电镀污泥黄钢铁矾法废渣固化制砖固废设计说明

1、 . PAGE50 / NUMPAGES50摘 要 本文主要研究黄钠铁矾法回收电镀污泥中的有价金属的优化工艺流程以与采用固化方法处理在回收工艺过程中产生的废渣（浸出渣和净化渣）的最佳配方，并且提出废渣制砖的方案，不但要达到废渣无害化的目的，还要实现废渣资源化。本试验研究的结果略述如下：在回收有价金属试验中，铜的回收率达95%，镍的回收率达72%， 铬的去除率达100%；固化处理废渣的最佳配方是：废渣:水泥:砂:煤灰=1:2:1.67:0.3（本试验用的废渣由浸出渣与净化渣按质量比为2:1 混合而成），经浸出试验证明，固化体的浸出液中铜、镍、铬的含量符合GBA5085.3-1996 的浸出液毒性

2、标准，浓度全部低于1.0mg/L；制砖最佳配方为： 废渣:水泥:沙:煤灰=2.5:40:50:7.5（百分比），经测试,抗压强度达33.70MPa，可用于制造非承重墙体砖等。关键词：电镀污泥 黄钢铁矾法 废渣 固化 制砖A Study on the Comprehensive Utilization andDisposal of Electroplating SludgeAbstractThe extraction of valued metals from the electroplating sludge is investigated using the Jarosite process

3、 in this paper.The best ratio of mixture used to solidify thewaste slag(includeing extraction slag and purification slag)which is produced after the extraction of valued metals is determined.A good program for brick formationusing the waste slagis obtained.Our investigation aims to recoverresources

4、from the sludge and make the waste slag innocuous.The test results are concluded as 3 points as follows.First,in the extraction test,the recovery of Cu and Ni from the sludge is 95% and 72% respectively,and Cr in the sludge is removed completely.Second,the best ratio of solidification mixture is “sl

5、ag:cement:sand:fly ash=1:2:1.67:0.3”,and the leach tests of solidified mixture prove that the leach efficiency of Cr can reach the GB5085.3-1996 toxicity standard set by the Government.Third,the best prescription for brick formation is “slag:cement:sand:fly ash=2.5:40:50:7.5(percentage ratio)”,whose

6、 compression strength reaches 33.70Mpa,in accordance to the strength standard of non-bearing partition.Key Words:electroplating sludge,Jarositeprocess,waste slag,solidification,brick formation第一章工艺流程概述一. 前 言 电镀污泥是使用化学方法处理电镀废水的必然产物，也是检验电镀厂是否有处理电镀废水的标志。污泥的含水率极高，成分因不同的电镀工业而不同，但其中都含有大量的重金属离子如 Cr3+和有价金属离

7、子如Cu2+、Ni2+等。若把这些污泥直接填埋或露天堆放，不仅会造成重金属离子对水体和土壤的二次污染，而且还浪费了大量的有价金属，因此必须对电镀污泥进行无害化处理和资源化处理。 对于电镀污泥的处理，国现有的方法主要是固化稳定化处理、热处理、填海与堆放等。这些方法的优点是可以简易地处理掉大量的污泥，无需花费很多的成本，缺点是没有回收利用污泥中的金属资源，不仅造成浪费，而且容易引起二次污染。因此，人们提出了各种关于电镀污泥综合利用的资源化处理方案，如用铁氧体法处理污泥生产磁性材料或铁黑颜料、制煤渣砖、制大火棕颜料、制抛光膏和鞣革剂等。国外有关电镀污泥处理的方法与水平与国相差不大，至今还没有一种完全

8、成熟的处理方法，因此也为本文述与的处理方案提供了很大的研究空间。 东市长安镇和虎门镇拥有上百家规模不一的电镀厂，每年为处理电镀废水就要产出约 吨的电镀污泥，可见，寻求合理地处理电镀污泥的方法是迫在眉睫的。受市环保服务中心长安服务部委托，工业大学环资系的电镀污泥资源化与无害化处理课题组经过四个月的实验室小型试验，研究出有效的处理工艺并提交了小型试验报告。经审核后又进行了连续五次每次处理100公斤污泥的扩大试验，并证实了小型试验提出的工艺的可行性。该工艺己于2000年2月26日通过了由省科学技术委员会主持的技术鉴定，鉴定结果为该技术属国首创，希望尽快使技术在生产中应用并实现产业化。 本文是在课题组

9、试验研究的基础上，针对鉴定会专家提出的“改善工艺流程与进行固化试验”的意见进行试验的。本试验研究提出，在净化液处理中采用碳酸氢钠和氢氧化钠混合物代替原工艺中使用单一氢氧化钠沉淀镍的方法，进一步研究出以“废渣:水泥:砂:煤灰= 1:2:1.67:0.3”为最佳固化处理废渣的配方，并且经初步研究提出以“废渣:水泥:砂:煤灰=2.5:40:50:7.5 （百分比例）”的比例制造免烧砖的方案。经过上述的工艺处理，可达到电镀污泥无害化和资源化处理的目的，因此本文的研究对以后更好的处理电镀污泥具有一定的参考价值。二. 文献综述1. 电镀污泥处理现状目前国处理电镀污泥的方法多种多样，分述如下：1电镀混合污泥

