CN102690956A - 一种不锈钢酸洗污泥绿色提取铬和镍的方法 - Google Patents

一种不锈钢酸洗污泥绿色提取铬和镍的方法 Download PDF

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邝春福
潘德安
田建军
刘波
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Abstract

本发明涉及一种不锈钢酸洗污泥绿色提取铬和镍的方法，属于冶金及环保领域，特别涉及不锈钢酸洗污泥中重金属离子无害化资源化再利用和尾液循环再利用的方法。本方法针对不锈钢酸洗污泥中重金属离子（Cr6+、Cr3+、Ni2+），用H2SO4将其中的重金属离子浸出，过滤后得到无重金属离子的无毒酸洗污泥和浸出液。向浸出液中加入NaHSO3，将Cr6+还原成Cr3+；然后采用NaOH调节浸出液pH值为7.5~10.0将Cr3+、Ni2+沉淀、过滤、干燥形成Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料；再将石灰加入滤液将F-和SO4 2-以CaF2和CaSO4形式沉淀、过滤，滤液为NaOH溶液，直接返回用于沉淀Cr3+、Ni2+重金属离子。本发明实现了不锈钢酸洗污泥危险固废解毒、重金属离子资源化再利用、以及尾液循环再利用，具有显著的经济、环境和社会效益。

Description

一种不锈钢酸洗污泥绿色提取铬和镍的方法
技术领域
本发明提供了一种不锈钢酸洗污泥绿色提取铬和镍的方法，属于冶金及环保领域，特别涉及不锈钢酸洗污泥中重金属离子无害化资源化再利用和尾液循环再利用的方法。
 
背景技术
不锈钢生产过程中，为获得较好的表面质量，冷轧前需经过硫酸、氢氟酸等酸洗表面处理，从而产生大量含有铬、镍、氟等有毒有害物质的酸洗废液。目前，绝大多数不锈钢厂均采用石灰中和沉淀法处理酸洗废液。这种方法使出水达到排放标准，但造成二次污染，即产生大量有毒有害的不锈钢酸洗污泥。
不锈钢酸洗污泥中含有大量重金属铬、镍等有毒有害物质。回收不锈钢酸洗污泥中的铬、镍重金属资源不仅从根本上解决重金属污染问题，而且使铬、镍等宝贵金属资源得到再生利用，在解决污染问题的同时获得明显的经济效益。目前不锈钢酸洗污泥的处理方法有：
防渗填埋法：
将不锈钢酸洗污泥集中填埋于经防渗处理的大坑中，尽管成本低，但没有解决根本问题，存在巨大的环境污染隐患。
铁氧体处理酸洗污泥法：
中国专利（CN 101863516 A）公开了从不锈钢酸洗废水污泥回收含铬镍铁氧体的方法，该技术是将不锈钢酸洗污泥，经打浆、浸酸、碱化等过程制备铁氧体。但该方法制备铁氧体工序复杂，制备的铁氧体性能低且波动性大，市场竞争力差，经济性较差，不易大规模工业化生产使用。
分步回收重金属离子法：
中国专利（CN 101618892 A）公开了不锈钢酸洗废水污泥中重金属的回收和综合利用方法，该技术采用沉淀法从浸出液中回收铬，萃取法回收镍。但该方法需加入大量NaOH、H2O2、Na2CO3等药剂，且易造成铬镍分离不完全，形成二次污染。
中国专利（CN 101982433 A）公开了一种不锈钢酸洗废水中和无害化和资源化处置的方法，该技术采用沉淀法回收浸出液中的锰，离子交换法分别回收铬、镍。但该方法药剂成本费用高，尾液排放量大，且技术要求高，易造成出水不达标。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)绿色提取不锈钢酸洗污泥中的Cr6+、Cr3+、Ni2+的同时，并将F-和SO4 2-进行无害化固化处理；(2)采用沉淀法回收铬镍，工序简单易于控制，成本低廉；(3)处理后的尾液循环再利用。
发明内容
本发明针对不锈钢酸洗污泥中重金属离子（Cr6+、Cr3+、Ni2+），用H2SO4将其中的重金属离子浸出，过滤后得到无毒的不锈钢酸洗污泥和浸出液。向浸出液中加入NaHSO3，将Cr6+还原成Cr3+；然后采用NaOH调节浸出液pH值为7.5~10.0将Cr3+、Ni2+沉淀、过滤、干燥形成Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料；再将石灰加入滤液将F-和SO4 2-以CaF2和CaSO4形式沉淀，经过滤得到NaOH溶液，直接返回用于不锈钢酸洗污泥浸出液沉淀重金属离子。
本发明的具体步骤如下：
（1）不锈钢酸洗污泥重金属离子解毒：用H2SO4将不锈钢酸洗污泥中的重金属离子浸出，转化为浸出液中的Cr6+、Cr3+、Ni2+离子，然后向滤液加入NaHSO3，将Cr6+还原成Cr3+；
（2）铬镍资源化再利用：加入NaOH调节不锈钢酸洗污泥浸出液pH值，将Cr3+、Ni2+沉淀得到氢氧化物，经过滤、干燥得到Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料；
（3）尾液循环再利用：将石灰加入滤液，将F-和SO4 2-沉淀得到CaF2和CaSO4，经过滤后得到NaOH溶液，直接返回步骤(2)进行循环再利用。
为确保将不锈钢酸洗污泥中的所有重金属离子回收再利用、加入的所有酸根离子无害化固化处理，本发明浸出过程中加入H2SO4的克当量数为Cr6+、Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.1~2.0倍，浸出温度室温~80℃，浸出时间1~5h。加入NaHSO3的克当量数为Cr6+的克当量数的1.1~1.5倍，加入NaOH的克当量数为Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.1~1.5倍，加入石灰的克当量数为F-和SO4 2-克当量数总和的1.1~1.5倍。
本发明有益效果在于：实现了不锈钢酸洗污泥危险固废解毒、重金属离子资源化再利用、以及尾液循环再利用，具有显著的经济、环境和社会效益。本发明可广泛应用于冶金、电镀、化工等领域。
 
