從化學鍍鎳廢液中快速、高效回收鎳的方法及所用裝置與流程

2023-05-30 23:00:26 1

本發明屬於工業廢棄物資源回收的領域，特別涉及一種從化學鍍鎳廢液中快速、高效回收鎳的方法。

背景技術：

化學鍍鎳技術是近幾年來發展較快的表面處理技術，隨著應用範圍和生產規模的不斷擴大，產生的化學廢液也越來越多，而現有技術中對該類廢液往往處理不徹底，由此給環境帶來越來越嚴重的汙染。

化學鍍鎳溶液使用一段時間後，由於其中亞磷酸鹽等副產物的積累，導致鍍鎳溶液老化，而老化後的鍍鎳溶液可使被鍍件的鍍層性能下降，因此，老化後的鍍鎳溶液即被認定為化學鍍鎳廢液而進入廢水處理環節。

通常，化學鍍鎳廢液中含有4000-10000mg/l的鎳，cod(化學耗氧量)為40000-70000mg/l，總磷在20000-40000mg/l。

含鎳廢水中的重金屬鎳元素對生態環境、人體健康會造成嚴重危害(鎳金屬有毒，會影響人類的健康，對水環境下生存的生物毒害作用也很明顯，而且很難在自然狀態下降解為無害物質)，若將其直接排放會嚴重影響我們的環境，同時，也會造成鎳資源浪費(鎳在機械工業、電子工業以及飛機製造業中廣泛應用，我國的鎳金屬儲備量不多，屬於戰略金屬資源，在我國的發展中需求量比較大)。目前，將含鎳廢水資源化和無害化處理已經成為環保行業極為重要的研究領域。

當前國內外處理化學鍍鎳廢水的方法總體上可分為化學法和物理法，主要有化學沉澱法、離子交換樹脂法、溶劑萃取法、吸附法、膜分離技術等。這些方法都以水汙染控制為目的，不能夠實現鎳的資源化，同時鎳的處理不達標。

綜上，現有處理方式基本上是混凝沉澱變成含鎳汙泥，資源沒有得到有效回收和再利用，還形成二次汙染，浪費嚴重，因此從含鎳廢水中高效率回收其中的金屬資源十分重要。現有的鍍鎳廢水處理技術大部分不能達標排放且排放會汙染環境。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種設備投入少、工藝流程簡單且無汙染排放的從化學鍍鎳廢液中快速、高效回收鎳的方法及所用裝置。

為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：

本發明的從化學鍍鎳廢液中快速、高效回收鎳的方法，所述化學鍍鎳廢液中鎳含量在4000-10000ppm，cod為40000-70000ppm，總磷20000-40000ppm，按以下步驟回收其中的鎳；

1)利用收集槽收集化學鍍鎳廢液；

2)將收集槽中的化學鍍鎳廢液泵入底部接有壓縮空氣的1#反應池；

3)向1#反應池中添加鹼，將廢水ph值調節至7-8之間，同時添加催化還原劑，以轉速為300-500r/min的速度進行攪拌；

4)之後，將1#反應池中攪拌均勻的廢水泵入2#反應池中加熱至對鍍件進行正常電鍍時的鍍液對應的溫度；

5)待2#反應池中的廢水達到設定溫度後，將該廢水泵入電解槽中進行電解反應，該電解槽中的陰極為環繞陽極設置且為內外兩層呈筒形的鈦網籃，該鈦網籃的底部為閉合結構，在該鈦網籃內填充有呈三維空間網絡結構且具大比表面積的球狀鐵絲；

6)以在陰極生成的金屬鎳作為引發劑，引發廢水中99.8％的鎳離子在陰極上持續還原成金屬鎳；

7)將沉積在陰極上的鎳金屬回收再用；

8)將電解催化反應後的冷卻液通過離子交換系統，使該冷卻液中的殘餘鎳離子再次被吸附；

9)將含鎳小於0.1ppm的達標廢水正常排放。

所述催化還原劑為硼氫化鈉、水合肼和乙二胺的混合物,其中硼氫化鈉為2-6g/l,水合肼為20-30ml/l，乙二胺為15-35g/l，其餘為水，催化劑用量為5-15ml/l。

所述電解反應採用的電流密度為100a/m2-400a/m2，陽極與陰極之間的距離為2-5cm，電解催化反應時間30-60min。

所述鍍液對應的溫度在80-90℃。

所述離子交換系統中採用的樹脂為選擇性螯合離子交換樹脂，其流速為15-20bv/h。

本發明的從化學鍍鎳廢液中快速、高效回收鎳的裝置，依次包括收集化學鍍鎳廢液的收集槽、多個反應池、電解槽和離子交換系統，其特徵在於：所述電解槽的陽極為二氧化鉛塗層鈦所制，其陰極為環繞陽極設置的鈦網籃，該鈦網籃為內外兩層同軸設置的中空筒，中空筒的斷面形狀可以為圓形、正方形或橢圓形，中空筒的筒壁為網狀，內層筒與外層筒的底端連為一體且呈閉合結構，在內層筒與外層筒之間填充有呈三維空間網絡結構且具大比表面積的球狀鐵絲。