10、制煤渣砖 市轻工业研究所的秀广等经研究认为：利用煤渣蒸养法制砖时掺入含水率85%98%的电镀污泥，是防止电镀污泥二次污染的经济而可靠的方法。他们提出以“煤渣:电镀污泥:石灰:磷石膏=75:15:8:2”的配方制造煤渣砖，并通过物理力学性能（抗折强度和抗压强度）、耐久性能与其他性性能的测试，达到市房地局蒸养煤渣砖质量标准（沪Q/FD-004-79）的技术要求，基本满足了墙体材料的要求1。本法的优点是不仅实现了电镀污泥的资源化，同时也可处理部分的。煤渣、磷石膏等废渣，以废治废，具有很高的实用价值。但此法没有对污泥中的有价金属进行回收处理，造成浪费。其次，煤渣和磷石膏是废弃物，不容易在市场上获得。2

11、 生产大火棕颜料 市环保局的世良提出，因为电镀污泥中的主要成分铬、锌、铁的氧化物是生产大火棕颜料所需的，因此通过调整污泥的成分制成制造大火棕颜料的生料，然后经过混匀磨碎，在11001200的工业窑炉中焙烧而成大火棕颜料产品，该产品可用于瓷行业与建筑行业作为颜料着色剂或外墙涂料2。这个方法不但能使电镀污泥得到无害化和资源化处理，而且能产生较高的经济效益。但由于不同的电镀厂的污泥成分比例相差较大，不能满足颜料要求，需通过将不同比例的污泥进行调配或补充，使它达到颜料配方的要求，这一步骤需要较复杂的工艺过程，不适于在中小型电镀厂中推广。3 从含电镀污泥中提取金属 此方法提出用碳粉与污泥按一定比例混合后

12、以1000高温煅烧，使Cr3+转化成单质Cr，研究结果表明该法能将三价铬转化为零价铬，不但彻底除掉了其中的Cr3+,使废渣无害化，还取得了金属铬，实现了废渣资源化。利用这种方法来处理废渣既简单又经济，是一种简单易行的方法3。但过程需要1000的高温煅烧，工艺对设备的要求较高，也不适于在中小型电镀企业中推广。4 含铜、镍污泥的处理国一些研究提出采用湿法氢还原对电镀污泥氨浸产物中的铜、镍、锌等有价金属进行了分离回收，酸溶处理后在硫酸氨体系弱酸性溶液中氢还原分离出铜粉，然后在氨性溶液中还原提取镍粉，最后沉淀加氢还原尾液中的锌，所得铜汾和镍粉的纯度可达99.5%，铜的回收率达99%，镍的回收率达98%

13、以上4。可见湿法氢还原法对回收电镀污泥中的有价金属的效果是非常好的，但其工艺复杂，设备与操作条件要求高。5 其他处理方法 除上述的处理方法外，目前最常用的处理方法是将污泥固化填埋，但只能达到无害化处理的目的，未能实现资源化。其次常用的方法是把污泥用于制塑料填充料、抛光膏、鞣革剂等，这些处理方法需要经过污泥的脱水、烘干、粉碎、过筛等操作，工艺繁复，所需设备多，投资成本高1。 由上还可见，目前对于电镀污泥的处理确实没有一种完全成熟的处理方法。本试验处理的污泥主要是含铜、镍、铬的混合污泥，现用铁屑置换出铜然后再用黄钠铁矾法除铁钙铬，最后回收镍。本法所需的工艺条件和设备要求低，操作简单。过程中产生的废

14、渣用固化方法处理或用作建筑材料，达到无害化和资源化的目的。本方案应用于工业生产，投资成本低，生产效益高，兼顾了环境和社会两方面的效益。2. 本研究的主要容 本文参考了前人的研究工作，结合我们的具体情况，针对金晖和兴业两间电镀厂的电镀污泥，拟定下列试验工作，试验研究结果将为电镀污泥的综合利用实际推广提供技术依据： (1)改善回收有价金属的工艺流程； (2)提出固化处理废渣的优化配方；(3)研究废渣做建材使用的可行性。三. 试验研究方法1. 工艺过程 验证流程试验 本文所提出的回收电镀污泥工艺流程是以课题组提出的工艺流程为基础的，改进之处在于用碳酸氢钠和氢氧化钠的混合试剂代替单一氢氧化钠沉淀。Na

15、OH与Ni2反应生成的沉淀是Ni(OH)2胶体，难于过滤，若应用于工业生产会造成生产周期的延长和能源的浪费。用NaHCO3+NaOH替代后，过滤困难的问题得以解决，其他方面也能达到原工艺流程的效果。本工艺流程图如图所示，详细的操作条件在以下各节中列出。 固化实验 固化处理的目的是将废渣无害化处理，并且要与成本相结合，不能使用成本过高的固化方案。固化体应进行浸出试验，浸出液中重金属离子浓度应达GB5085.3-1996的浸出液毒性标准，确保不会造成二次污染。本试验固化处理的对象是在回收工艺过程中产生的废渣浸出渣和净化渣按质量比为2:1 混合的废渣。其他材料包括水泥、砂与添加剂。添加剂采用氧化铝、

16、石膏和煤灰。固化实验先用单因素试验方法粗略测试用不同品种和用量的上述材料来固化处理废渣的效果，得到较优化的配比后再用仪器测定用这些配比制出的固化体的强度，同时做浸出试验，最后确定最佳固化方案。 制砖试验在固化处理的基础上，本文提出用废渣制造非承重墙体砖和取代部分水泥作建筑材料的方案，试验方法与3.1.2所述基本一样。2. 试验原料与试剂 试验采用的是东芜市长安镇金晖电镀厂和兴业电镀厂的污泥，并以质量比为金晖:兴业=2:1和 1:1两种配比混合的污泥为处理对象，并将2:1配方编号为“A”,1:1配方编号为“B” ，有关原料的成分如表11所示。表1-1 电镀污泥成分表外观水分/%化学成分CuNiC

