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【簡介】
施銀燕，徐玉福，胡獻國
（合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，安徽合肥230009）
摘要：采用化學沉淀法從化學鍍鎳廢水中回收鎳，通過實驗優(yōu)化了NaOH處理含鎳廢水的工藝參數，并對沉渣鎳鹽進行了處理。結果表明，化學沉淀法處理化學鍍鎳廢水的最佳工藝參數為：H2O2 30 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97.25%。
關鍵詞：化學鍍鎳，廢水，化學沉淀，鎳回收
中圖分類號：X 781.1 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4742（2011）05-0044-03
O前言
化學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，已經廣泛應用于機械零件的耐磨與減摩以及表面強化等領域。但目前大部分化學鍍鎳廢水以廢水的形式直接排放，造成資源浪費。同時鎳的毒性較大，含鎳廢水直接排放必將對環(huán)境和人體健康造成危害[2-3]。因此，研究化學鍍鎳廢水中Ni2+的回收利用方法已引起國內外廣泛關注。
目前化學鍍鎳廢水的處理方法有很多，如電解法、化學法、吸附法、生物法等。其中化學沉淀法簡便、實用，在含鎳廢水處理中應用最多，且隨著在線監(jiān)測自動控制儀的使用，有逐漸增加的趨勢。由于化學鍍鎳廢水的化學成分復雜，配位劑的質量濃度高，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鍍鎳廢水的配位能力，進而以 NaOH為沉淀劑，最大程度地回收化學鍍鎳廢水中的鎳。
1 實驗
1.1 廢水成分分析
本實驗所用化學鍍鎳廢水取自某金屬材料公司，經過濾處理后，廢水的pH值為4.30，主要成分為：Ni2+ 17367 mg/L,Fe2+ 3.O mg/L,Cu2+ 15.2 mg/L，Zn2+ 13.7 mg/L。
由以上水質數據可知：該公司排放的含鎳廢水中，Ni2+的質量濃度很高，回收其中的Ni2+不僅可以減小對環(huán)境的污染，更有利于提高企業(yè)的經濟效益。
1.2主要儀器及試劑
采用的主要儀器有721分光光度計，pH計。采用的主要試劑有NaOH（ AR），質量分數為30%的H2O2。
1.3 實驗方法
（1）廢水成分分析
取經過過濾除雜的含鎳廢水，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，測定上層清液中的Ni2+的質量濃度，計算Ni2+的去除率。
（3）聚丙烯酰胺（PAM）對沉淀速率的影響
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0.5 h后立即轉入到帶有刻度的試管中，記錄沉淀物沉淀至40 mL處時的時間，考察PAM的質量濃度對沉淀速率的影響。
（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0.5 h后過濾，將濾餅置于烘箱中于120℃下干燥2h，稱重。然后將 Ni (OH)2用0.1 mol/L的H2S04溶解，蒸發(fā)結晶，得到鎳的硫酸鹽，稱重，計算鎳的回收率。
2 結果與討論
2.1 H2O2對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，實驗結果，如圖1所示。
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的體積分數的增加， Ni2+去除率也增加。這是因為在化學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H2O2的體積分數達到30 mL/L后，去除率不再增加。由此可見，H2O2最佳體積分數為30 mL/L。
2.2 NaOH對廢水pH值的影響
向廢水中加入30 mL/L的H2O2，常溫下，緩慢添加不同質量濃度的NaOH，同時測定反應體系的 pH值，實驗結果，如圖2所示。
由圖2可知：當NaOH的質量濃度在3.79 g/L以內時，反應體系的pH值隨著NaOH的質量濃度的增加迅速增加，這是因為添加的NaOH與廢水中的H+反應，導致pH值迅速上升；當NaOH的質量濃度達到3.79 g/L后，體系的pH值達到11.26，繼 續(xù)添加NaOH，pH值不再變化，這是因為OH-與廢水中的Ni2+發(fā)生反應，生成Ni（OH）2，pH值不 變化；而當NaOH的質量濃度達到15.67 g/L后，廢水的pH值開始上升，這時Ni2+沉淀完全，繼續(xù) 添加的OH-會導致廢水pH上升。因此，NaOH的最佳質量濃度為15.67 g/L，此時能確保廢水中 Ni2+沉淀完全。
2.3 NaOH對Ni2+去除率的影響
向廢水中加入30 mL/L的H2O2，常溫下，緩慢添加不同質量濃度的NaOH，并攪拌0.5 h，測定反應體系Ni2+的去除率，實驗結果，如圖3所示。
由圖3可知：Ni2+的去除率隨著NaOH的質量濃度的增加而上升，當其質量濃度達到15.67 g/L后，Ni2+的去除率不再變化，此時pH值也開始上升，如圖2所示。因此，為使Ni2+的去除率最大， NaOH的質量濃度應達到15.67 g/L。
2.4 PAM對沉淀速率的影響
在處理過程中加入一定量的PAM，測定其對沉淀速率的影響，實驗結果，如圖4所示。
由于反應生成的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。這是因為在PAM絮凝過程中，當懸浮微粒的質量濃度較低時，吸附在PAM表面上的懸浮微粒可能同時吸附在另一個微粒的表面上，通過“架橋”方式將兩個或更多的微粒連在一起，從而導致絮凝[5]。當PAM的質量濃度達到4 g/L后，沉淀速率趨于平緩。盡管從圖中可以看出：當PAM的質量濃度為10 g/L時，沉淀所需時間最少，但考慮到成本問題，PAM的質量濃度取4 g/L為宜。同時從圖中可以看出：當PAM的質量濃度超過10 g/L后，沉淀時間變長，絮凝效果降低。這是因為 PAM過量時，“架橋”作用所必需的粒子表面吸附活性點少了，“架橋”因而變得困難；同時，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廢水處理后產生的Ni（OH）2沉淀為2.7539 g，Ni2+的回收率為99.97%。硫酸溶解后，蒸發(fā)結晶，得到NiSO4·7H2O的質量為7.6297 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題，同時可以回收大量的鎳，減少了資源浪費，也能給企業(yè)帶來一定的經濟效益。
3 結論
化學鍍鎳廢水中Ni2+的質量濃度高，廢液中含有大量的有機配位劑和添加劑，鎳主要以配位物的形式存在。化學沉淀法處理化學鍍鎳廢水的最佳工藝參數為：H2O2 30 mL/L，NaOH 15.67 g/L，PAM4 g/L，在室溫下攪拌0.5 h。此時，Ni2+的去除率最佳。沉淀物用稀硫酸溶解回收鎳鹽，鎳的回收率可達到97.25%。
參考文獻：
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