臭氧/活性炭聯(lián)用再生電鍍鎳回收液

【簡(jiǎn)介】

 肖麗紅,馬曉鷗

(五邑大學(xué)，廣東江門(mén)529030)

[摘要]文章對(duì)臭氧/活性炭再生電鍍鎳回收液工藝進(jìn)行了研究。在pH為4、O₃投加量16.6 mg/min、45℃的條件下，鎳回收液中COD_Cr可由465.1 mg/L降至50 mg/L以下。再生液通過(guò)調(diào)節(jié)鎳離子濃度后可直接回槽用于光亮鍍，效果良好。

[關(guān)鍵詞]臭氧/活性炭；回收液；再生

[中圖分類(lèi)號(hào)]TQ      [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A      [文章編號(hào)]1007-1865(2011)04-0097-02

電鍍鎳是在基體表面沉積一薄層鎳金屬或鎳合金，以達(dá)到裝飾、防護(hù)功能及獲得某些新性能的一種工藝方法，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于車(chē)輛、船舶、石油、航天、航空等領(lǐng)域[1]。城市化進(jìn)程加快以及工業(yè)用鎳的使用量增加，使得中國(guó)鎳消費(fèi)量快速上升。RNCOS最新發(fā)布的報(bào)道顯示到2011年，中國(guó)鎳的消費(fèi)量將占到全球鎳消費(fèi)量的31%。而世界金屬統(tǒng)計(jì)局(WBMS)表示，今年1~6月全球鎳市供應(yīng)短缺已達(dá)19,000 t。國(guó)際不銹鋼論壇(ISSF)的最新產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，2010~2011年鎳市將持續(xù)短缺。巴克萊資本預(yù)測(cè)未來(lái)24個(gè)月鎳現(xiàn)貨價(jià)格將上漲30%。與此同時(shí)，含鎳廢水也越來(lái)越多，且有相當(dāng)部分以廢水的形式放掉，既浪費(fèi)了資源，又嚴(yán)重污染了環(huán)境。因此無(wú)論從鎳金屬的回收還是水的再利用，再生電鍍鎳廢水使之重新回槽使用都具有極重要的現(xiàn)實(shí)意義。

鍍鎳漂洗廢水通過(guò)離子交換法或膜法進(jìn)行處理，可以得到鎳回收液。因鎳回收液中含有多種雜質(zhì)，若直接回槽使用會(huì)影響鍍層的質(zhì)量，縮短鎳槽液使用周期，反而會(huì)增加電鍍工藝成本。目前，電鍍廠多將鎳回收液轉(zhuǎn)賣(mài)給相關(guān)的金屬回收公司。若能去除電鍍回收液中的雜質(zhì)，再生并重新回槽使用，將極大地增加鎳的使用率，降低電鍍工藝的成本，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

1·實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要試劑及儀器

5B-3B型COD快速測(cè)定儀、DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、JA1203N電子天平、LZ-I型赫爾槽實(shí)驗(yàn)儀、干燥箱、HH數(shù)顯恒溫水浴鍋、OZ-3G型臭氧發(fā)生器、六水合硫酸鎳、硫酸、氫氧化鉀、30%過(guò)氧化氫、D試劑、E試劑、反滲透純凈水。

1.2電鍍回收液來(lái)源和成分

本實(shí)驗(yàn)取用的鎳回收液來(lái)自江門(mén)電鍍廠，為鍍鎳漂洗廢水經(jīng)過(guò)離子交換法處理得到的回收液。電鍍回收液主要由鎳離子，有機(jī)雜質(zhì)(主要成分為電鍍添加劑及其分解物)及其他的金屬雜質(zhì)組成。經(jīng)檢測(cè)，鎳離子濃度達(dá)到29.89 g/L，CODcr為465.1 mg/L。本實(shí)驗(yàn)采用O₃/C法針對(duì)回收液有機(jī)雜質(zhì)的去除進(jìn)行研究。

1.3實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果分析

本實(shí)驗(yàn)裝置采用經(jīng)過(guò)硅膠干燥器的干燥空氣作為氣源的臭氧發(fā)生器，調(diào)節(jié)臭氧的產(chǎn)量為16.6 mg/min，氣速為0.5 m3/h，鎳回收液每次處理量為250 mL。通過(guò)活性炭催化和吸附以及臭氧的氧化作用，從而達(dá)到去除有機(jī)雜質(zhì)的目的。試驗(yàn)通過(guò)COD_Cr去除率評(píng)價(jià)該方法對(duì)有機(jī)物的去除效果，通過(guò)霍爾槽實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)回槽使用效果。

1.3.1 pH及時(shí)間對(duì)處理效果的影響

圖1為pH對(duì)CODCr去除率影響曲線。由圖可看出，COD_Cr的去除率隨著pH得升高而增大。當(dāng)pH升到4之后，CODCr下降不再明顯。反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)，COD_Cr去除率不再上升，可認(rèn)為完全反應(yīng)時(shí)間為120 min。OH-是臭氧基型鏈反應(yīng)的引發(fā)劑：