17、rFeCa金晖污泥灰色67.758.897.230.277.0513.9兴业污泥草绿色53.502.3328.211.9423.051.92A墨绿色68.758.0314.710.67B墨绿色64.755.7616.150.75由表1-1可知，污泥的成分是很不稳定的。此外，污泥的含水量较低是由于放置时间过长造成的。试验所使用的试剂有：98%H2SO4、NaClO3、NaHCO3、Na2CO3、NaOH、KSCN、NH4F、NaF、12,2联吡啶乙醇溶液、石灰、石膏、铁屑。上述试剂中除NaClO3是化学纯试剂，铁屑和石膏为工业用级别外均为分析纯试剂。试验过程中使用的水是自来水。固化实验使用的水泥

18、为425号普通硅酸盐水泥，砂为标准砂。3. 试验方法 试验设备DF-101B集热式恒温磁力搅拌器 省乐清市乐成电器厂 WMZK-01温度指示控制仪 医用仪表厂 PHS-3C型酸度计 雷磁仪器厂 GY-07电热鼓风干燥箱 理化仪器厂 KZY-500型电动抗折仪 市分析仪器厂 YE-30型液压式压力试验机 试验仪器厂 Z-8000型原于吸收分光光度计 日立 GZ-ST型水泥胶沙搅拌机 市建材中等专业学校实习厂 GZ-YY型水泥胶沙震动台 市建材中等专业学校实习厂 台式天平和电子天平 分析方法1） 常量分析： Cu：碘量法 Ni：二酮月亏容量法 Cr：酸溶亚铁容量法2） 微量分析：原子吸收分光光度法

19、3 试验方法1） 工艺流程试验：取一定量污泥按综合回收与治理试验流程图进行，每个过程取样分析并进行计算；2） 沉镍试验分别用 NaHCO3、NaHCO3NaOH、NaOH和Na2CO3 + NaOH 四个因素进行沉镍试验，比较试验结果；3） 废渣处理试验采用单因素法进行试验。四. 试验结果与分析1. 验证流程试验 综合回收利用处理电镀污泥中的有价金属与重金属试验共做了五个，分别编号为W-1、W-2、W-3、W-4、W-5，其中W-1、W-3和W-4取样A的混合污泥，W-2和W-4取样B的混合污泥。验证流程试验按图1所示的流程进行。试验结果如以下章节示。 浸出 称取混合污泥500g，置于2000

20、ml大烧杯中，加入等量的水，搅拌2030min，直至混合物呈稀浆状。滴加98H2SO4。把浆料的pH值调至0.51.0，并不断搅拌，用精密试纸测量pH值，达到0.51.0后再继续搅拌30min，让其中的金属离子充分浸出。过滤后得到灰色的浸出渣和墨绿色的浸出液，有关反应方程式为：M(OH)2+H2SO4MSO4十2H2O。浸出结果见表1-2。表1-2浸出试验编号污泥量/gH2SO4/ml浸出渣量/g浸出渣成分/%浸出率/%CuNiCrCuNiCrW-150075.0125.880.681.750.1593.1890.4382.00W-250081.396.430.721.160.1493.169

21、6.0689.79W-350089.0101.041.061.040.1791.4695.4383.63W-4500100.068.500.610.390.1295.8699.0693.78W-550083.3110.831.500.9291.8492.76由表1-2可知，浸出时如加入足够量的硫酸，污泥中有价金属基本被溶解，铜的浸出率为95%，镍的浸出率为95%，铬的浸出率大于82%，并且浸出率随着硫酸加入量的增加而增加。 置换铜 置换浸出液中的铜是使用廉价易得的铁屑，置换前须将铁屑用碱液清洗以除油并用清水冲洗干净。将干净铁屑放入浸出液中，搅拌并反应3045min，使铜完全置换干净，另用新鲜铁

22、屑放入浸出液中时表面不再有红色出现。反应为：Fe2+Cu2=Cu+ Fe置换完成后过滤得铜粉（海绵铜）和待净化处理的滤液。置换试验结果见表1-3。表1-3 置换铜试验结果编号铁屑量/g海绵铜量/g海绵铜品位/%纯铜量/g铜直接回收率/%W-19.4011.3994.4710.7685.74W-29.4411.1389.229.9397.82W-311.8613.9496.7712.5099.60W-49.3811.0590.6310.0198.67W-510.5013.2490.181.9495.14表1-3结果表明，当加入的铁屑量为理论所需铁量的1.08倍时，铜能被彻底地置换出来，用较好的铁

23、屑经去油后再参加反应可制得品位较高的海绵铜。 净化置换后液含有相当多的Fe3+，它与Ni2+的水解pH值非常接近难于分离，但Ni2+与Fe3+水解pH值却相差很大，因此可以把Fe2+氧化成Fe3+，水解沉淀Fe3+后让Ni+留在溶液中达到除铁的目的。由于Fe(OH)3成胶体状，过滤性能很差，而且还吸附其他金属离子，因此我们采用黄钠铁矾法除铁。黄钠铁矾沉淀颗粒大速度快，易于过滤和洗涤，滤渣对金属离子的吸附能力弱。该法用氯酸钠做氧化剂，使Fe2+氧化成Fe3+，同时添加纯碱，反应方程式如下：6FeSO4 +NaClO3 +3H2SO4 = NaCl+3Fe2(SO4)3 +3H2O3Fe2(SO4

