电镀污泥资源化处理技术研究进展
刘维*，蒋善钦，焦芬，董良民，杨壁玮（中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙）
作者简介：刘维（–），男，湖南新化人，工学博士，教授，主要从事再生资源高效利用、有色金属清洁冶金工艺和选冶联合工艺研究。
论文编号：
发表期数：年第8期（四月下）
文章全文
电镀污泥是电镀行业产生的废水经过处理后形成的重金属污泥，通常含有铬、镍、铜、锌、铁、锡、汞、锰、银等重金属[1]，这些金属通常以混合氧化物、氢氧化物、硫酸盐、硅酸盐或磷酸盐的形式存在。每年全世界都会产生大量的电镀污泥，如美国每年产生万t[2]，欧盟每年产生1.5万t[3]，日本每年产生6.5万t[4]。中国有大约家电镀厂，每年排放约40亿m3的电镀废水，产生万t电镀污泥，其中含有超过10万t的有价金属资源[2]。目前，电镀污泥处置方法有固化/稳定化、填埋[5]，或者作为建筑材料使用[6]，这些方法虽然处置过程简单，但是存在重金属缓释[7]带来的二次污染问题，而且会造成镍、铜、锌等有价金属资源的浪费。以镍为例，镍是一种稀缺资源，仅年世界原生镍消耗量就高达.7万t[8]，但是地球镍储量仅0.%，难以满足长期需求，其他稀有金属也面临着相同的问题。电镀污泥富集了大量有毒重金属，已经被列入危险固体废物名单，危废类别为HW17。如果不加以处置，势必会对人体健康和自然环境造成巨大危害。本文综述了目前电镀污泥产生的种类、电镀污泥资源化技术的最新研究进展以及分析了未来电镀污泥处理的趋势。
1电镀污泥的基本性质
1.1电镀污泥的种类
电镀是指利用电解原理在金属表面镀上一层金属或者合金的过程，其间会产生大量的废水。电镀废水的成分与电镀工艺相关，其在处理过程中会产生分质污泥和混合污泥[1]两种类型的电镀污泥。分质污泥是指对不同种类的废水单独处理所形成的污泥，其成分以某种金属为主；混合污泥是将不止一种电镀废水混合后处理所形成的污泥，其金属种类较多。文献报道的一些常见电镀污泥(干基)的成分见表1[9-25]。
1.2电镀污泥的成分分析
电镀污泥的成分与电镀废水处理方式相关。化学沉淀法是最广泛应用的电镀废水处理方法，我国41%的电镀废水采用化学沉淀法处理，欧洲、日本甚至高达85%。化学法主要包括氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、重金属捕集螯合沉淀法[26]。常见的NaOH、CaO、FeS、Na2S广泛应用于沉淀法处理过程。其中CaO除了起到调节pH作用之外，还可以去除电镀废水中的硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐等，因此部分电镀污泥物相中含有CaSO4、Ca3(PO4)2、CaCO3等钙盐。在采用化学法处理废水所产生的污泥中，重金属均以无定形存在[27]，其典型的X射线衍射(XRD)谱图如图1所示。随着表面处理技术的提高，大量配位剂(如柠檬酸、乙二胺四乙酸)和表面活性剂被用于电镀行业，而以有机配合物形式存在的金属采用化学沉淀法不易除去，常采用芬顿(Fenton)氧化和湿法氧化。马忠贺等人[28]采用加热及芬顿高级氧化组合(FeSO4+H2O2)工艺将络合态金属离子转化为离子态，后续采用化学沉淀法或者混凝法除去重金属离子，其中的絮凝剂就是铁盐。以该工艺对低浓度络合态镍、铬、铜混合电镀废水进行破络和混凝沉淀处理后，COD(化学需氧量)去除率高达60%以上，对镍、铬、铜3种重金属的去除率均高达90%。根据电镀工艺和电镀废水处理工艺可知，电镀污泥中除含有电镀废水中包含的重金属外，还可能含有Ca、S、C、Na、Fe等元素。
2提取有价金属元素
2.1湿法浸出
湿法浸出工艺是指将金属元素从固相转移到溶液中的一种工艺，常见的有酸浸、氨浸和微生物浸出。
2.1.1酸浸
硫酸、硝酸和盐酸是电镀污泥酸浸中常见的浸出剂，它们具有比一般有机酸(如柠檬酸和草酸)更高的金属浸出率。Silva等人[29]以硫酸为浸出剂，Cu2+、Ni2+和Zn2+的浸出率最高分别达到了88.6%、98.0%和99.2%，同时Cr3+的浸出率也有98.2%。以硫酸作为浸出剂时，Cr3+、Fe3+等低价值金属同时被浸出，由于Cr3+和Fe3+的水解pH相近，因此在调节pH时会发生共沉淀，且Cr(OH)3与Fe(OH)3发生吸附与包裹，造成Cr3+与Fe3+分离困难。此外，当电镀污泥中部分金属离子以硫化物或者有机络合物形式存在时，不容易被酸溶解。Wu等人[30]以硫酸为浸出剂，通过Fe3+改变氧化还原电位，促进了对有机物、硫化物结合部分中Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+的萃取。在通过常规沉淀法萃取溶剂时，Cr3+的相互干扰会显著降低Cu2+、Ni2+和Zn2+的回收率。为了克服传统酸浸对金属选择性差的缺陷，研究者们提出3类方案。
2.1.1.1超声波辅助酸浸
近年来，超声能量引起的空化作用及与之伴随的机械效应、热效应、化学效应得到广泛的