鎳浸出率受氨銨物質的量比影響較大，隨氨銨物質的量比增大，鎳浸出率提高。適當提高銨鹽比例有利于鎳的浸出，這是由于銨根離子與氫氧化鎳中的氫氧根離子發(fā)生反應，有利于鎳氨配合離子與水的生成，同時可有效抑制鎳氨配合離子的水解沉淀，因而提高鎳浸出率。氨銨物質的量比增大至1∶2后，鎳浸出率有下降趨勢，這是因為總氨濃度一定情況下，銨鹽比例過大會使游離氨濃度降低，不利于配合離子的生成。氨銨物質的量比對銅的浸出影響不大，相反，銨鹽比例過大，浸出過程中碳酸根離子會大量分解，使銨鹽利用率降低。綜合考慮，確定氨銨物質的量比以1∶2為宜。

4．3 液固體積質量比對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質的量比為1∶2、浸出溫度為65℃、浸出時間為4h條件下，液固體積質量比對銅、鎳浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 液固體積質量比對銅、鎳浸出率的影響

由圖3看出：浸出體系的液固體積質量比增大可顯著提高銅、鎳浸出率；液固體積質量比由2∶1增大至4∶1，銅、鎳浸出率分別由85%、67．5%提高至95．36%、85．25%。這是由于隨液固體積質量比增大，料漿黏度降低，有利于體系中物質擴散；但繼續(xù)增大液固體積質量比，銅、鎳浸出率提高幅度變小，且浸出液中銅、鎳濃度降低，后續(xù)溶液處理量增大，生產成本增加。因此，適宜的液固體積質量確定為4∶1。

4．4 溫度對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質的量比為1∶2、液固體積質量比為4∶1、浸出時間為4h條件下，溫度對銅、鎳浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 溫度對銅、鎳浸出率的影響

由圖4看出，溫度對銅、鎳浸出率影響較大：溫度由60℃升高到65℃，銅浸出率由91．11%提高至95．36%，繼續(xù)升高溫度，銅浸出率變化不明顯；溫度由60℃升高至70℃，鎳浸出率提高至87．35%，繼續(xù)升高溫度，鎳浸出率反而下降。這可能是由于溫度過高，使得碳酸根大量分解，氨揮發(fā)損失增大所致。銅氨配合離子較鎳氨配合離子更穩(wěn)定，所以體系中鎳氨配合離子先發(fā)生水解，表現(xiàn)出鎳浸出率下降。綜合考慮，確定適宜的浸出溫度為70℃。

4．5 浸出時間對銅、鎳浸出率的影響

在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質的量比為1∶2、液固體積質量比為4∶1、浸出溫度70℃條件下，浸出時間對銅、鎳浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 浸出時間對銅、鎳浸出率的影響

由圖5看出：隨浸出時間延長，銅、鎳浸出率均逐步提高，浸出時間由2h延長至5h，銅、鎳浸出率分別由 91．5%、75．4% 提高至 96．2%、87．9%，延長浸出時間對提高鎳浸出率有利，但對提高銅浸出率作用不明顯；當浸出時間超過4h后，銅、鎳浸出率均變化不大，而氨揮發(fā)損失增大，浸出效率降低。因此，從金屬浸出率及生產實際考慮，控制浸出時間以4h為宜。

4．6 優(yōu)化條件下的驗證試驗

取電鍍污泥100g，在總氨濃度為9mol／L、氨銨物質的量比為1∶2、液固體積質量比為4∶1、浸出溫度為70℃、浸出時間為4h條件下進行驗證試驗，結果見表3。可以看出，優(yōu)化條件下，污泥中銅、鎳浸出率分別為95．02%、88．4%，與單因素試驗結果相符，表明優(yōu)化條件可靠，試驗重現(xiàn)性較好。

表3 優(yōu)化條件下的驗證試驗結果

5 結論

2）試驗確定的浸出最優(yōu)工藝條件為：總氨濃度9mol／L，氨銨物質的量比1∶2，液固體積質量比4∶1，浸出溫度70℃，浸出時間4h。最優(yōu)條件下，銅浸出率達95．02%，鎳浸出率達88．4%，銅、鎳浸出率均較高。

3）浸出液中的銅、鎳可以用Lix984萃取分離，萃余液調氨后返回浸出工序，實現(xiàn)氨性廢水零排放。

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