24、)3 +6H2O6Fe(OH)SO4 + H2SO44Fe(OH)SO4+4H2O=2Fe2(OH)4SO4 + 2H2SO4 H2SO4+Na2CO3 =Na2SO4+H2O+CO22Fe(OH)SO4+2Fe2(OH)2SO4+Na2SO4+2H2O=Na2Fe6(SO4)4(OH)12 +H2SO4实验操作步骤如下：将置换后液加热至95，在保持恒温条件下Na2CO3将滤液的pH值调至1.5，然后边搅拌边添加NaClO3，并用2，2-联吡啶检验Fe3+直至检不出为止。滴加20NaOH溶液使Fe3+沉淀，并用KSCN检验。除干净Fe3+ 后再继续滴加20NaOH溶液把浆液的pH值调至4.55

25、.0，加入NaF或NH4F沉淀Ca2+，反应式为：2F-+Ca2+ =CaF2。反应结束后趁热过滤，得到黄褐色的净化渣和翠绿色的净化液。在氧化除铁过程中，Cr3+被氧化成Cr6+以而形成CrO42-离子，与一些重金属离子如Fe3 、Cu2等生成相对稳定的沉淀，这样就可以在除铁的同时也除去有毒金属离子Cr3+ ，反应式如下5：Cr2(SO4)3+NaClO3+H2SO4=H2CrO4+NaCl+Na2SO4+H2O3CrO42-+2Fe3+=Fe2(CrO4)3净化试验结果见表1-4。表1-4 净化试验结果编号药品加添量/g重量/g净化渣成分/%去除率/%NaClO3NH4FNaF NaOHCu

26、NiCrFeNiCrW-15.02.0少量61.501.375.361.4010014.2781.5W-24.32.5少量91.750.336.191.6910019.92100W-35.041.12少量68.300.637.221.5310021.4599.7W-45.111.2少量62.250.206.572.1810014.37100W-55.02.0少量73.508.700.8410023.18100由表1-4可见，置换液经过净化除杂后溶液中的Fe、Ni、Cu、Cr基本被留在浸出渣中而被除去，而Ni则大量留在净化液中。浸出渣中的杂质以较稳定化合物的形式存在，在水中不易溶出，再经固化处理

27、可以完全消除污泥中的有害成分，达到无污染。W-1的结果显示净化渣中铜含量过高，铬的去除率低，是由于前段置换铜操作中铁量不足，铜未被完全置换出，在黄钠铁矾生成过程中也是由于铁量不足，铬未被彻底转化沉淀。 制取硫酸镍试验经净化后的硫酸镍溶液不宜直接蒸发结晶，因为镍的浓度较低，通常为30mg/L左右。此外净化液中还含有大量的Na2SO4,它会与NiSO4同时结晶析出，影响NiSO4的纯度。本试验试在NaHCO3、Na2CO3和NaOH与它们的混合物中寻找最佳的沉镍剂来沉淀，以解决中试5中出现的过滤难问题。用沉镍剂把浆液的pH值调至8，充分反应2小时，过滤后得到碱式碳酸镍和沉镍后液。用水洗涤沉淀34次

28、，然后用水浸泡一段时间，尽可能做到把其中的钠盐清除干净，以免影响NiSO4结晶。浸泡后把水倒出，直接用98H2SO4。滴加到沉淀上，直至沉淀完全溶解。蒸发结晶，得到晶体和母液。制取硫酸镍试验结果见表1-5。表1-5 制取硫酸镍试验结果编号加入试剂量NiSO4产品量/gNiSO4纯度/%NiSO4纯量/gNi的回收率/%NaHCO3Na2CO3NaOHpHW-1100.544-58.556.5419.9511.2866.0W-2134.44454-57.962.3120.3612.6870.9W-3904-58.054.7419.9512.2379.0W-44-575.0W-51054-58.0

29、58.8720.1811.8872.6（-试验的净化液分成三等份做沉镍剂选择试验，上表中只列出三个分实验总镍的回收率，其余量见表1-6）由表1-5可见，净化后液经沉镍后用硫酸溶解蒸发结晶可制得符合国家标准的二级硫酸镍。沉淀硫酸镍试剂的选择试验采用试验-4所得的净化液，结果见表1-6。表1-6 制取硫酸镍试验结果编号加入试剂量/gNiSO4产品量/gNiSO4纯度/%NiSO4纯量/gNi的回收率/%NaHCO3Na2CO3NaOH112.0031.0719.986.2077.76233.814.1327.120.055.4876.90332.5412.1925.4520.035.1070.00

30、由表1-6可知，用NaHCO3+NaOH代替单一的NaOH沉淀的效果比较好，各方面结果均衡，并且可以解决过滤困难的问题。 废水处理试验本试验中废水主要是沉镍即碱式碳酸镍过滤后的滤液和洗涤废液，部分试验废水成分见表1-7。表1-7 部分废水成分表/mg.L-1编号CuNiCrW-10.4986.300.06W-20.0629.300.06W-30.1332.100.06从表1-7中可见，改用NaHCO3+NaOH沉镍后废水中Cu和Cr的离子浓度符合排放标准，但镍的浓度高达30mg/L以上，原因是沉镍终了时pH值偏低使镍未完全沉淀，并且在沉淀过程中生成了镍的络合物，也使部分镍留在了废水中，通常沉镍

