CN104512946A - 金属废水的在线电沉积方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属废水的在线电沉积方法和装置。在线电沉积装置布置于生产线附近且主要包括缓冲槽、电沉积室以及循环泵。缓冲槽具有缓冲槽进口和缓冲槽出口，缓冲槽进口的高度低于生产线上的金属废水来源的出口高度。电沉积室具有电沉积室进口和电沉积室出口。循环泵具有循环泵进口和循环泵出口，循环泵进口连接缓冲槽出口，循环泵出口分为内循环分路和外循环分路，内循环分路连接电沉积室进口，经过电沉积室后，从电沉积室出口回到缓冲槽，外循环分路经一回流管道连接金属废水来源，经金属废水来源连接缓冲槽进口。内循环分路上设有内循环调节阀，外循环分路设有外循环调节阀，以分别调节内循环分路和外循环分路的流量。

Description

金属废水的在线电沉积方法和装置

技术领域

本发明涉及金属废水处理方法，尤其是涉及一种金属废水的在线电沉积方法和装置。

背景技术

电镀工业广泛使用各种金属，如铜、银、金、锡、镍等。在生产过程中，大部分金属会转化为金属镀层，成为产品的一部分。但是也有相当一部分金属进入废水之中，成为重金属的污染源。为了防止重金属污染，一般采用化学沉淀法处理废水，将废水中的金属离子转化为不溶性的污泥。这种方法导致宝贵的金属资源成为废弃物，而且存在环境风险，并不是处理金属废水的最合适方法。

电镀是一种通过电化学的方法将镀液中的金属离子还原为金属并覆盖于镀件表面的技术。已经提出使用这种方法将废水中的金属离子还原并沉积于阴极（简称电沉积）之上，从而既回收了金属资源又防止污染。

目前电沉积回收废水中的金属一般采用离线回收方法，即含有金属离子的溶液定期收集到生产线以外的某个容器，然后使用电沉积装置按批次进行回收处理。与离线回收方法相比，直接从生产线回收金属的在线回收方法可以连续回收废水中的金属，流程更短，占地更少，操作更简便，投资也更省。

图1是以酸性镀铜废水为例的在线电沉积回收示意图。参照图1所示，镀件在酸性镀铜槽11中电镀后浸入回收槽12，镀件将酸性镀铜溶液带入回收槽12，回收槽12中铜离子浓度不断积累升高。电沉积装置13与回收槽12通过管路14和循环泵15连接。循环泵15将回收槽12的溶液抽出，送入电沉积装置13，经过电解后返回回收槽12，不断循环。循环中电沉积装置13以电化学还原的方式将溶液中的铜离子还原为金属铜并沉积于阴极之上，铜得到回收，回收槽12中的铜离子浓度得到控制。当铜的电沉积速度与镀液带入回收槽12的速度相同时，回收槽12中铜离子浓度达到平衡。

由于电沉积装置13一般为敞口常压状态下工作，要在循环过程中达到水量的平衡，电沉积装置13出水口的位置必须高于回收槽12，使经过电沉积装置的废水可以全部溢流返回回收槽，达到流量平衡。

图2是在线电沉积回收设备与回收槽的相对位置示意图。参照图2所示，当电沉积装置13溢流出水口13a高于回收槽12的条件可以满足的情况下，按图2的方式进行在线回收最为简单。但是随着生产装备的自动化、规模化，生产线趋于大型化，回收槽12一般都高于电沉积装置13的溢流出水口，图2方式已经不适应绝大多数生产线。

通过抬高电沉积装置13似乎也可以实现图2的方式，但是会带来二大问题。一方面，抬高电沉积装置13后设备操作维护变得困难，特别是沉积了金属的阴极取出不方便，如果为回收装置做操作平台将会占用过多生产场地。另一方面，电沉积装置13的溢流管的口径一般比较大，高于回收槽的溢流管可能跨越生产线的通道，妨碍生产操作人员的行走。

如果把电沉积装置13设计成密闭耐压的结构似乎也可以解决在线应用中的水量平衡问题。但是电解过程中在阳极和阴极上都有气体析出，气体积累有安全问题，另外密闭的电沉积装置13给日常操作带来麻烦，特别是阴极的取出和更换变得困难。因此，要实现电沉积回收技术的在线应用必须解决生产线与电沉积回收装置位差引起的流量平衡问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金属废水的在线电沉积方法和装置，以解决前述流量平衡问题。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种金属废水的在线电沉积装置，布置于生产线附近，该在线电沉积装置包括缓冲槽、电沉积室以及循环泵。该缓冲槽具有缓冲槽进口和缓冲槽出口，该缓冲槽进口的高度低于生产线上的金属废水来源的出口高度。该电沉积室具有电沉积室进口和电沉积室出口，该电沉积室中布置有阴极和阳极。该循环泵具有循环泵进口和循环泵出口，该循环泵进口连接该缓冲槽出口，该循环泵出口分为内循环分路和外循环分路，该内循环分路连接该电沉积室进口，经过该电沉积室后，从该电沉积室出口回到该缓冲槽，该外循环分路经一回流管道连接该金属废水来源，经该金属废水来源连接该缓冲槽进口。该内循环分路上设有内循环调节阀，该外循环分路设有外循环调节阀，以分别调节内循环分路和外循环分路的流量。