本發明的裝置中，所述電解槽中的陰極與陽極之間的距離為2-5cm，電解反應採用的電流密度為100a/m2-400a/m2。

本發明的裝置中，所述反應池分別為依次設置於電解槽流程之前的1#反應池和2#反應池，其中，

1#反應池用於將泵入其中的化學鍍鎳廢液的ph值調節至7-8之間，同時加入催化還原劑進行攪拌；

2#反應池中用於對從1#反應池泵入其中的化學鍍鎳廢液進行加熱，加熱溫度為鍍件正常電鍍時的鍍液對應的工作溫度，在其底部或側壁設有加熱裝置。

本發明的裝置中，在1#反應池的底部設有壓縮空氣入口，在該入口上設有多個曝氣盤，所述壓縮空氣的壓力在0.1-0.2mpa；在2#反應池設置有耐腐蝕的ph計和溫控探頭。

本發明採用電解方法對化學鍍鎳廢液中的金屬鎳進行回收，使其具有以下特點：

1)不添加有毒且汙染環境的引發劑，通過電解的方式生成的金屬鎳作為引發劑，引發化學鍍鎳廢液中的鎳自發反應。

2)通過電解與催化相結合的處理方式，達到簡便、高效、快速的從化學鍍鎳廢水中回收鎳資源的目的，降低處理成本。

3)反應時間短，在極短的30-60min時間內，使廢液中99.8％的金屬鎳沉積在陰極上，無鎳泥產生，綠色環保。整個回收過程易於操作控制且安全。

附圖說明

圖1為本發明的回收鎳的工藝流程和所用裝置的方框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的從化學鍍鎳廢液中快速、高效回收鎳的方法按以步驟進行：

1、利用收集槽收集化學鍍鎳廢液。

該鍍鎳廢液中鎳的含量在4000-10000ppm，cod為40000-70000ppm，總磷20000-40000ppm。

2、將收集槽中的化學鍍鎳廢液泵入1#反應池，在該反應池的底部接入壓縮空氣並與多個曝氣盤相接，壓縮空氣的壓力在0.1-0.2mpa，通入壓縮空氣的目的是為了使廢液混合均勻。

3、與此同時，向1#反應池中添加鹼，將該1#反應池中的廢液的ph值調節至7-8的弱鹼狀態，再向該反應池中添加催化還原劑，催化還原劑選用硼氫化鈉、水合肼和乙二胺的混合物,其中，硼氫化鈉2-6g/l,水合肼20-30ml/l，乙二胺15-35g/l，催化劑用量為5-15ml/l，以轉速為300-500r/min的速度進行攪拌。

上述弱鹼狀態有利於之後在電解過程中，提高金屬鎳在陰極的沉積效率。因為，若ph值過低，則會使陰極析氫副反應嚴重，導致電流效率下降；若ph值過高，廢液中容易形成氫氧化鎳，不利於金屬鎳的還原，同時過高的ph值還會造成催化還原劑的分解。

4、將1#反應池中的廢水泵入2#反應池，對其中的廢液進行加熱，可以通過在該反應池的底部或側壁上設置加熱器實現加熱。在反應池中安裝耐腐蝕ph計探頭和溫控探頭，以實現對該反應池中廢液實時監控。

將該反應池中的廢液加熱至80-90℃，該溫度為對鍍件進行正常電鍍時的鍍液對應的工作溫度。

將廢液溫度設置為與化學鍍鎳時的鍍液的工作溫度一致，有利於鎳在引發劑和還原劑的作用下，加快催化還原反應。

5、將2#反應釜中達到溫度的廢液泵入電解槽中電解。

該電解槽的陽極為二氧化鉛塗層鈦所制，其陰極為環繞陽極設置的鈦網籃，該鈦網籃為內外兩層同軸設置的中空筒，中空筒的斷面形狀可以為圓形、正方形或橢圓形，中空筒的筒壁為網狀，內層筒與外層筒的底端連為一體呈閉合結構，在內層筒與外層筒之間填充有呈三維空間網絡結構的球狀鐵絲，該球狀鐵絲具有無限大比表面積，為鎳沉積提供了無限多的沉積位點。電解時的電流密度為100a/m2-400a/m2，陰極與陽極之間距離設置為2-5cm，保持80-90℃的溫度，電解催化反應時間30-60min。

通過電解，在陰極生成金屬鎳，由初始生成的金屬鎳充當引發劑，引發廢水中其它鎳離子在陰極上持續還原生成金屬鎳。

電解過程：

陽極：h20＝4h++02+4eeo＝1.229v

陰極：ni2++2e＝nieo＝0.25v

2h++2e＝h2eo＝0v

催化還原過程：r+ni2++oh-＝ni

6、經過處理後99.9％的鎳沉積在陰極上，將陰極洗滌、烘乾，對金屬鎳進行二次利用。

7、將電解催化反應後的冷卻液通過離子交換系統，使化學鍍鎳廢水中的殘餘的鎳被吸附，廢水中鎳達到排放要求(ni<0.1ppm)。

所述離子交換系統中樹脂為選擇性螯合離子交換樹脂，流速為：15-20bv/h。

本發明的從化學鍍鎳廢液中快速、高效回收鎳的方法採用的裝置如下：

依次包括收集化學鍍鎳廢液的收集槽、1#反應池、2#反應池、電解槽和離子交換系統。

各實施例參見如下表1

表1：實施例1－5的參數