31、后液可循环至流程的第一步用于调浆浸出，在适当的时候再处理排放。为此我们也进行了废水处理试验，试验结果见表1-8。表1-8 废水处理试验结果编号Ni处理前/mg.L-1颜色处理方法处理后Ni/mg.L-1颜色T-132.1淡黄透明732阳离子树脂交换 用20%NaOH将pH值调至10左右 活性炭吸附 Na2S处理，用量为理论量的2倍 用FeSO4+BaCl2通过共沉淀除Ni 并用CaO把pH值调至9-10，用去FeSO40.28g,BaCl20.67g3.14无色透明T-232.14.55T-332.15.93T-432.11.81T-532.10.69T-632.10.64由表1-8可见试验废

32、水Ni的浓度为30mg/L左右，用硫化物沉淀或钡盐沉淀处理后Ni浓度可降至1.0mg/L达到废水排放的标准。由于时间关系，本试验未对废水循环再用和最终处理进行详细研究。2. 固化试验结果本试验的对象时试验中所产生的浸出渣和净化渣按质量比为2：1的比例混合而成的废渣，其成分见表1-9。表1-9 废渣成分表/%CuNiCr浸出渣0.380.390.08净化渣0.456.260.94固化体的制作方法如下：先按配方的百分量换算成各种原料的重量称好倒入表面皿中混匀。用水和料拌匀，继续加水混和，当混合料全部润湿后（以不见水为准）；停止加水。用灰刀将混料铲进模具边加料边捣实，要求压好的团块端面刚好平模具的顶

33、端，然后用模芯轻轻降压块推出，放在编号好的表面皿中风干6。强度测试分两步进行，先对固化体做落下强度测试，得到比较好用配方后再按该配方做固化体进行抗压强度和抗折强度的测试。落下强度也是一种表示固化体强度的方法，主要是考察团化体的抗冲击能力，即耐转运能力；方法是将风干后的固化体在离水泥地面1.80米处自由落下，反复进行直到固化体出现碎裂破损为止，记下落下的次数作为落下强度指标6。抗压强度和抗折强度分别用相应的仪器测试。浸出实验是把风干后的固化体浸泡在五倍于固化体本身重量的蒸馏水中振荡四小时后取水样，分析其中铬的浸出浓度。固化体养护是把固化体在水中浸泡12小时，取出风干。 添加剂对固化效果的影响本试

34、验考察的添加剂是石膏、氧化铝和煤灰，试验结果见表1-10。表中废渣、水泥、砂、添加剂的量值是比例数值，以废渣量为1。表1-10添加剂试验结果编号废渣水泥砂添加剂效果/次浸出液Cr/mg.L-1浸出率/%氧化铝石膏煤灰养护无养护G- I -111.00.50.111G- II-111.00.50.121G-III-111.00.5210.590.35G- IV-111.00.50.1211.060.54I -211.50.50.111G- II-211.50.50.111G-III-211.50.5530.490.41G- IV-211.50.50.1520.960.60G- I -312.00

35、.50.12G- II-312.00.50.131G-III-312.00.5320.350.32G- IV-312.00.50.1320.730.52由于G-I和G-II两组试验效果很差，固化体遇水即溶，因而没有做浸出试验。由表1-10可知，添加氧化铝和石膏对固化体强度无明显作用，以煤灰作添加剂则有利于固化作用，浸出液铬浓度都能符合GB5058.3-1996浸出液毒性鉴别标准值。因此本试验采用煤灰作添加剂，确定其添加量的试验结果如表1-11示。表1-11 煤灰量确定试验结果编号废渣水泥砂煤灰效果/次浸出液C/mg.L-1浸出率/养护无养护G-V-112.00.20.10221.010.75G

36、-V-212.00.20.15220.660.48G-V-312.00.20.20430.650.45G-V-411.50.20.30430.650.41由表1-11可见，煤灰量的增加有利于固化，认为煤灰量为渣量的0.3倍为宜。G-V-4试验还说明利用煤灰取代一部分水泥而固化效果相当。 水泥量对固化效果的影响本试验分无添加剂和有添加剂两组进行试验，砂量固定，考察水泥量对固化效果的影响。结果见表1-12。表1-12 水泥量试验结果编号废渣水泥砂煤灰效果/次浸出液C/mg.L-1浸出率/养护无养护G-III-111.50.20310.350.59G-III-212.00.20530.410.49G

37、-III-312.50.20320.320.35G-III-413.00.20640.370.42G-IV-111.00.20.2210.541.06G-IV-211.50.20.2220.600.96G-IV-312.00.20.2530.520.73G-IV-412.50.20.2430.570.76由表1-12可见，当水泥量为渣量的两倍时固化效果最好，且铬的浸出液浓度也符合浸出液毒性鉴别标准值。 砂量对固化效果的影响试验固定条件为水泥量为渣量的两倍，未加添加剂。结果见表个1-13。表1-13 砂量试验结果编号废渣水泥砂煤灰效果/次浸出液C/mg.L-1浸出率/养护无养护G-VI-1121

38、.0220.740.48G-VI-2121.5230.640.45G-VI-3122.0240.630.48由表1-13可知砂量增大有利于固化效果。 抗压强度试验为了考察固化体的强度以寻求固化体的应用途径，现用NYL-500型压力试验机进行抗压强度测试。根据4.2.14.2.3的试验结果，确定最佳的固化配方为“废渣:水泥:砂:煤灰 1:2:1.52:0.3”。称取废渣30g，水泥60g，砂50g，煤灰10g制成固化体，测得其强度为2.3Mpa，其中渣量为砂量的1.67倍。3. 制砖试验本试验是将废渣或废渣和煤灰的混合物与水泥、砂掺合制成固化体，并检验其抗折强度和抗压强度是否达到建筑用砖的标准。

