電鍍污泥處置及資源化方法探究

姚 虹

（福建省固體廢物處置有限公司，福州 350011）

電鍍是當代工業(yè)產業(yè)鏈中不可或缺的環(huán)節(jié)，在機械、電子、航天等各個領域都有廣泛的應用，電鍍是利用電解過程使金屬或其他材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝，可以防止金屬氧化，增加其耐磨性能、導電性能和抗腐蝕性能等。然而，電鍍也是當今世界三大污染工業(yè)之一，其排放的廢水、廢氣和污泥中含有大量的重金屬離子、酸性氣體和其他各種有毒有害成分，而且不同電鍍廠家的生產工藝及處理工藝不同，導致電鍍污泥的化學組分很復雜，其含有大量鉻、銅、鐵、鎳等重金屬，被國家列為危險廢物，屬于國家危廢名錄中HW17 表面處理廢物。據統(tǒng)計，我國約有15 000家電鍍生產企業(yè)，電鍍面積生產能力約有3 億m2，每年電鍍廢水排放量約40 億m3，占工業(yè)廢水排放總量的10%，電鍍污泥年產生量約為1 000 萬t[1]。

1 電鍍污泥的性質及危害

電鍍廢液在處理時一般都是通過投加相關的還原劑、中和劑和絮凝劑等將其中的重金屬轉化為相應的氫氧化物后沉淀，所以電鍍污泥中的化學組分不斷增多，導致金屬化合物在組分中較分散而含量降低[2]。陳永松等對12 種來源不同的電鍍污泥的基本理化特性進行了分析，結果顯示，電鍍污泥的pH值為6.70～9.70，水分的質量分數(shù)為75%～90%，灰分的質量分數(shù)超過76%，二者相對較高；電鍍污泥組分分布不均勻，屬于結晶度比較低的復雜混合體系[3]。劉燕研究發(fā)現(xiàn)，一般電鍍污泥的含水率在75%～80%，鉻、鐵、鎳、銅及鋅的化合物含量為0.5%～3.0%（以氧化物計），石膏（硫酸鈣）含量為8%～10%，其他水溶性鹽類和雜質含量約為5%[2]。

電鍍污泥具有含水率高、重金屬組分熱穩(wěn)定性高且易遷移等特點，其中銅、鉻等重金屬生物降解難度大，反而能在食物鏈的作用下快速富集。所以，電鍍污泥如若未妥善處理，會帶來一系列問題，例如，重金屬在雨水的淋溶下沿著污泥、土壤、農作物和人體的路徑遷移，污染地表水、土壤、地下水，以致危及生物鏈，進而和人體中的蛋白質及酶等發(fā)生作用，使其失去活性，甚至可以在人體的某些器官中累積，造成慢性中毒。

2 電鍍污泥處置方法

2.1 穩(wěn)定化/固化技術

穩(wěn)定化/固化技術是目前常用的一種電鍍污泥處置方式，通過添加一定比例的石灰、水泥、螯合劑等將電鍍污泥中有毒有害污染物轉變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性的物質。穩(wěn)定化包括化學穩(wěn)定化和物理穩(wěn)定化：化學穩(wěn)定化是通過加入適當化學物質（如鐵鹽、有機硫復合物螯合劑等），使有毒有害化學物質變成不溶性化合物，使之固定在穩(wěn)定的晶格內不動；物理穩(wěn)定化是將污泥狀或半固態(tài)物質與疏松物料（如粉煤灰等）混合，生成一種粗顆粒的具有土壤狀堅實度的固體。穩(wěn)定化形成的固體需要進行養(yǎng)護、檢測和安全填埋。此法雖然具有簡單、投資費用低等特點，但占用安全填埋場庫容，未能真正實現(xiàn)電鍍污泥的減量化、無害化和資源化。

2.2 熱處理技術

電鍍污泥的熱處理主要是一個深度氧化和熔融的過程，運用高溫焚燒、微波或離子電弧等方法，對電鍍污泥進行熱分解，使電鍍污泥中某些劇毒成分毒性降低，大幅降低污泥的體積和重量，再進行填埋，從而達到治理的目的[4]。近年來有學者對焚燒減容后的焚燒渣進行資源化利用研究，但由于高能耗，并且對焚燒設備和條件要求高，一般的電鍍廠家難以支撐巨額的處理費用，所以這種處理方法很難推廣開來。

