CN108746602A

CN108746602A - 一种利用含铜废水制备铜包铁粉的方法

Info

Publication number: CN108746602A
Application number: CN201810529396.7A
Authority: CN
Inventors: 马丽杰; 宋曰海
Original assignee: Yantai University
Current assignee: Yantai University
Priority date: 2018-05-26
Filing date: 2018-05-26
Publication date: 2018-11-06

Abstract

本发明涉及一种利用含铜废水回收制备铜包铁粉的方法，包括将含铜废水引入反应器并搅拌，将含铜废水pH调节至2~3之间，然后离心过滤得到含铜处理液，将还原铁粉加入到酸溶液中去除表面氧化物，离心过滤后加入到含铜处理液中，然后加入分散剂，并机械搅拌，离心分离获得铜包铁粉。本发明方法所得的铜包铁粉镀层致密，具有较好的流动性、成形性、松装密度等工艺性，可得到综合性能良好的粉末冶金制品，为含铜废水资源再回收的有效利用。

Description

一种利用含铜废水制备铜包铁粉的方法

技术领域

本发明涉及一种利用含铜废水制备铜包铁粉的方法，属于化工废水资源再回收利用领域。

背景技术

含铜废水作为工业金属废水中常见的一种废水，来自化工、染料、电镀和有色金属和农药等行业。这些含铜废水包括碱氨蚀刻废液、电镀废水和铜粉洗涤废水等。对含铜废水进行处理再排放，可以有效减少对环境和人体危害，也可以实现铜元素回收，从而达到资源循环利用的目的，具有良好的社会和经济效益。寻求和研发更加有效的清除和回收利用的方法，是含铜废水处理领域的研究热点。

在铁粉表面涂镀一层铜（铜包铁粉）来改变铁粉的表面性质，使其具有良好的抗腐蚀、低的孔隙率、高的强度及良好的导电性等性能，即可制得综合性能优良的工件产品。这种粉末可用于自润滑含油轴承以及化工、电子行业及其他很多领域。

利用含铜废水制备铜包铁粉，不仅可以节约铜粉，获得低成本的原材料，也作为一种含铜废水资源回收的一种途径，具有极佳的经济价值。

发明内容

本发明针对现有含铜废水有益资源的回收，提供一种利用含铜废水制备铜包铁粉的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种利用含铜废水制备铜包铁粉的方法，包括如下步骤：

1）将含铜废水引入反应器，通入压缩空气搅拌，曝气处理时间20分钟；

2）将pH调节剂加入步骤1）所得的废水中，pH值控制在2~3之间；然后将废水引入离心分离机中，离心分离滤去析出的络合剂固体，得到含铜处理液；

3）将铁粉置于酸溶液中浸泡并搅拌，除去铁粉表面的氧化物，然后用去离子水冲洗，离心分离出铁粉；

4）将步骤3）所得的铁粉加入到步骤2）的含铜处理液中，同时加入分散剂，然后机械搅拌使铁粉均匀在含铜处理液中悬浮，搅拌1~2小时，然后离心分离得到铜包铁粉，

其中，所述分散剂为聚氧乙烯仲辛酚醚-10(OP-10)、聚乙二醇6000(PEG6000)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)中的任意一种或两种的混合物，

所述铁粉、含铜处理液中的铜离子、分散剂的质量比1：（0.1~0.05）：（0.03～0.005）；

5）将步骤4）得到的铜包铁粉置于抗氧化剂中浸泡20分钟，温度60摄氏度，然后真空干燥，即得，其中，所述抗氧化剂为硬脂酸甘油酯、苯并三氮唑中的任意一种或两种与乙醇的混合物，铜粉与所述抗氧化剂的质量比为（1:0.01~0.001）。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤1）中所述含铜废水为碱性或者为酸性，铜离子的存在形式为铜离子、络合铜离子，废水中含有硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、乙酸根离子的任意一种或任意多种的混合，废水中铜的含量0.1~100g/L，压缩空气压力大于2个大气压。

进一步，步骤2）中所述pH调节剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或两种；并且所述络合剂固体，针对不同的含铜废水析出不同物质，也可能不析出固体物质。