39、将原料分成两部分，一部分是砂，另一部分是水泥、废渣和煤灰，这两部分的质量比恒定取1:1，改变废渣和煤灰在水泥中所占的比例进行试验，以确定制砖的最佳配方。固化体的制作方法如下：按比例称好物料，连水一起倒入搅拌机中搅拌3min，然后用GZ-YY型水泥胶沙震动台把混合物填充到长方形模具中，要求填充好后的团块端面刚好与模具的顶端齐平，连模具置于空气中风干。每种配方要求做六个固化体，分成两组，待风干7天和28天时测试强度。试验结果见表个1-14。表1-14 制砖试验结果编号渣/ g水泥/g砂/g煤灰/g抗折强度/kg.cm-2载荷/KN抗压强度/MPa7天28天7天28天7天28天G-154486540

40、031.4041.5034.3846.5013.7518.60G-210843254002.257.15037.25014.90G-316237854002.7518.35051.63020.65G-41524030045155.033.70（上述试验中由于模具原因G-4固化体28天抗压强度抗折强度没测出。） 由表1-14可知，G-1、G-2和G-3中的废渣量分别占水泥量的10%、20%和30%，G-1的物理学性能均衡且优于后两者，且达到425型普通硅酸盐水泥的强度要求6。G-4中废渣和煤灰总量占水泥量的25%，抗压强度达到粉煤灰砖的强度要求6。对G-4固化体做酸浸、碱浸和水浸的浸出试验，结果

41、如表1-15所示。表1-15 G-4固化体浸出试验结果浸出液pH值Cu浓度/mg.L-1Cu浸出率/Ni浓度/mg.L-1Ni浸出率/Cr浓度/mg.L-1Cr浸出率/Ph=40.040.0300.030.0260.040.22Ph=80.030.0230.030.0260.040.22Ph=70.030.0230.030.0260.040.22本试验证明了废渣制砖的可行性，提出配方为“废渣:水泥:砂:煤灰=2.5:40:50:7.5（百分比）”，同时也证明了可用废渣取代一部分水泥作建筑材料，达到节省水泥、降低成本的目的。4. 原料消耗、成本与生产效益估算通过验证流程试验与固化试验后，我们对实

42、验所原材料的消耗、成本与生产效益进行估算，估算分别按污泥和污泥作原料所做的试验的平均值计算，编号为W-A和W-B。结果见表1-16和表1-17。表1-16 处理500g湿污泥所消耗的原材料量/g编号H2SO4NaClO3Na2CO3NaHCO3NaOHNaFFe水泥砂W-A147.05.0213.3990.45少量1.1210.63356.7235.67W-B166.85.1145.0090.00少量1.209.41247.4124.74表1-17 处理1吨混合污泥成本估算表原料名称原料单价/元.kg-1原料用量 /kg原料单耗 /元W-AW-BW-AW-B硫酸0.60301.00333.40

43、180.60200.04氯酸钠6.0010.0410.2260.2461.32碳酸氢钠1.4890.4590.00133.87133.20碳酸钠1.9026.7850.0050.8859.50氟化钠6.002.242.4013.4414.40铁屑1.0021.2618.8221.2618.82水泥0.22713.44494.82156.86168.86砂0.03267.54239.002.141.48合计619.29667.02根据试验结果，铜的回收率按95%计，镍的回收率按72%计，海绵铜单价为1万元/吨，硫酸镍单价为1.5万元/吨，处理1吨试验采用的混合污泥所得产品的量与其产值如表1-18

44、示。表1-18 产值估算表编号1吨污泥中的量铜粉、NiSO4回收量与其产值合计/元Cu /%Cu/kgNi /%Ni/kgCu/kg产值/元NiSO4/kg产值/元W-A8.0355.2114.71101.1352.45524.50358.675380.055904.55W-B5.7637.3016.15104.5735.44354.40370.895563.355917.75由表1-17和表1-18可知使用车试验所述的方法处理1吨电镀污泥可取得近5000元的收益搬得环境效益又取得经济效益，因此这个方法是值得推广的。五. 结 论通过对东金晖和兴业两家电镀厂电镀污泥进行验证流程试验和固化制砖试验

45、得出一下结论：1对污泥进行综合回收试验结果表明，采用本试验所述的工艺流程可以综合处理不同成分的含铜镍铬混合污泥，铜的回收率达95%，品位达90.85%，镍的回收率达72%，品位可达20.36%，基本上可达到电镀工业二级标准。证明本研究采用的工艺是可行的，并且具有适应性广等优点。2用NaHCO3+NaOH代替单一NaOH沉淀不仅可以解决过滤困难的问题，而且容易制得合格的产品。3对产生的废渣进行固化处理的最佳配比为“废渣:水泥:砂:煤灰=1:2:1.67:0.3”，用煤灰作添加剂可提高固化效果，减少水泥和砂的用量。4制砖试验初步探索结果是以“废渣:水泥:砂:煤灰2.5:40:50:7.5”的配比制