附图说明
图1为本发明方法的整体步骤流程图。
图2为不锈钢酸洗污泥解毒图。
图3为重金属离子资源化再利用和尾液循环再利用图。
具体实施方式
实施例1
将不锈钢酸洗污泥干燥后经ICP检测其中重金属含量见表1。
表1  不锈钢酸洗污泥总Cr、总Ni含量
金属 总Cr 总Ni
含量（%） 3.18 1.27
（1）不锈钢酸洗污泥重金属离子解毒：加入克当量数为Cr6+、Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.1倍的浓硫酸（H2SO4）与不锈钢酸洗污泥充分混合搅拌，反应温度为80℃，反应时间为1h。过滤后，将克当量数为Cr6+的克当量数1.3倍的NaHSO3加入滤液充分搅拌还原解毒，浸出液中金属离子浓度及浸出率见表2。
表2  还原解毒后的浸出液离子浓度及浸出率
金属 Cr3+ Ni2+
浓度（g/L） 8.51 3.43
浸出率(%) 95.18 96.03
将处理后的不锈钢酸洗污泥按照《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）制取浸毒液，检测总Cr、总Ni浓度与国标对比见表3，说明经解毒的不锈钢酸洗污泥已经达到国标规定的排放标准。
表3  解毒后的不锈钢酸洗污泥的重金属总量与国标对照表
金属 总Cr 总Ni
浓度（mg/L） 4.1 2.2
国标（mg/L） 15 5
（2）铬镍资源化再利用：用NaOH调整经还原解毒的浸出液pH值，NaOH的克当量数为Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.1倍，pH值为7.5。Cr3+、Ni2+与OH-沉淀、过滤、干燥得到Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料实现回收再利用，其回收率见表4。
表4  不锈钢酸洗污泥的Cr和Ni的回收率
金属 Cr Ni
回收率(%) 93.74 94.25
（3）尾液循环再利用：向滤液中加入克当量数为F-和SO4 2-克当量数总和1.5倍的石灰，将滤液中的F-和SO4 2-沉淀、过滤得到CaF2和CaSO4滤渣和尾液为NaOH溶液。该尾液直接返回用于调整不锈钢酸洗污泥浸出液pH值，沉淀Cr3+、Ni2+，实现尾液循环再利用。
实施例2
（1）不锈钢酸洗污泥重金属离子解毒：加入克当量数为Cr6+、Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.2倍的浓硫酸（H2SO4）与不锈钢酸洗污泥充分混合搅拌，反应温度为60℃，反应时间为2h。过滤后，将克当量数为Cr6+的克当量数1.2倍的NaHSO3加入滤液充分搅拌还原解毒，浸出液中金属离子浓度及浸出率见表5。
表5  还原解毒后的浸出液离子浓度及浸出率
金属 Cr3+ Ni2+
浓度（g/L） 9.20 3.72
浸出率(%) 93.75 94.68
将处理后的不锈钢酸洗污泥按照《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）制取浸毒液，检测总Cr、总Ni浓度与国标对比见表6，说明经解毒的不锈钢酸洗污泥已经达到国标规定的排放标准。
表6  解毒后的不锈钢酸洗污泥的重金属总量与国标对照表
金属 总Cr 总Ni
浓度（mg/L） 4.6 2.8
国标（mg/L） 15 5
（2）铬镍资源化再利用：用NaOH调整经还原解毒的浸出液pH值，NaOH的克当量数为Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.2倍，pH值为8。Cr3+、Ni2+与OH-沉淀、过滤、干燥得到Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料实现回收再利用，其回收率见表7。
表7  不锈钢酸洗污泥的Cr和Ni的回收率
金属 Cr Ni
回收率(%) 91.26 91.94
（3）尾液循环再利用：向滤液中加入克当量数为F-和SO4 2-克当量数总和1.4倍的石灰，将滤液中的F-和SO4 2-沉淀、过滤得到CaF2和CaSO4滤渣和尾液为NaOH溶液。该尾液直接返回用于调整不锈钢酸洗污泥浸出液pH值，沉淀Cr3+、Ni2+，实现尾液循环再利用。
实施例3
（1）不锈钢酸洗污泥重金属离子解毒：加入克当量数为Cr6+、Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.3倍的浓硫酸（H2SO4）与不锈钢酸洗污泥充分混合搅拌，反应温度为50℃，反应时间为3h。过滤后，将克当量数为Cr6+的克当量数1.4倍的NaHSO3加入滤液充分搅拌还原解毒，浸出液中金属离子浓度及浸出率见表8。
表8  还原解毒后的浸出液离子浓度及浸出率
金属 Cr3+ Ni2+
浓度（g/L） 8.87 3.51
浸出率(%) 94.26 95.37
将处理后的不锈钢酸洗污泥按照《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）制取浸毒液，检测总Cr、总Ni浓度与国标对比见表9，说明经解毒的不锈钢酸洗污泥已经达到国标规定的排放标准。