O₃+OH^-=O₃+·OH

隨著pH升高，即OH--離子濃度的增加，利于鏈反應(yīng)的引發(fā)，從而促進(jìn)臭氧的分解，生成·OH。·OH是目前已知在水處理應(yīng)用的最強(qiáng)的氧化劑，氧化電位為2.80 V，與大多數(shù)有機(jī)物的反應(yīng)常數(shù)均在108~1010 mol/(L.s)，反應(yīng)速度快，且無(wú)選擇性。由于試驗(yàn)中采用的鎳回收液濃度較高，當(dāng)pH達(dá)到5.0時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生較多的白色絮狀Ni(OH)₂沉淀，部分COD也隨之沉降，隨著反應(yīng)OH^-的消耗，即pH降低，部分有機(jī)物又隨之慢慢溶解于水中，從而使反應(yīng)的有效時(shí)間大大縮短，COD去除率不再升高。試驗(yàn)中處理后的鎳回收液顏色略有加深，可能是Ni²⁺在稍高pH下被臭氧氧化成高價(jià)氧化物^[2]，如NiOOH，而NiOOH是種黑色的粉末。因此，回收液的pH亦不宜過(guò)高，否則會(huì)將Ni²⁺氧化成高價(jià)態(tài)，不利于鎳的回用。

1.3.2溫度對(duì)處理效果的影響

圖2為溫度對(duì)CODCr去除率的影響曲線圖。隨著溫度的升高，鎳回收液的COD_Cr去除率有所提高，當(dāng)溫度45℃以后，COD_Cr去除率已達(dá)50%，繼續(xù)提高溫度，COD_Cr去除率不再升高。臭氧氧化處理過(guò)程是氣液兩相反應(yīng)，溫度在過(guò)程中是一個(gè)矛盾的影響因素。一方面，升高溫度有利于降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，從而提高氧化反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率；另一方面，隨著溫度的升高，液相臭氧分解加速，生成氧氣而降低液相臭氧濃度。所以，在臭氧氧化降解鎳回收液中的有機(jī)物過(guò)程中，溫度升高促進(jìn)表觀反應(yīng)速率加快對(duì)總反應(yīng)速率的影響大于溫度升高降低液相臭氧濃度的影響。但溫度升高到一定程度后，溫度升高降低液相臭氧濃度對(duì)總反應(yīng)速率的影響變大，COD_Cr去除率的變化不再明顯。

1.3.3活性炭對(duì)處理效果的影響

在pH=4，O₃投加量16.6 mg/min，T=45℃的條件下，分別向各回收液中加入不等量的活性炭（分別為1，3，5 g·L-1），并測(cè)定COD_Cr。圖3為鎳回收液活性炭加量對(duì)處理效果的影響。從圖可見(jiàn)，隨著活性炭加入量的增加，COD_Cr去除率也隨之升高。當(dāng)活性炭加量為3 g/L時(shí)，COD_Cr去除率升高的趨勢(shì)明顯減慢。活性炭本身能通過(guò)吸附作用去除部分有機(jī)物，同時(shí)活性炭是O₃分解促進(jìn)劑^[3-6]，在溶液中能使O₃分解成·OH自由基，二者聯(lián)合使用，大大提高氧化效率。當(dāng)活性炭投加量增多時(shí)，有機(jī)物吸附量亦增加，表現(xiàn)出COD_Cr去除率增加，而當(dāng)活性炭吸附量接近飽和后，吸附去除有機(jī)物的效果不再增加，多加入的活性炭主要作為O₃分解促進(jìn)劑，因而COD去除率升高不再明顯。實(shí)驗(yàn)顯示，較為理想的活性炭投加量約為5 g/L，此時(shí)COD_Cr去除率達(dá)90%。

1.3.4霍爾槽實(shí)驗(yàn)

取適量在最優(yōu)條件下處理后的溶液，添加六水合硫酸鎳，配置成濃度適當(dāng)?shù)娜芤汉笥糜诨魻柌蹖?shí)驗(yàn)。采用貼濾紙法測(cè)定鍍層的孔隙率；脆性檢測(cè)采用彎曲法^[7]；表觀分析參照工程樣板并綜合各種因素進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)經(jīng)定性分析和對(duì)比，得結(jié)果如表1。

從表1對(duì)比分析可知：(1)通過(guò)不同方案小電流瓦特鍍的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)回收液經(jīng)過(guò)處理后鍍層質(zhì)量明顯改觀，證明實(shí)驗(yàn)提出的回收液處理工藝對(duì)于回收液回槽有一定的作用；(2)通過(guò)不同方案全光亮鍍的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)回收液可以直接回用到光亮鍍鎳工藝中，在短期內(nèi)對(duì)鍍件的質(zhì)量影響不大，但是長(zhǎng)期使用還需要進(jìn)一步確證；(3)通過(guò)不同方案半光亮鍍的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)回收液直接或者經(jīng)工業(yè)常用大清洗的方法回用至半光亮鍍鎳工藝中會(huì)出現(xiàn)鍍件鍍層質(zhì)量下降的危害。

2·結(jié)論

(1)H₂O₂/O₃法可用于電鍍回收液再生中的有機(jī)物去除部分，效果良好。COD_Cr去除率高，反應(yīng)兩小時(shí)后COD_Cr可降至50 mg/L以下。

(2)采用H₂O₂/O₃法可顯著提高電鍍回收液中有機(jī)物的降解速度和去除效率，與單獨(dú)的臭氧氧化相比，雖然增加了活性炭的用量，但可大幅度滴提高去除效率。而且活性炭相對(duì)廉價(jià)易得，再生后可重新使用，對(duì)環(huán)境影響很小。

(3)回收液中還含有少量金屬雜質(zhì)，對(duì)電鍍工藝有一定影響。由于半光亮鍍鎳比光亮鍍對(duì)于金屬雜質(zhì)離子和有機(jī)雜質(zhì)的敏感性較大，因此更適宜回用于光亮鍍槽。經(jīng)后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步的去除回收液中的金屬雜質(zhì)后，理論上可直接回槽使用。

參考文獻(xiàn)：略