46、出的固体强度可达33.70MPa，符合粉煤灰砖的强度要求，可用于造非承重墙体砖。同时试验可得出的另一结论是废渣掺入水泥中代替部分水泥同样可达到普通水泥的强度要求。第二章工艺过程物料衡算物料衡算的主要原始数据：1原污泥特性：年供污泥量8000万吨，污泥含水量入为出85%，折合干污泥量1200吨/年：干污泥含铜8%，含镍10%：2综合利用处理指标：铜回收率95%（计算时取而代之90%）：镍回收率85%（计算时取80%）。产品海绵铜含铜95%，产品硫酸镍含镍20.5%。调浆过程计算：经实验可得液固比L：S5.67，真比重为2.5时，其调浆效果较好。干污泥量1200吨/年，则每天污泥量为：120000

47、0Kg/300天=4000Kg/天，固泥浆水量为：4000Kg5.67=22700Kg=22.7吨固矿浆体积为：22.7+4/2.5=24.3 m3溶解过程计算：经浸出实验4.1.1与表4-1得当加入浓H2SO42000L，PH=1时，污泥中的有价金属基本被溶解，并且浸出率随硫酸加入量的增加而增加。固得出起溶解液中干污泥量为2400Kg，液固比为10.3，真密度为2.5所以得出溶解液中含水量2.410.3=24.8吨；固得出溶解液中矿浆体积为24.8+2.4/2.5=25.7 m3。酸浸出过程计算：经浸出实验4.1.1与表4-1得已知铜的浸出率为95%，镍的浸出率为95%，铬的浸出率大于82%

48、。（1） 浸出液中含铜金属量：4000.95=380Kg；含镍金属量：6000.95=570Kg其水量等于矿浆体积为溶解液的矿浆体积25.7 m3。（2）浸出渣中经实验4.1.1得，有干污泥量为2400Kg，液固比为0.18 固浸出渣含水量为：2.4吨0.18=0.4吨剩余的铜为4000.05=20Kg；剩余的镍为6000.05=30Kg。 其矿浆体积为：0.4+2.4/2.5=1.4 m3。浸出过程主要反应方程式如下：Cu(OH)2CuSO42H2ONi(OH)2H2SO4NiSO42H2O2Cr(OH)33H2SO4Cr2(SO4)36H2OCu(OH)2H2SO4CaSO42H2O置换铜

49、过程计算：置换铜是把浸出液中的铜是使用廉价易得的铁屑，得到价格较高的海绵铜的过程，其反应为：CuSO4FeCuFeSO4CuSO4Fe1mol1mol 根据置换铜实验表4-2得： 可解得生成干污泥量为置换出的铜质量380g ,液固比为60.80，溶液中镍质量不变。海绵铜真密度为6.0。则可得出其溶液过滤前含水量为：0.3860.80=23.1吨。则可求出其溶液过滤前的矿浆体积为0.38/623.1=23.1 m3。过滤后得出海绵铜与置换液(1) 由表4-2可知置换液的含镍的质量为570g ,其干污泥质量为0 ,矿浆体积与水量与过滤前相等为23.1 m3(2) 由表4-2可知海绵铜中干污泥量为4

50、00Kg ,液固比为0.18 ,真比重为8.5。则可求出其水量为: 0.40.18=0.08吨。也可求出其矿浆体积为: 0.08+0.4/8.5=0.13 m3。海绵铜再加入稀硫酸浸泡洗涤后再过滤可得成品海绵铜。净化过程计算：净化过程主要方程式: 1. 除铁离子方程式:6FeSO4NalClO33H2SO4NaCl3Fe2 (SO4) 33H2O3Fe2 (SO4) 36H2O6Fe(OH)SO43H2SO44Fe(OH)SO44H2O2Fe2 (OH) 4SO42H2OH2SO4Na2CO3Na2SO4H2OCO22Fe(OH)SO42Fe2(OH)4SO4Na2SO42H2ONa2Fe6(

51、SO4)4(OH)12H2SO4 2. 除铬离子方程式: Cr2(SO4) 3NaClO3+ H2SO4H2CrO4NaCl+ Na2SO4H2OCrO42-+2Fe3=Fe2(CrO4) 3 3. 除Ca2离子方程式: Ca22NH4FCaF22NF4由净化实验表4-3可见 ,置换液经过净化除杂后溶液中Fe, Cr, Ca, Cu基本被留出浸出液中被除去，而Ni被大量留在净化液中。浸出渣中的杂质以较稳定化合物地形式存在，在水中不易溶出，在经固化处理可以完全消除污泥中的有害组分，达到无污染。根据净化试验表4-3得：净化反应后的干污泥量为1000Kg，液固比为24.24，真密度为1.4。（未过滤

52、）则可求得该过滤洗涤前的溶液含水量为：1000Kg24.24=24.3吨；矿浆体积为24.3+1/1.4=25.0m3过滤洗涤后有含镍净化液与净化渣。(1) 净化渣中含未过滤前干污泥为1000Kg，液固比为0.18，真比重为2.0。 可得净化渣的含水量为：10000.18=0.18吨；矿浆体积为：0.18+1/2.0=0.68 m3。经净化实验得净化渣中有原溶液含镍量的10%，则含镍量为570Kg10%=57Kg。(2) 含镍净化液的含水量为25.0吨;矿浆体积为25.0 m3。含镍净化液的镍的质量为：570Kg-57Kg=513Kg。制取硫酸镍过程计算1. 沉淀镍经净化后的硫酸镍溶液不宜直接