2.3 填海與堆放

填海處理是指將電鍍污泥在距離和深度適宜的海域進行填埋，并通過海洋系統(tǒng)的自凈能力來實現(xiàn)電鍍污泥的合理處置。該方法比較適宜用于土地面積有限的沿海及島嶼國家。但是，電鍍污泥中重金屬在海水腐蝕作用下會產生遷移，因此處置場海域可能出現(xiàn)不同程度的海洋污染現(xiàn)象。電鍍污泥填埋處理需要較大的占地面積，并且對場地建造技術要求高。污泥經過長期的風化作用會形成粉塵污染，粉塵在水、大氣的作用下產生滲析酸堿廢水和重金屬污染，造成土壤結構失調、水源污染以及生態(tài)平衡的破壞。隨著人們對海洋環(huán)境問題日益關注，電鍍污泥的填海處理方式必將受到嚴格的限制。

3 電鍍污泥資源化方法

盡管電鍍污泥含有大量環(huán)境污染物，但其中也包含大量有用元素，所以將其中的重金屬資源回收是電鍍污泥的另一種無害化解決思路。常用的電鍍污泥資源方法有浸出法、微生物技術法、鐵氧體法、熔煉法以及材料化法。

3.1 酸浸和氨浸法

酸浸法是指以硫酸、鹽酸等酸作為浸提劑，從電鍍污泥中浸提出可溶性的目標組分。李盼盼研究了在以硫酸為浸出劑的條件下電鍍污泥中銅和鎳的浸出率，分析了酸投加量不同對銅和鎳浸出效果的影響，試驗結果表明，投加10%硫酸，攪拌0.5 h 后，污泥中銅和鎳的浸出率可均大于95%[5]。酸浸法具有浸出率高、成本低等優(yōu)點，但在金屬浸出時的選擇性較差，除雜過程復雜，存在消耗大量輔料的缺點。

為改進酸浸法中選擇性差的特點，研究者開發(fā)出氨浸法，即以氨或氨加銨鹽作浸提劑進行浸提。氨水具有堿度適中、可回收使用等優(yōu)點，所以常用作浸提劑。但氨浸法對設備的密閉性要求較高，以防止氨水的揮發(fā)。

3.2 微生物處理技術

研究表明，微生物可以促進植物吸收重金屬[6]。電鍍污泥堆肥是指在一定條件下，利用微生物降解有機物，使得部分有害重金屬得到轉型，同時會產生肥料，促進植物生長。李福德研究了SR 復合功能菌的高效重金屬去除功能對電鍍污泥中鉻、銅、鎳、鋅等金屬吸附分離效果，結果表明，金屬回收率大于95%[7]。微生物浸取法是利用氧化硫硫桿菌的生物產酸原理，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硫酸等物質，將電鍍污泥中難溶的重金屬轉變成可溶性的重金屬離子從而進入液相，再用適當?shù)姆椒◤慕∫褐屑右曰厥铡］^傳統(tǒng)浸出方法來說，此方法屬于清潔生產，具有增效降費的作用，但是電鍍污泥中的重金屬含量高，容易造成微生物中毒，也缺少微生物生長、代謝所需的氮、磷等元素，較難馴化出具有特定浸出功能的微生物，所以此法推廣較慢。

3.3 鐵氧體化技術

污泥鐵氧體是指往電鍍廢水中投加鐵鹽后調節(jié)pH 及加入一定量的絮凝劑沉淀下來的產物，所以電鍍污泥中一般有大量鐵離子存在，特別是在含鉻廢水的污泥中，人們可以運用適當?shù)募夹g使其形成復合鐵氧體。復合鐵氧體具有較穩(wěn)定的晶體結構，可以消除二次污染，鐵氧體固化出的產物可通過一定的技術進一步形成產品。鐵氧體化有干法和濕法兩種工藝，鐵氧體法制得的電鍍污泥一般用作磁性材料的原料。賈金平研究了電鍍污泥中配入硫酸亞鐵，再經過濕法合成和干法還原工藝制備得到了磁性探傷粉[8]。

3.4 熔煉技術

熔煉技術是指以煤炭、焦炭等作為燃料，并輔以鐵礦石、銅礦石、石灰石等還原物質，用來回收電鍍污泥中的銅、鎳等重金屬。熔煉電鍍污泥過程中，添加劑的種類與用量等因素對工藝存在較大影響。由于電鍍污泥含水量高，熱值低，而且金屬含量少而散，所以熔煉法有高能耗、金屬回收單一且回收率不高、煙氣難以達標排放等缺點。

