CN107268032B - 一种回收废液中铜和锌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回收废液中铜和锌的方法，该方法为：以不锈钢片为旋流电解装置的阴极，IrO2‑Ta2O5/Ti棒为旋流电解装置的阳极，使用旋流电解装置对废液进行电解，在阴极得到铜和锌。本发明采用IrO2‑Ta2O5/Ti为旋流电解装置的阳极，利用电化学阳极氧化，增大阳极比表面积，进而大幅增加电沉积效果，提升旋流电解处理能力，提高电流效率，从而实现对极低浓度重金属废水的深度分离和资源回收。铜的回收率可达90％以上，锌的回收率可达80％以上，电流效率可达90％以上。本发明能够实现生产过程、废水处理和介质循环的无缝连接，缩短了工艺流程，降低了处理成本，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

Description

一种回收废液中铜和锌的方法
技术领域
本发明涉及资源回收领域，具体涉及一种回收废液中铜和锌的方法。
背景技术
铜是一种应用广泛的有色金属，可应用于电器电子、交通、合金、医药等领域，在我们的生活生产中有至关重要的作用。锌具有良好的延展性、耐磨性，还是人体中不可缺少的微量元素，主要应用于电镀、合金、电池、医药等行业，在生活生产中同样扮演着重要的角色。近年来，我国工业发展迅速，冶金、印刷等工业产生大量含铜、锌废水，如不及时处理会造成严重的环境污染和资源浪费。
目前废水的处理方法主要有电解法、蒸发浓缩法、化学氧化法和膜处理法等。蒸发浓缩法能耗较大、成本较高，推广有局限性。膜处理法具有能耗低、效果好等优点，但其步骤复杂，难以在工业中大规模应用。而传统电解法因其在停滞或缓慢流动的电解液中工作，受到的限制较多且投资较大。例如CN 204625431 U提出了一种电镀废水的铜回收处理系统，其技术方案要点是：包括离子交换净化装置、物化处理装置以及铜回收装置；通过净化装置和物化处理装置将污水进行净化处理，通过铜回收装置将污水内的铜进行回收，该工艺处理环节较多且不容易控制。
现有的处理含铜、锌离子废水的技术普遍存在工艺复杂、有二次污染、不易控制等不足之处。而旋流电解技术基于各金属离子理论析出电位的差异，即欲被提取的金属要与溶液体系中其他金属离子有较大的电位差，则电位较正的金属易于在阴极优先析出，其关键是通过高速溶液流动来消除浓差极化等对电解的不利因素，避免了传统电解过程受多种因素(离子浓度、析出电位、浓差极化、超电位、pH值等)影响的限制，可以通过简单的技术条件生产出高质量的金属产品。旋流电解技术不仅可以打破传统电解法的种种限制，还可以大大减少投资成本，有很好的应用前景。
CN 104724864 A公开了一种含镍电镀废水的旋流处理工艺，该工艺采用与传统工艺完全不同的旋流工艺电积镍，电流效率可达到90％以上。CN 102453931 A公开了一种旋流电解技术处理净化铜电解液工艺，同样采用旋流电解技术对铜电解废液的进行电解，获得了较高的电流效率，降低了生产成本。
旋流电解技术虽然能够有效的增加电流密度，缩短工艺流程，获得较好的经济收益，然而现有的旋流电解技术在处理一些成分复杂、浓度极低的重金属废水(如灵宝黄金股份有限公司产生的废水)时，电流效率与回收率较低，难以实现对金属的有效回收。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种回收废液中铜和锌的方法，实现了对极低浓度重金属废水的深度分离和资源回收，铜的回收率可达90％以上，锌的回收率可达80％以上，电流效率可达90％以上。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种回收废液中铜和锌的方法，其特征在于，所述方法为：以不锈钢片为阴极，IrO2-Ta2O5/Ti棒为阳极，使用旋流电解装置对废液进行电解，在阴极得到铜和锌。
本发明使用旋流电解技术对废液进行回收，采用IrO2-Ta2O5/Ti为旋流电解装置的阳极，利用电化学阳极氧化，增大阳极比表面积，大幅增加电沉积效果，提升旋流电解处理能力，提高电流效率，进而实现对极低浓度重金属废水的深度分离和资源回收。
不锈钢片具有耐腐蚀、耐高温，性能稳定且价格相对低廉，容易获得等优点，因此选择其作为旋流电解装置的阴极。
根据本发明，所述不锈钢片在使用前依次用1000、1500以及2000目的砂纸进行打磨，打磨后再进行抛光处理。
经过打磨，抛光后的不锈钢片能够有利于金属的电沉积。
根据本发明，将所述不锈钢片以圆柱状置于旋流电解装置的电解槽中作为阴极。
以圆柱状置于旋流电解装置的电解槽中，增加了不锈钢片与废液的接触面积，提高了旋流电解处理能力。
根据本发明，所述回收废液中铜和锌的方法包括以下步骤：