在本发明的一实施例中，该内循环分路上还设有内循环流量计，该外循环分路上还设有外循环流量计。

在本发明的一实施例中，该金属废水来源为回收槽，该金属废水来源的出口为回收槽的溢流口。

在本发明的一实施例中，该电沉积室中布置有多对阴极和阳极，阴极和阳极之间具有适当的极距。

在本发明的一实施例中，该阴极和阳极连接到电流可调节的直流电源。

本发明还提出一种金属废水的在线电沉积方法，适用于上述的在线电沉积装置，该方法包括：启动循环泵，通过内循环调节阀和外循环调节阀分别调节该内循环分路和该外循环分路的流量；将该内循环分路的废水输入该电沉积室，使废水中的金属离子在阴极被还原成金属，废水经过电沉积室后返回到缓冲槽，并且往复循环；以及将该外循环分路的废水输入该金属废水来源，流量相等的废水从该金属废水来源输出，通过位差从该缓冲槽进口返回该缓冲槽。

在本发明的一实施例中，该金属废水来源为回收槽，该金属废水来源的出口为回收槽的溢流口。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括分析该金属废水来源中的金属离子浓度以及调节该阴极和阳极的电流，使该金属废水来源中金属离子浓度稳定在预定的范围。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，通过内、外双循环的方法解决了电沉积回收方法中，生产线与电沉积装置位差引起的流量平衡问题，使得在线电沉积容易实现。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是酸性镀铜废水的在线电沉积回收示意图。

图2是在线电沉积装置与回收槽的相对位置示意图。

图3是本发明一实施例的电沉积装置的回收示意图。

具体实施方式

图3是本发明一实施例的电沉积装置的回收示意图。参照图3所示，本实施例的电沉积装置300安装在生产线的回收槽301附近，距离一般不超过50m。电沉积装置300可包括电沉积室310、缓冲槽320、以及以循环泵330为主体的循环管路。

电沉积室310内安装有多对阴、阳电极。阴极314和阳极313分别与直流电源315相连接，废水中的金属离子在阴极314获得电子被还原成金属。在较佳实施例中，为了减小低浓度条件下的浓差极化，提高电流效率和回收金属的质量，可以采用小极距（一般为10mm-50mm）的电极布置方式，以及下述的废水强制循环措施。

本实施例的一个特点是，使用一台循环泵330同时实现废水的内循环和外循环。缓冲槽出口322与循环泵进口331连接。循环泵出口332分为内循环分路和外循环分路。循环泵330将废水从缓冲槽320吸出，分为两路，一路进入电沉积室310后返回缓冲槽320，构成内循环分路。另外一路送入生产线上的位置高于电沉积装置300的回收槽301，与此路流量相等的废水通过回收槽301的溢流口302经缓冲槽进口321返回缓冲槽320，构成外循环分路。

举例来说，循环泵330从缓冲槽320吸出的流量为Q₀，内循环分路的流量为Q₁，外循环分路的流量为Q₂，则Q₀=Q₁+Q₂。Q₀的大小由循环泵的性能和系统的压力损失决定，Q₁和Q₂的大小可以根据工艺条件来分配。因此，通过内循环分路和外循环分路的布置，本实施例在电沉积装置低于生产线的条件下，仍然能实现装置运行所需的流量平衡。

本实施例的管路连接关系示例如下，但可以理解，这些连接关系并非用以限制本发明。举例来说，两个示例为相互连接的部件之间还可以根据需要连接有其它部件。

具体地说，内循环分路从循环泵出口332经过内循环调节阀333和内循环流量计334接到电沉积室进口311，电沉积室出口312连接到缓冲槽320。外循环分路从循环泵出口332经过外循环调节阀335、外循环流量计336和回流管道337接到回收槽301。回收槽溢流口302与缓冲槽进口321之间用溢流管道303连接。如图可见，溢流口302的高度高于缓冲槽进口321。在实际设计时，可使溢流口302的高度高于缓冲槽进口321数十厘米。

启动循环泵330，通过内循环调节阀333和外循环调节阀335分别调节内循环分路和外循环分路的流量。

内循环分路的废水进入电沉积室310，从下向上经过阴极314和阳极313，在直流电源315的作用下，废水中的金属离子在阴极314被还原成金属。废水浓度下降后返回到缓冲槽320。如此往复循环，缓冲槽320中废水的金属离子浓度趋于下降。

外循环分路的废水进入生产线的回收槽301，与此流量相等的废水从回收槽溢流口302溢出，籍位差通过溢流管303从缓冲槽进口321返回缓冲槽320。由于生产过程中电镀液不断带入回收槽301，所以回收槽301中金属离子浓度趋于上升。