进一步，步骤3）中所述铁粉为还原铁粉，粒径5~50um，采用的酸为5%的盐酸溶液，离心分离的转速设定为3000～5000r/min。

进一步，步骤4）中所述搅拌为机械搅拌，搅拌速度为400~600 r/min；离心分离的转速设定为3000～5000r/min。

进一步，步骤5）中所述真空干燥温度为50~60摄氏度，时间60分钟。

本发明提供的制备方法的有益效果是：

1）本发明提供的方法是对含铜废水中铜资源的有益回收，同时，本发明的方法成本低，易于实现规模生产。

2）本发明方法所得的铜包铁粉兼容铜粉导热能力，高耐腐蚀以及铁基承载能力强等优点，并获得较好的流动性、成形性、松装密度等工艺性，经过烧结后即可得到综合性能良好的粉末冶金制品。

本发明的机理在于在酸性条件下，铜粉为还原剂，在铜离子的还原过程中，铁与铜反生置换反应，铜离子在铁粉原位代替，现有技术条件下，易形成“孤岛”式镀层，未形成连续致密的铜镀层，本发明的方法在于添加分散剂后，不仅起到分散粉末的作用，重要的是同时改变了粉末表面的性质提高了粉末的运动能度，从而使得铜层更加致密并且表面更加平整，形成连续均匀的铜镀层，从而实现在低铜含量的条件下，形成铜层的完全包覆。

附图说明

图1为本发明实施例1所得铜包铁粉扫描电镜照片。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：含铜废水取自烟台众鑫金属表面有限公司，经检测含铜废水为酸性，铜离子的存在形式为铜离子、络合铜离子，废水中含有硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、乙酸根离子。

一种利用含铜废水制备铜包铁粉的方法，包括如下步骤：

1）取酸性含铜废水10L（含铜量为5g/L）加入反应器，通入压缩空气搅拌20分钟，压缩空气压力大于2个大气压；

2）在搅拌条件下，加入盐酸调节pH值为2.1；然后将废水引入离心分离机中，转速3000r/min，离心分离滤去析出的络合剂等固体，得到含铜处理液。

3）将铁粉1Kg置于5%的盐酸溶液中浸泡，并机械搅拌，转速500 r/min，时间30分钟，然后采用去离子水冲洗，离心分离出铁粉；

4）将步骤3）所得的铁粉加入到含铜处理液中，加入分散剂OP-10 5g，采用机械搅拌，转速500 r/min，搅拌时间1小时，然后离心分离得到含铜量为5%的铜包铁粉。

5）将得到的铜包铁粉放入含苯并三氮唑2g，乙醇200mL的抗氧化剂中浸泡2小时，然后置于60℃下真空干燥，时间1小时，得到铜包铁粉，产物电镜照片如图1所示。

实施例2：含铜废水取自烟台联泰电子材料有限公司，经检测含铜废水为碱性，铜离子的存在形式为铜离子、络合铜离子，废水中含有硫酸根离子、氨离子、氯离子、乙酸根离子。

一种含铜废水回收铜包铁粉的制备方法，包括如下步骤：

1）取碱性含铜废水10L（含铜量为10g/L）加入反应器，通入压缩空气搅拌20分钟，压缩空气压力大于2个大气压；

2）在搅拌条件下，加入硫酸调节pH值为2.5；然后将废水引入离心分离机中，转速3000r/min，离心分离滤去析出的络合剂等固体，得到含铜处理液。

3）将铁粉1Kg置于5%的盐酸溶液中浸泡，并机械搅拌，转速500r/min，时间20分钟，然后采用去离子水冲洗，离心分离出铁粉；

4）将步骤3）所得的铁粉加入到含铜处理液中，加入PEG6000 10g，采用机械搅拌，转速500 r/min，搅拌时间30分钟，然后离心分离得到铜含量为10%的铜包铁粉。