(1)将不锈钢片作为旋流电解装置的阴极，IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极，废液通过循环泵进入旋流电解装置，在循环泵和旋流电解装置之间设置流量计，所述循环泵一端与循环桶连接，另一端与旋流电解装置进液口相连，所述旋流电解装置出液口与循环桶相连；
(2)开启旋流电解装置，通过旋流电解装置对废液进行循环电解，在阴极得到铜和锌。
本发明通过步骤(1)中对装置的布局和设置，使得废液可以在旋流电解装置中被循环电解，且可控制废液进入旋流电解装置的流量，大大的提高了铜和锌的回收率。
在循环电解过程中，废液在循环泵的驱动下进入电解槽底部后沿内壁螺旋流至电解槽顶部，废液中的铜、锌离子在旋流电解槽阴极内壁析出，电解后的废液回流至循环桶，经过循环泵再次进入旋流电解装置电解。
上述循环电解是指：废液经过旋流电解装置电解后，从旋流电解装置出液口进入循环桶，在循环泵的驱动下再次进入旋流电解装置电解，如此循环多次。
根据本发明，在对废液进行处理前检查装置气密性。
根据本发明，控制废液进入旋流电解装置的流量为300-800L/h，例如可以是300L/h、350L/h、400L/h、450L/h、500L/h、550L/h、600L/h、650L/h、700L/h、750L/h或800L/h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
将废液进入旋流电解装置的流量维持在300-800L/h，有利于电解过程中传质强化。
根据本发明，开启旋流电解装置前使废液在旋流电解装置中流动3-5min，目的是使废液在电解前在旋流电解装置中保持稳定的流动。
根据本发明，所述旋流电解装置的电流密度为30-80mA/cm2，例如可以是30mA/cm2、35mA/cm2、40mA/cm2、45mA/cm2、50mA/cm2、55mA/cm2、60mA/cm2、65mA/cm2、70mA/cm2、75mA/cm2或80mA/cm2，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述旋流电解装置的电流密度优选为50-80mA/cm2。
根据本发明，所述使用旋流电解装置对废液进行电解的时间为30-150min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min或150min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述使用旋流电解装置对废液进行电解的时间优选为60-120min。
作为优选的技术方案，本发明所述回收废液中铜和锌的方法包括以下步骤：
(1)依次使用1000、1500以及2000目的砂纸对不锈钢片进行打磨，抛光处理后将不锈钢片卷为圆柱状；
(2)将步骤(1)所述圆柱状不锈钢片作为旋流电解装置的阴极，IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极，废液通过循环泵进入旋流电解装置，在循环泵和旋流电解装置之间设置流量计，所述循环泵一端与循环桶连接，另一端与旋流电解装置进液口相连，所述旋流电解装置出液口与循环桶相连；
(3)在对废液进行处理前检查装置气密性，确认气密性良好后，控制进入旋流电解装置的流量为300-800L/h，使废液在旋流电解装置中流动3-5min；
(4)开启旋流电解装置，控制电流密度为30-80mA/cm2，使用旋流电解装置对废液循环电解30-150min，在阴极得到铜和锌。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明采用IrO2-Ta2O5/Ti为旋流电解装置的阳极，利用旋流电解的传质强化作用，大幅增加电沉积效果，提升旋流电解处理能力，提高电流效率，从而实现对极低浓度重金属废水的深度分离和资源回收。
(2)本发明具有较高的电流密度和电流效率，能够实现对废水中铜和锌的有效回收，铜的回收率可达90％以上，锌的回收率可达80％以上，电流效率可达90％以上，提高了回收率的同时节省了能耗，有利于降低成本。
(3)本发明通过对装置的布局和设置，实现了旋流电解装置对废液的循环电解，大大的提高了铜和锌的回收率；且工艺流程简单，在密闭的管路中工作，可以有效地减少有害气体排放，明显改善工作环境；废液可以直接进入电解设备，降低技术风险，大大减少运营成本。
(4)本发明能够实现生产过程、废水处理和介质循环的无缝连接，缩短了工艺流程，降低了处理成本。
附图说明
图1为本发明一种具体实施方式提供的工艺流程图；
图2为本发明实施例1得到的阴极产物图；
