氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中鎳與重金屬離子的去除方法
2023-06-03 09:19:16 4
專利名稱：氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中鎳與重金屬離子的去除方法
技術領域：
本發明涉及對含有鎳及其它重金屬離子的氯化鐵刻蝕廢液的回收利用或酸洗廢液的再利用，以及去除或回收氯化鐵刻蝕廢液或酸洗廢液中的鎳和其它重金屬離子的技術。
在鋼鐵酸洗和金屬的刻蝕過程中會產生大量的含鐵酸液，這些廢液中往往含有一定量的重金屬離子，例如銅、鎳、鉻、鈷等金屬離子。在刻蝕過程中，隨著刻蝕過程的進行，溶液中重金屬離子和亞鐵離子不斷積聚，從而降低刻蝕速度，影響刻蝕效果。這些刻蝕廢液中必須去除一定量的重金屬離子才能重新恢復刻蝕速度，獲得良好的刻蝕效果，或者完全去除重金屬離子後用於水處理工業。在電視工業中陰極網罩的刻蝕過程中也會產生大量的含鎳、鉻的廢液。在鋼鐵酸洗過程中會產生大量的含重金屬離子的氯化鐵廢液，在這些廢液中的氯化鐵和氯化亞鐵的總濃度高達40％以上，鎳的含量在1.0～3.0％，目前對這類廢的處理，有的企業採用焚燒的方法生產氧化鐵紅，有的企業將其任意排放，不僅造成很大的環境汙染，而且也造成很大的浪費，有的企業則不經過任何處理，將此廢液直接銷售給水處理劑企業，而水處理劑企業直接將殘餘亞鐵離子氧化後，作為混凝劑銷售，由於這類混凝劑使用時在pH值近中性範圍內的鎳、鉻等重金屬離子在混凝過程中是無法沉澱的，仍殘留在水體中，經這種混凝劑處理過的水潛在很大的危害。如果能夠有效地分離這些貴金屬離子，不僅可以使刻蝕廢液再生，或用作飲用水，工業用水的混凝劑，或深加工生產出新型的混凝劑聚合氯化鐵進一步創造良好的經濟效益。
日本專利1-167325提出了一種回收氯化鐵廢液中銅金屬的方法，將鐵粉或鐵屑混入氯化鐵廢液中，由於銅金屬的離子化傾向比鐵低，使它容易沉積於鐵粉或鐵屑表面，從而達到在廢液中去除銅的目的。但是通過這種方法沉積於鐵粉表面的銅的含量比較低。日本專利6-127946提出了一種改進的回收氯化鐵廢液中銅和鎳方法。在含銅和鎳的強酸廢液中加入鐵粉，以控制廢液的氧化還原電位和鐵離子的濃度，使強酸廢液中的銅和鎳就可以沉澱出來，達到去除銅和鎳的目的。在線路板的刻蝕銅的過程中，刻蝕液中銅離子的濃度不斷累積，由於銅的氧化化選電位高於鐵，採用上述化學還原的方法也可以很容易地將銅沉積在鐵粉或鐵屑表面，達到去除銅離子的目的。但是由於鎳離子的氧化還原電位略高於鐵，所以氯化鐵廢液中鎳的去除相對就比較困難。
針對上述在氯化鐵溶液中去除鎳的不足，本發明提供了一種化學反應速率快，操作方便、安全，對含鎳及化學活性低於鐵的其它重金屬(Cu、Co、Pb、Cr、Cd)去除率高的去除氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中的鎳與重金屬離子的方法。
本發明是按如下技術方案實現的。在氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中加入還原鐵粉進行反應，對於含鎳量為0.5～3.0％(W/W)氯化鐵刻蝕廢液，還原鐵粉投加量為鎳含量的4～5倍，對於含鎳量為≤0.5％(W/W)的氯化鐵刻蝕廢液，還原鐵粉的投加量為鎳含量的20～100倍。在反應中首先使氯化鐵刻蝕廢液中的三價鐵離子還原成二價鐵離子，在完成這一過程的同時，鎳離子會與過量的鐵粉反應，並被還原在鐵粉表面。由於氯化鐵刻蝕廢液一般含有少量的游離酸以及三價鐵離子的強烈水解使得溶液的酸性很強，初始反應速度很快，溫度也迅速上升；但是隨著溶液中三價鐵離子的減少，廢液中pH值逐漸升高，反應速度逐漸降低，為了保持和加快反應速度，將氯化鐵刻蝕廢液與還原鐵粉的反應溫度控制在40～95℃，最佳反應溫度為75～95℃。還原鐵粉的比表面積對於鎳的去除效率和操作成本有很大的影響，還原鐵粉的比表面積越大，還原性越好，則處理過程越容易。在處理過程中選擇≤100目的鐵粉。為了使還原鐵粉與氯化鐵刻蝕廢液充分接觸，在還原過程中採用攪拌方法，根據去除鎳和其他重金屬離子的要求設定攪拌速度，攪拌反應1～4小時。為了進一步降低處理成本，在反應初期也可以用鐵屑代替部分還原鐵粉，以首先將廢液中的三介鐵還原為二介鐵。