表9  解毒后的不锈钢酸洗污泥的重金属总量与国标对照表
金属 总Cr 总Ni
浓度（mg/L） 4.5 2.6
国标（mg/L） 15 5
（2）铬镍资源化再利用：用NaOH调整经还原解毒的浸出液pH值，NaOH的克当量数为Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.3倍，pH值为9。Cr3+、Ni2+与OH-沉淀、过滤、干燥得到Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料实现回收再利用，其回收率见表10。
表10  不锈钢酸洗污泥的Cr和Ni的回收率
金属 Cr Ni
回收率(%) 91.67 92.18
（3）尾液循环再利用：向滤液中加入克当量数为F-和SO4 2-克当量数总和1.3倍的石灰，将滤液中的F-和SO4 2-沉淀、过滤得到CaF2和CaSO4滤渣和尾液为NaOH溶液。该尾液直接返回用于调整不锈钢酸洗污泥浸出液pH值，沉淀Cr3+、Ni2+，实现尾液循环再利用。
实施例4
（1）不锈钢酸洗污泥重金属离子解毒：加入克当量数为Cr6+、Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.4倍的浓硫酸（H2SO4）与不锈钢酸洗污泥充分混合搅拌，反应温度为40℃，反应时间为4h。过滤后，将克当量数为Cr6+的克当量数1.1倍的NaHSO3加入滤液充分搅拌还原解毒，浸出液中金属离子浓度及浸出率见表11。
表11  还原解毒后的浸出液离子浓度及浸出率
金属 Cr3+ Ni2+
浓度（g/L） 8.84 3.58
浸出率(%) 92.31 93.58
将处理后的不锈钢酸洗污泥按照《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）制取浸毒液，检测总Cr、总Ni浓度与国标对比见表12，说明经解毒的不锈钢酸洗污泥已经达到国标规定的排放标准。
表12  解毒后的不锈钢酸洗污泥的重金属总量与国标对照表
金属 总Cr 总Ni
浓度（mg/L） 4.8 3.1
国标（mg/L） 15 5
（2）铬镍资源化再利用：用NaOH调整调整经还原解毒的浸出液pH值，NaOH的克当量数为Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.4倍，pH值为10。Cr3+、Ni2+与OH-沉淀、过滤、干燥得到Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料实现回收再利用，其回收率见表13。
表13  不锈钢酸洗污泥的Cr和Ni的回收率
金属 Cr Ni
回收率(%) 90.49 91.23
（3）尾液循环再利用：向滤液中加入克当量数为F-和SO4 2-克当量数总和1.2倍的石灰，将滤液中的F-和SO4 2-沉淀、过滤得到CaF2和CaSO4滤渣和尾液为NaOH溶液。该尾液直接返回用于调整不锈钢酸洗污泥浸出液pH值，沉淀Cr3+、Ni2+，实现尾液循环再利用。
实施例5
（1）不锈钢酸洗污泥重金属离子解毒：加入克当量数为Cr6+、Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.5倍的浓硫酸（H2SO4）与不锈钢酸洗污泥充分混合搅拌，反应温度为室温，反应时间为5h。过滤后，将克当量数为Cr6+的克当量数1.5倍的NaHSO3加入滤液充分搅拌还原解毒，浸出液中金属离子浓度及浸出率见表14。
表14  还原解毒后的浸出液离子浓度及浸出率
金属 Cr3+ Ni2+
浓度（g/L） 8.72 3.53
浸出率(%) 95.47 96.79
将处理后的不锈钢酸洗污泥按照《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）制取浸毒液，检测总Cr、总Ni浓度与国标对比见表15，说明经解毒的不锈钢酸洗污泥已经达到国标规定的排放标准。
表15  解毒后的不锈钢酸洗污泥的重金属总量与国标对照表
金属 总Cr 总Ni
浓度（mg/L） 3.6 1.7
国标（mg/L） 15 5
（2）铬镍资源化再利用：用NaOH调整经还原解毒的浸出液pH值，NaOH的克当量数为Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.5倍，pH值为9.5。Cr3+、Ni2+与OH-沉淀、过滤、干燥得到Cr(OH)3和Ni(OH)2冶金原料实现回收再利用，其回收率见表16。
表16  不锈钢酸洗污泥的Cr和Ni的回收率
金属 Cr Ni
回收率(%) 93.91 94.76
（3）尾液循环再利用：向滤液中加入克当量数为F-和SO4 2-克当量数总和1.1倍的石灰，将滤液中的F-和SO4 2-沉淀、过滤得到CaF2和CaSO4滤渣和尾液为NaOH溶液。该尾液直接返回用于调整不锈钢酸洗污泥浸出液pH值，沉淀Cr3+、Ni2+，实现尾液循环再利用。