图3为本发明实施例1得到的阴极产物的扫描电镜图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明在具体实施方式部分提供了一种回收废液中铜和锌的方法，所述方法为：以不锈钢片为旋流电解装置的阴极，以IrO2-Ta2O5/Ti棒为旋流电解装置的阳极，使用旋流电解装置对废液进行电解，在阴极得到铜和锌。
如图1所示，本发明一种具体实施方式的工艺流程为：
(1)将不锈钢片作为旋流电解装置的阴极，IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极，废液通过循环泵进入旋流电解装置，在循环泵和旋流电解装置之间设置流量计，所述循环泵一端与循环桶连接，另一端与旋流电解装置进液口相连，所述旋流电解装置出液口与循环桶相连。
(2)开启旋流电解装置，通过旋流电解装置对废液进行循环电解，在循环电解过程中，废液在循环泵的驱动下进入电解槽底部后沿内壁螺旋流至电解槽顶部，废液中的铜、锌离子在旋流电解槽阴极内壁析出，电解后的废液回流至循环桶，经过循环泵再次进入旋流电解装置电解。
本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
依次使用1000、1500以及2000目的砂纸对不锈钢片进行打磨，抛光处理后将不锈钢片卷为圆柱状作为旋流电解装置的阴极，将IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极；将5L灵宝黄金废水萃余液(铜含量为300mg/L，Zn含量为400mg/L)加入循环桶中，打开循环泵，调节流量计控制进入旋流电解装置的流量为300L/h，使废液在旋流电解装置中流动5min；待废液在旋流电解装置中流动稳定后打开直流电源，控制电流密度为40mA/cm2，循环电解90min；电解完成后先关直流电源再关循环泵，将废液从装置中放出，打开电解槽取出不锈钢片，收集阴极得到的铜和锌。
如图2所示，本实施例在阴极回收得到了铜和锌。如图3所示，电沉积得到的产品非常致密。
对产品进行XRD、EDS分析，计算产品中各元素含量，通过ICP测得处理后废液中金属含量，经过分析计算，铜的回收率为60％，锌的回收率为50％，电流效率为60％。
实施例2
将不锈钢片卷为圆柱状作为旋流电解装置的阴极，旋流电解装置的阳极采用IrO2-Ta2O5/Ti棒；将5L灵宝黄金废水含氰贫液(铜含量为300mg/L，Zn含量为400mg/L)加入循环桶中，打开循环泵，调节流量计控制进入旋流电解装置的流量为500L/h，使废液在旋流电解装置中流动5min；待废液在旋流电解装置中流动稳定后打开直流电源，控制电流密度在50mA/cm2，循环电解90min；电解完成后先关直流电源再关循环泵，将废液从装置中放出，打开电解槽取出不锈钢片，收集阴极得到的铜和锌。
对产品进行XRD、EDS分析，计算产品中各元素含量，通过ICP测得处理后废液中金属含量，经过分析计算，铜的回收率为70％，锌的回收率为65％，电流效率为65％。
实施例3
依次使用1000、1500以及2000目的砂纸对不锈钢片进行打磨，抛光处理后将不锈钢片卷为圆柱状作为旋流电解装置的阴极，将IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极；将2L灵宝黄金萃余液(铜含量为300mg/L，Zn含量为400mg/L)加入循环桶中，打开循环泵，调节流量计控制进入旋流电解装置的流量为600L/h，使废液在旋流电解装置中流动5min；待废液在旋流电解装置中流动稳定后打开直流电源，控制电流密度在60mA/cm2，循环电解120min；电解完成后先关直流电源再关循环泵，将废液从装置中放出，打开电解槽取出不锈钢片，收集阴极得到的铜和锌。
对产品进行XRD、EDS分析，计算产品中各元素含量，通过ICP测得处理后废液中金属含量，经过分析计算，铜的回收率可达81％，锌的回收率为74％，电流效率为77％。
实施例4
依次使用1000、1500以及2000目的砂纸对不锈钢片进行打磨，抛光处理后将不锈钢片卷为圆柱状作为旋流电解装置的阴极，将IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极；将2L分铜后液(铜含量为65g/L，Zn含量为500mg/L)加入循环桶中，打开循环泵，调节流量计控制进入旋流电解装置的流量为600L/h，使废液在旋流电解装置中流动3min；待废液在旋流电解装置中流动稳定后打开直流电源，控制电流密度在60mA/cm2，循环电解120min；电解完成后先关直流电源再关循环泵，将废液从装置中放出，打开电解槽取出不锈钢片，收集阴极得到的铜和锌。