53、蒸发结晶，因为镍的浓度低，通常为30mg/L。此外净化液中还含有大量Na2SO4，它会与硫酸镍同时结晶析出，影响NiSO4的纯度。所以根据制取硫酸镍试验与表4-4，4-5得出，用NaHCO3+NaOH代替单一的NaOH沉淀效果比较好，各方面结果均衡，并且解决过滤困难的问题。计算Ni沉淀的各种数据：已知生成NiCO32Ni(OH)24H2O，得出其计算式： NiCO32Ni(OH)24H2O Ni金属377 59LKg 513KgL=377513/59=1276Kg（1）过滤洗涤前：由制取硫酸镍试验与表4-4，4-5与计算得知，干污泥质量为1276Kg，液固比为19.00，真比重为2.0。则可求

54、出其含水量为1.27619=24.24吨；其矿浆体积为24.24+1.276/2=24.8 m3。（2）过滤洗涤后： 由制取硫酸镍试验与表4-4，4-5与计算得知，干污泥质量为1276Kg，液固比为0.43，真比重为2.0，生成固体为碱式碳酸镍（NiCO32Ni(OH)24H2O）。则可求出其含水量为1.2760.43=0.5吨；其矿浆体积为0.5+1.276/2=1.13 m3。 2. 溶解镍由溶解实验可知：干污泥质量为1276Kg，液固比为0.43，真比重为2.0，则得出其含水量为1.2760.43=0.5吨；其矿浆体积为0.5+1.276/2=1.13 m3。 3. 镍溶液的蒸发结晶已知

55、生成NiSO46H2O，得出其计算式： NiSO46H2O Ni金属 263 59 XKg 513Kg X=513263/59=2488Kg由结晶实验可知其液固比为0.11，真比重为2.0，且已知其干污泥量为2488Kg，所以可求出其含水量为2.4880.11=0.27吨；其矿浆体积为0.27+2.488/2.0=1.51 m3。 结晶后镍金属以NiSO46H2O析出，镍的总回收率为85%，回收的镍金属质量为513Kg。第三章工艺的主要设备计算本设计技术指标如下：年处理能力：8000吨年日处理能力：27吨日(一年生产300天)厂区占地面积：6500m2一. 浸出过程的主要设备设计：1. 浸出槽

56、的设计：1 设计计算：污泥进料与混合30min，加酸浸出60min，卸料时间30min，共停留120min，考虑连续生产的需要，浸出槽的数量取2个，每天工作一班，每班生产单4批，一年按300工作日计算：则每批的体积为25.7/4=6425L，则单个浸出槽的容积应为：6425L/2=3213L2 设备选型：采用浸出槽的型号与规格：自制，砖砌。浸出槽的尺寸（mm）：径高=20001200浸出槽的实际容积为：3.14101012=3768L浸出槽的负荷率为3213/3768=0.85壳体材料采用A3F，壁搪玻璃衬里防腐蚀(带搅拌器)2. 搅拌器的设计：1 设计计算：2 设备选型：减速机选用BLD4.

57、0317减速比17.配套电机选用BJO2414T2型防爆型电动机，标称功率4kW额定转速1440转min选用桨式搅拌器(HG522065)公称直径D=700材料采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)联轴器选用夹壳式联轴器(HG521365)公称直径D=55材料采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)搅拌器轴自行设计制造，材料采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)减速机架自行设计制造进料斗自行设计制造，材料采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)3. 浸出液过滤设备：1 设计计算： 已知浸出过滤的工作制度为1班/天，需要过滤的浸出液体积为25700L，则每班需要过滤的浸出液体积也为25700L/班，浸出过滤液含干污

58、泥质量为2400Kg，每班过滤浸出液含干污泥质量为2400Kg/班。 由过滤实验可知，滤饼的假比重为1.7，则其滤饼的体积为2400/1.7=1412L，即滤饼：重量/体积（Kg/L/班）=2400/1412；选用2台过滤机，每台过滤机每班过滤4次，则每台过滤机每次滤饼重量/体积（Kg/L/台次）=300/1772 设备选型： 已知每台过滤机每班过滤次数为4次，过滤时间2小时，洗涤时间0小时。选用板框压滤机，其型号为BMS30-635/25。二. 置换过程的主要设备设计：1. 进料泵设计：扬程约为15米；已知该泵每天工作会8小时，则该泵的所需流量为：25.7/8=3.22m3/h。选用F型耐腐

59、蚀泵，其型号为：40F-26A型：流量为6.55 m3/h，扬程为20.5米。2. 置换槽设计：1 设计计算：进料时间30min，置换反应时间60min，卸料时间30min，总停留时间为120min，故采用2个置换槽，每天工作一班，每班生产4批，一年按300工作日计算，则每批处理的体积为23100/4=5775L/批；则单个置换槽的容积应为：5775/2=2888L。2 设备选型：采用置换槽的型号与规格：自制，砖砌。置换槽的尺寸（mm）：径高=20001200置换槽的实际容积为：3.14101012=3768L置换槽的负荷率为2888/3768=0.76壳体材料采用A3F，壁搪玻璃衬里防腐蚀(

60、带搅拌器)3. 搅拌器的设计：1 设计计算：2 设备选型：减速机选用BLD4.0317减速比17.配套电机选用BJO2414T2型防爆型电动机，标称功率4kW额定转速1440转min选用桨式搅拌器(HG522065)公称直径D=700材料采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)联轴器选用夹壳式联轴器(HG521365)公称直径D=55材料采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)搅拌器轴自行设计制造，材料采用不锈钢(1Cr18Ni9Ti)减速机架自行设计制造4. 置换液过滤设备：因为在置换过程中有颗粒状的铜出现，为了防止过滤机的堵塞，所以采用真空过滤机。设计计算：已知置换过滤的工作制度为1班/天，需要过滤的