由于内循环和外循环共用一个缓冲槽320，电沉积回收引起金属离子浓度下降和电镀液带入引起金属离子浓度上升的因素在缓冲槽320得以抵消。当电沉积回收金属离子的速度与金属离子从电镀槽带入回收槽的速度相等时，回收槽301中金属离子的浓度达到平衡。如果电沉积回收金属的速度大于镀液带入的速度，回收槽301中的金属离子浓度下降，反之则上升。通过回收槽301金属离子浓度的分析和直流电源电流调节，可以将回收槽301中金属离子浓度稳定在预定的范围。

由于电沉积装置300的作用，废水中的金属离子以金属的形式得到回收，实现资源化，同时回收槽中金属离子的浓度得到控制，大大减少了污染物的排放，并且有利于水资源的回收利用。

下面举一个本发明的实际应用的例子。

某电镀生产线的酸性镀铜工位后设有一个容积2000升的回收槽，当电镀槽中因溶液蒸发液位下降时，用少量回收槽中的废水补充到电镀槽中，此时回收槽中液位下降需要补充自来水。因为电镀槽溶液蒸发量较小，需要补充量也少，带入回收槽的铜离子总量远远高于补充到镀槽的量，所以回收槽中的铜离子浓度逐渐升高，排放废水中的铜离子浓度也相应上升，清洗效果也变差。为解决上述问题，当铜离子浓度上升至20g/L左右时更换部分或全部回收槽的废水，排放到废水处理站。由于排放液的浓度高达20g/L，会对正常的废水处理造成负荷冲击，影响铜的达标排放。

本发明应用于上述生产线的铜回收，工作流程与图3基本相同。经测试该生产线从酸性镀铜槽带入回收槽的镀液量约4L/h，铜离子浓度为50g/L，即铜离子的带入速度为200g/h。本应用例配备了电沉积回收能力250g/h的装置。电沉积装置配备的循环泵的工作流量Q₀约10m³/h，调节外循环分路的调节阀，使外循环流量Q₂保持在约1m³/h，内循环流量Q₁约9m³/h。电沉积装置配备钛基贵金属阳极和不锈钢阴极，阴极和阳极间距为30mm，调节阴极电流密度为0.5A/dm²。回收槽中铜离子的目标平衡浓度为5g/L。运行结果如下：

铜离子的电解回收速度：190-215g/h，

回收槽的平衡浓度：4.8-5.2g/L，

回收金属的形态：层状金属铜，纯度99.93%，

铜的回收率：90%，

电流效率：80%。

由此，本应用例在解决了生产线与电沉积装置位差引起的流量平衡问题的基础上，实现了金属的在线回收。

本发明的实施例不仅可以用于电镀废水中的金属回收，还可以用于其它金属废水的金属回收。借助本发明的实施例，可以在满足电沉积装置的进口高度低于金属废水源的出口条件下，实现流量平衡。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种金属废水的在线电沉积装置，布置于生产线附近，包括：

缓冲槽，该缓冲槽具有缓冲槽进口和缓冲槽出口，该缓冲槽进口的高度低于生产线上的金属废水来源的出口高度；

电沉积室，具有电沉积室进口和电沉积室出口，该电沉积室中布置有阴极和阳极；

循环泵，具有循环泵进口和循环泵出口，该循环泵进口连接该缓冲槽出口，该循环泵出口分为内循环分路和外循环分路，该内循环分路连接该电沉积室进口，经过该电沉积室后，从该电沉积室出口回到该缓冲槽，该外循环分路经一回流管道连接该金属废水来源，经该金属废水来源连接该缓冲槽进口；

该内循环分路上设有内循环调节阀，该外循环分路设有外循环调节阀，以分别调节内循环分路和外循环分路的流量。

2.如权利要求1所述的在线电沉积装置，其特征在于，该内循环分路上还设有内循环流量计，该外循环分路上还设有外循环流量计。

3.如权利要求1所述的在线电沉积装置，其特征在于，该金属废水来源为回收槽，该金属废水来源的出口为回收槽的溢流口。

4.如权利要求1所述的在线电沉积装置，其特征在于，该电沉积室中布置有多对阴极和阳极，阴极和阳极之间具有适当的极距。

5.如权利要求1所述的在线电沉积装置，其特征在于，该阴极和阳极连接到电流可调节的直流电源。

6.一种金属废水的在线电沉积方法，适用于权利要求1所述的在线电沉积装置，该方法包括：

启动循环泵，通过内循环调节阀和外循环调节阀分别调节该内循环分路和该外循环分路的流量；

将该内循环分路的废水输入该电沉积室，使废水中的金属离子在阴极被还原成金属，废水经过电沉积室后返回到缓冲槽，并且往复循环；以及

将该外循环分路的废水输入该金属废水来源，流量相等的废水从该金属废水来源输出，通过位差从该缓冲槽进口返回该缓冲槽。

7.如权利要求6所述的在线电沉积方法，其特征在于，该金属废水来源为回收槽，该金属废水来源的出口为回收槽的溢流口。

8.如权利要求6所述的在线电沉积方法，其特征在于，还包括分析该金属废水来源中的金属离子浓度以及调节该阴极和阳极的电流，使该金属废水来源中金属离子浓度稳定在预定的范围。