对产品进行XRD、EDS分析，计算产品中各元素含量，通过ICP测得处理后废液中金属含量，经过分析计算，铜的回收率可达90％，锌的回收率为80％，电流效率为93％。
实施例5
依次使用1000、1500以及2000目的砂纸对不锈钢片进行打磨，抛光处理后将不锈钢片卷为圆柱状作为旋流电解装置的阴极，将IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极；将5L灵宝黄金废水萃余液(铜含量为300mg/L，Zn含量为400mg/L)加入循环桶中，打开循环泵，调节流量计控制进入旋流电解装置的流量为800L/h，使废液在旋流电解装置中流动4min；待废液在旋流电解装置中流动稳定后打开直流电源，控制电流密度为80mA/cm2，循环电解150min；电解完成后先关直流电源再关循环泵，将废液从装置中放出，打开电解槽取出不锈钢片，收集阴极得到的铜和锌。
对产品进行XRD、EDS分析，计算产品中各元素含量，通过ICP测得处理后废液中金属含量，经过分析计算，铜的回收率为83％，锌的回收率为62％，电流效率为75％。
对比例1
与实施例4相比，除了将旋流电解装置的阳极“IrO2-Ta2O5/Ti棒”替换为“市售的钛涂层阳极”外，其他条件与实施例4相同。
对产品进行XRD、EDS分析，计算产品中各元素含量，通过ICP测得处理后废液中金属含量，经过分析计算，铜的回收率为80％，锌的回收率为71％，电流效率为82％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种回收废液中铜和锌的方法，其特征在于，所述方法为：以不锈钢片为旋流电解装置的阴极，IrO2-Ta2O5/Ti棒为旋流电解装置的阳极，使用旋流电解装置对废液进行电解，电流密度为50-80mA/cm2，在阴极得到铜和锌；所述不锈钢片在使用前经过打磨，抛光处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依次用1000、1500以及2000目的砂纸对所述不锈钢片进行打磨。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述不锈钢片以圆柱状置于旋流电解装置的电解槽中作为阴极。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将不锈钢片作为旋流电解装置的阴极，IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极，废液通过循环泵进入旋流电解装置，在循环泵和旋流电解装置之间设置流量计，所述循环泵一端与循环桶连接，另一端与旋流电解装置进液口相连，所述旋流电解装置出液口与循环桶相连；
(2)开启旋流电解装置，通过旋流电解装置对废液进行循环电解，在阴极得到铜和锌。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对废液进行处理前检查装置气密性。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制废液进入旋流电解装置的流量为300-800L/h。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，开启旋流电解装置前使废液在旋流电解装置中流动3-5min。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用旋流电解装置对废液进行电解的时间为30-150min。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用旋流电解装置对废液进行电解的时间为60-120min。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)依次使用1000、1500以及2000目的砂纸对不锈钢片进行打磨，抛光处理后将不锈钢片卷为圆柱状；
(2)将步骤(1)所述圆柱状不锈钢片作为旋流电解装置的阴极，IrO2-Ta2O5/Ti棒作为旋流电解装置的阳极，废液通过循环泵进入旋流电解装置，在循环泵和旋流电解装置之间设置流量计，所述循环泵一端与循环桶连接，另一端与旋流电解装置进液口相连，所述旋流电解装置出液口与循环桶相连；
(3)在对废液进行处理前检查装置气密性，确认气密性良好后，控制进入旋流电解装置的流量为300-800L/h，使废液在旋流电解装置中流动3-5min；
(4)开启旋流电解装置，控制电流密度为30-80mA/cm2，使用旋流电解装置对废液循环电解30-150min，在阴极得到铜和锌。
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