Claims (5)

1.一种不锈钢酸洗污泥绿色提取铬和镍的方法，具体步骤如下：
（1）不锈钢酸洗污泥重金属离子解毒：用H2SO4将不锈钢酸洗污泥中的重金属离子浸出，转化为浸出液中的Cr6+、Cr3+、Ni2+离子，然后向浸出液中加入NaHSO3，将Cr6+还原成Cr3+；
（2）铬镍资源化再利用：加入NaOH调节不锈钢酸洗污泥浸出液pH值，将Cr3+、Ni2+沉淀得到氢氧化物，经过滤、干燥得到冶金原料；
（3）尾液循环再利用：将石灰加入滤液，将F-和SO4 2-沉淀得到CaF2和CaSO4，经过滤后得到NaOH溶液，直接返回步骤(2)进行循环再利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）H2SO4的克当量数为Cr6+、Cr3+、Ni2+的克当量数总和的1.1~2.0倍，浸出温度室温~80℃，浸出时间1~5h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）NaHSO3的克当量数为Cr6+的克当量数的1.1~1.5倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）浸出液pH值调节为7.5~10.0，NaOH的克当量数为Cr3+、Ni2 +的克当量数总和的1.1~1.5倍。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）石灰的克当量数为F-和SO4 2-克当量数总和的1.1~1.5倍。
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