3.5 材料化技術

電鍍污泥材料化技術是指將電鍍污泥用作原輔料生產建筑材料或者其他材料。目前，電鍍污泥用于水泥窯協(xié)同生產水泥較為廣泛，該工藝在進行水泥熟料生產的同時可以實現(xiàn)對電鍍污泥的無害化處置。另外，電鍍污泥可作為燒制陶瓷和制磚的添加劑。雖然材料化技術成本較低，但是也有一些研究表明電鍍污泥的材料化在一定程度上會增加人體暴露于重金屬環(huán)境的可能性，材料中的重金屬浸出毒性能否達到相關標準，而且隨著時間流逝，材料中的重金屬會不會緩慢釋放出來，也無從得知。

4 電鍍污泥資源化技術探究

針對含銅和含少量鉻的電鍍污泥，一般的資源化方式是銅回收后的含鐵、鉻廢液直接投加沉淀劑形成沉淀物，沉淀物再作為危險廢物處置，最終進入安全填埋場。這個過程不僅增加了廢物體積，占用危廢安全填埋場庫容，而且未能真正實現(xiàn)廢液的無害化和資源化處理。結合以上電鍍污泥的處置工藝，本文探究了一種用于電鍍污泥的資源化工藝，此工藝不僅能夠實現(xiàn)電鍍污泥中的銅、鉻的資源化，還能實現(xiàn)帶入的鐵離子資源化，制出高附加值產品，最終實現(xiàn)電鍍污泥無害化綜合治理，減少安全填埋場庫容的占用量，解決環(huán)境污染問題。

4.1 工藝原理

通過分析電鍍污泥的組分和特性，經過反復研究試驗，本研究確定了以下工藝流程：先用稀硫酸在常溫下浸出，電鍍污泥中的大部分金屬可以離子狀態(tài)進入浸出液，投加一定量的干凈鐵屑置換提取海綿銅粉，浸出液中剩余大量亞鐵離子；然后添加氧化劑和沉淀劑，使濾液中的亞鐵離子氧化成三價鐵離子并和鉻離子形成鐵鉻混合沉淀物；再對鐵鉻沉淀物進行堿浸氧化，分離出氫氧化鐵和含六價鉻濾液，氫氧化鐵經煅燒后產生氧化鐵紅產品，而六價鉻濾液通過投加硫酸和硝酸鉛形成鉻酸鉛產品。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

4.2 本工藝特點及優(yōu)勢

我國的鉻資源匱乏，鉻鹽的生產原料鉻鐵礦大部分要從國外進口。而國民生產對鉻的需求有逐年遞增的趨勢。含鉻電鍍污泥中的鉻元素含量豐富，占比在4.5%～30.0%，并且污泥中其他金屬元素（如銅、鎳、鐵、鋅等）的含量也不低，其中部分金屬可以達到冶礦原料中的富礦水平。如果能將其中的鉻和其他重金屬分離提純，則可以兼顧經濟效益和環(huán)境效益。在節(jié)能減排和低碳經濟的大背景下，未來我國電鍍行業(yè)必須加強資源的循環(huán)利用，充分發(fā)揮有限資源的最大效益，這也是企業(yè)提高自身經濟效益、取得良好社會效益的重要手段。而氧化鐵紅可用于油漆、油墨、橡膠等工業(yè)中，可作為催化劑和玻璃、寶石、金屬的拋光劑，也可用作煉鐵原料。

本工藝通過選用合適的化學組分，使得各金屬形成離子并使之從溶液中沉淀出來，實現(xiàn)金屬資源化。這樣不僅可以充分地將電鍍污泥中的銅、鉻進行回收，也可以將處理廢水過程中添加的鐵進行充分回收，保證在處理污泥的過程中不添加新的污染物，而且沒有使用有機溶劑，減少了有機物污染，方法簡單易操作，能耗較低，有利于環(huán)境保護及工業(yè)化生產。

5 結語

隨著國家提出產業(yè)振興計劃以及整體經濟的穩(wěn)定快速發(fā)展，我國的電鍍行業(yè)獲得了寶貴的戰(zhàn)略發(fā)展機會，正從電鍍大國向電鍍強國發(fā)展，電鍍污泥的產量也將越來越大。目前，常用的電鍍污泥處置方法是穩(wěn)定化/固化，但無法從根本上實現(xiàn)電鍍污泥的減量化、無害化和資源化，只有通過合理的資源化手段，才能真正實現(xiàn)電鍍污泥各組分的充分資源化利用，才能實現(xiàn)電鍍工業(yè)清潔生產，實現(xiàn)電鍍強國。