採用鐵粉還原的方法可以有效去除氯化鐵刻蝕廢液中鎳的含量，對於含重金屬鎳比較高的氯化鐵刻蝕廢液，通過化學還原使鎳或其他重金屬沉積在還原鐵粉表面，形成富含金屬鎳的鐵鎳合金，這種合金中鎳的含量可以達到10～35％，通過再次酸溶和結晶，就可以得到不同的鎳鹽。這樣不僅利用了氯化鐵刻蝕廢液生產淨水劑氯化鐵或聚合氯化鐵再生氯化鐵刻蝕廢液而且還可得到含鎳鐵粉或鎳鹽的溶液，並且此方法也可以用於去除並提取氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中的其它重金屬離子，將這些金屬再利用。對於含鎳量在3％重量百分比的氯化鐵刻蝕廢液，處理後的氯化鐵溶液中的含鎳量可以根據處理後氯化鐵溶液的不同用途在5～10PPM範圍內進行控制與調整。
本發明的優點在於，採用還原鐵粉，通過控制還原反應溫度，攪拌速度及攪拌反應時間，使得還原反應速度快，對鎳及其他金屬離子去除率高，使刻蝕廢液再生後重新作為刻蝕液使用，或用作飲用水、工業用水處理的混凝劑，既達到了變廢為寶的目的又能創造良好經濟效益。
如下是
具體實施例方式實施例1對低重金屬含量的氯化鐵刻蝕廢液處理採用化學還原的方法，是按照還原三價鐵過量值，在1公斤氯化鐵刻蝕廢液(含鎳量為0.1％)加入水200克，並加入工業級還原鐵粉72克(鐵含量98.0％)，升溫至75℃，攪拌速度500轉/min，反應4小時。停止攪拌減壓過濾母液，就得到去除重金屬離子的氯化亞鐵溶液，按照一般溶液的處理方法，就可以得到氯化亞鐵結晶。在50轉/min攪拌速度下，向母液中加入濃度為30％的鹽酸200克和氯酸鈉30克，將氯化亞鐵氧化還原得到氯化鐵溶液，結果見表1。
表1 未處理氯化刻蝕鐵廢液與處理後氯化鐵溶液重金屬含量比較
實施例2.對高鎳含量氯化鐵刻蝕廢液處理對高鎳含量氯化鐵刻蝕廢液處理過程同實施例1的處理過程。在1公斤氯化鐵刻蝕廢液(含鎳量為2％)中加水200克，並在廢液中加入工業級還原鐵粉150克(鐵含量98.0％)，升溫至95℃，反應1小時。停止攪拌減壓過濾母液，就得到去除重金屬離子的氯化亞鐵溶液，再按照一般溶液的處理方法，就可以得到氯化亞鐵結晶。在攪拌條件下，向母液中加入濃度為30％的鹽酸200克和氯酸鈉30克，將氯化亞鐵氧化還原得到氯化鐵溶液，結果見表2。
表2 未處理氯化刻蝕鐵廢液與處理後氯化鐵溶液重金屬含量比較
權利要求
1.氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中鎳與重金屬離子的去除方法，其特徵在於在氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中加入還原鐵粉與氯化鐵刻蝕或酸洗廢液反應，在40～95℃溫度下，攪拌反應1～4小時，得到降低鎳與重金屬離子含量或去除的鎳與重金屬離子的氯化鐵刻蝕溶液。
2.根據權利要求1所述的氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中鎳與重金屬離子的去除方法，其特徵在於對於含鎳量0.5～3.0％重量百分比的氯化鐵刻蝕或酸洗廢液還原鐵粉的投加量為鎳含量的4～5倍，對於含鎳量為≤0.5％重量百分比的氯化鐵刻蝕或酸洗廢液，還原鐵粉的投加量為鎳含量的20～100倍。
3.根據權利要求1氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中鎳與重金屬離子的去除方法，其特徵在於還原鐵粉與氯化鐵刻蝕廢液的最佳反應溫度為75～95℃。
全文摘要
氯化鐵刻蝕或酸洗廢液中鎳與重金屬離子的去除方法,將還原鐵粉與含鎳50PPM～2%(W/W)的氯化鐵刻蝕或酸洗廢液混合,在40～95℃溫度下,攪拌反應1～4小時,使廢液中的鎳沉積在還原鐵粉表面,形成含鎳鐵粉,廢液中的鎳含量大幅度降低至10PPM以下,同時氯化鐵被還原為氯化亞鐵,而去除鎳和其它重金屬離子的氯化亞鐵的廢液經過氧化得到氯化鐵溶液,用於飲用水或廢水處理,也可以再用作刻蝕劑。
文檔編號C23F1/46GK1348020SQ00125628
公開日2002年5月8日 申請日期2000年10月10日 優先權日2000年10月10日
發明者李風亭, 劉遂慶, 張冰如, 陸雪非 申請人:同濟大學