5）将得到的铜包铁粉放入含硬脂酸甘油酯1g，乙醇100mL的抗氧化剂中浸泡2小时，然后置于60℃下真空干燥，时间1小时，得到铜包铁粉。

实施例3：含铜废水取自烟台三环锁业有限公司，经检测含铜废水为酸性，铜离子的存在形式为铜离子、络合铜离子，废水中含有硫酸根离子、柠檬酸根离子、氯离子。

一种含铜废水回收铜包铁粉的制备方法，包括如下步骤：

1）取酸性含铜废水30L（含铜量为10g/L）加入反应器，通入压缩空气搅拌20分钟，压缩空气压力大于2个大气压；

2）在搅拌条件下，加入盐酸和硫酸混合物调节pH值为2.0；然后将废水引入离心分离机中，转速3000r/min，离心分离滤去析出的络合剂等固体，得到含铜处理液。

3）将铁粉1Kg置于5%的盐酸溶液中浸泡，并机械搅拌，转速600 r/min，时间30分钟，然后采用去离子水冲洗，离心分离出铁粉；

4）将步骤3）所得的铁粉加入到含铜处理液中，加入PVP 8g，采用机械搅拌，转速500 r/min，搅拌时间1小时，然后离心分离得到含铜量为30%的铜包铁粉。

实施例4：含铜废水取自烟台众鑫金属表面有限公司，经检测含铜废水为酸性，铜离子的存在形式为铜离子、络合铜离子，废水中含有硝酸根离子、硼离子、氯离子、乙酸根离子。

一种含铜废水回收铜包铁粉的制备方法，包括如下步骤：

1）取酸性含铜废水20L（含铜量为10g/L）加入反应器，通入压缩空气搅拌20分钟，压缩空气压力大于2个大气压；

2）在搅拌条件下，加入硝酸调节pH值为2.7；然后将废水引入离心分离机中，转速3000r/min，离心分离滤去析出的络合剂等固体，得到含铜处理液。

3）将铁粉1Kg置于5%的盐酸溶液中浸泡，加入PVP 2g, OP-10 5g，并机械搅拌，转速500 r/min，时间30分钟，然后采用去离子水冲洗，离心分离出铁粉；

4）将步骤3）所得的铁粉加入到含铜处理液中，采用机械搅拌，转速500 r/min，搅拌时间1小时，然后离心分离得到含铜量为20%铜包铁粉。

5）将得到的铜包铁粉放入含苯并三氮唑1g，乙醇100mL的抗氧化剂中浸泡2小时，然后置于60℃下真空干燥，时间1小时，得到铜包铁粉。

实施例5：

为了验证本发明提供的制备方法所得铜包铁粉的实际效果，我们对实施例1所得铜包铁粉进行了性能测试，从图1 SEM照片中我们可以看出，本发明方法所得的铜包铁粉镀层包覆致密均匀，外观颜色更红。

表1 铜包铁粉性能参数

性能指标	参数
		松装密度/ g/cm^-3	2.85
流动性/ S	40
		平均粒径/ 目	200

从表1中的数据可以看出，本发明的方法所得的铜包铁粉松装密度密度更低、良好的流动性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用含铜废水回收铜包铁粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将含铜废水引入反应器，通入压缩空气搅拌，曝气处理时间20分钟；

2)将pH调节剂加入步骤1)所得的废水中，pH值控制在2～3之间；然后将废水引入离心分离机中，离心分离滤去析出的络合剂固体，得到含铜处理液；

3)将铁粉置于酸溶液中浸泡并搅拌，除去铁粉表面的氧化物，然后用去离子水冲洗后离心分离出铁粉；

4)将步骤3)所得的铁粉加入到步骤2)的含铜处理液中，同时加入分散剂，然后机械搅拌使铁粉均匀的在含铜处理液中悬浮，并搅拌1小时，然后离心分离得到铜包铁粉，

所述铁粉、含铜处理液中的铜离子、分散剂的质量比1：(0.1～0.05)：(0.03～0.005)；

5)将步骤4)得到的铜包铁粉置于抗氧化剂中浸泡20分钟，温度60摄氏度，然后真空干燥，即得，

其中，所述抗氧化剂为硬脂酸甘油酯、苯并三氮唑中的任意一种或两种与乙醇的混合物，铜粉与所述抗氧化剂的质量比为1:(0.01～0.001)。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述含铜废水为碱性或者为酸性，铜离子的存在形式为铜离子、络合铜离子，废水中含有硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、乙酸根离子的任意一种或多种混合，废水中铜的含量0.1～100g/L，压缩空气压力大于2个大气压。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为盐酸、硫酸、硝酸中的任意一种或两种的混合，并且所述络合剂固体，针对不同的含铜废水析出不同物质，也可能不析出固体物质。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述铁粉为还原铁粉，粒径5～50um，采用的酸为5％的盐酸溶液，离心分离的转速设定为3000～5000r/min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述搅拌为机械搅拌，搅拌速度为400～600r/min；离心分离的转速设定为3000～5000r/min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中真空干燥的温度为50～60℃，时间60分钟。