CN109536711A - 金属表面处理废物的资源化利用处理系统 - Google Patents

金属表面处理废物的资源化利用处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金属表面处理废物的资源化利用处理系统，包括预处理模组、滤渣处理模组以及滤液处理模组。预处理模组用以对该金属表面处理废物进行预处理，该预处理模组包括搅拌调浆模块、酸浸模块、第一压滤模块以及水洗以及第二压滤模块。滤液处理模组包括除铁、铜、铬模块、蒸发模块、萃取除杂模块、过滤除油以及二次浓缩模块、电沉积模块以及沉镍及酸溶模块。滤渣处理模组包括配料及成型模块、固化模块、破碎及磁选模块以及混凝土砖生产模块。本发明既可实现对金属表面处理废物的无害化处理，又能回收金属表面处理废物中有价值的成分，实现金属表面处理废物的资源化综合利用。

Description

金属表面处理废物的资源化利用处理系统
技术领域
本发明涉及金属表面处理废物的处理及综合利用技术领域，尤其涉及一种金属表面处理废物的资源化利用处理系统。
背景技术
在不锈钢企业及电镀企业对金属表面处理加工过程中，其不锈钢酸洗污泥中含镍、铬、铁，电镀污泥中含镍、铜、锌、铁等金属元素，属于危险废物。对该类废物，如不进行无害化处理，将会对环境造成严重危害，另一方面，污泥中镍、铬、铜、铁等金属元素具有较高的工业利用价值，如果不加以回收，则意味着资源的巨大浪费，所以对污泥的无害化处置，回收污泥中有价金属元素，实现污泥资源化综合利用既是环境保护的需要，也是社会可持续发展实现循环经济的需要。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种金属表面处理废物的资源化利用处理系统，既可实现对金属表面处理废物的无害化处理，又能回收金属表面处理废物中有价值的成分，实现金属表面处理废物的资源化综合利用。
为达上述目的，本发明提供一种金属表面处理废物的资源化利用处理系统，包括：预处理模组，用以对该金属表面处理废物进行预处理；滤液处理模组以及滤渣处理模组。该预处理模组包括：搅拌调浆模块，用以将该金属表面处理废物与水混合搅拌制得混合浆液，其中，该金属表面处理废物与水的质量比为1： 1.5～1：2，且该混合浆液的含水率为75～85％；酸浸模块，用以将该混合浆液与废酸混合，并调节该混合浆液与该废酸的混合液的pH值至1～2，搅拌浸取3～ 5小时，使得该金属表面处理废物中的金属离子铁、镍、铬以及铜形成硫酸盐，其中该废酸中的硫酸浓度为15％～18％，该混合浆液与该废酸的质量比为2：1～1.5：1；第一压滤模块，用以将充分酸浸后形成的酸浸液进行第一次压滤形成第一滤液和第一滤渣，其中金属离子铁、镍、铬以及铜形成的硫酸盐溶解于该第一滤液中；以及水洗以及第二压滤模块，用以对该第一滤渣进行水洗，以及用以对水洗后的第一滤渣进行第二次压滤形成第二滤渣，其中，该水洗采用回用水，该第二次压滤产生的洗渣水回用至该搅拌调浆模块，且该第二滤渣的含水率为60％。滤液处理模组包括：除铁、铜、铬模块，用以于该第一滤液内加入浓度为15％的石灰溶液，调节该第一滤液的PH值逐步形成氢氧化铁沉淀、氢氧化铬沉淀以氢氧化铜沉淀以分离出金属离子铁、铜以及铬，且除铁、铜、铬的产物经压滤分离出第二滤液以及含水率为60％的第三滤渣；蒸发模块，用以将该第二滤液蒸发浓缩形成第三滤液，其中，该第三滤液中的镍含量为25～30g/l；萃取除杂模块，用以采用萃取剂对该第三滤液进行萃取铬和铜处理，得到第一萃取液相以及负载铜及铬的有机相，并对该负载铜及铬的有机相利用20％的硫酸进行反萃，得到硫酸铜以及硫酸铬溶液，将该硫酸铜以及硫酸铬溶液返回该除铁、铜、铬模块处理；过滤除油以及二次浓缩模块，用以将该第一萃取液相经活性炭吸附过滤除油去除其中的萃取剂以获得硫酸镍溶液，并对该硫酸镍溶液进行二次蒸发浓缩至镍含量为80～90g/l；电沉积模块，用以对二次浓缩后的硫酸镍溶液执行镍电沉积，在阴极得到镍板，其中电沉积液为二次浓缩后的硫酸镍溶液；以及沉镍及酸溶模块，用以当电沉积至该电沉积液中镍含量为38-42g/l时后导出电沉积液，并用碳酸钠中和形成碳酸镍沉淀，并对沉镍后的溶液蒸发浓缩结晶制得硫酸钠，其中碳酸镍沉淀再经质量百分比浓度为40％的稀硫酸酸溶后回用至该过滤除油以及二次浓缩模块。滤渣处理模组包括：配料及成型模块，用以于该第二滤渣与该第三滤渣的混合物中加入二氧化锰混合均匀，再经成型机压制成方块状的泥渣块；固化模块，用以将该泥渣块送入隧道窑烧制，使得该泥渣块中的金属元素变成稳定的金属氧化物，且于高温作用下铁、铬、铜金属氧化物形成共价结构体，与钙、硅分离，烧制完成后的砖块保温冷却至80℃出窑；破碎及磁选模块，用以将固化后的该砖块采用湿法破碎法破碎至颗粒尺寸为40～50μm，再加水调浆至含水率为50％后进行磁选处理，得到再生铁颗粒，且磁选后的尾渣经浸出实验确认镍、铬重金属浓度低于危废标准要求；以及混凝土砖生产模块，用以将水泥、黄沙、石屑与该尾渣按照0.8～1.5：1.5～2.5： 3～4：2.5～3.5的质量比进行配料，并充分搅拌后送入混凝土砖成型机加工成型，且对成型后的混凝土砖进行养护即得混凝土砖成品。
作为可选的技术方案，该隧道窑窑体分为预热带、烧成带及冷却带，该泥渣块首先进入该预热带，在余热空气及该烧成带的热烟气加热下，从20～400℃逐渐升温，其中在20～200℃阶段排除残余水分，在200～400℃阶段排除结构水，干燥预热后的泥渣块在该烧成带烧结，温度控制在1050～1100℃；烧制完成后的砖块进入冷却带，由外送冷空气直接冷却至80℃出窑。
作为可选的技术方案，该金属表面处理废物以及该废酸均来自于金属表面处理行业及/或电镀行业，且该金属表面处理废物中各成分的质量百分比为： Ni2.5～3.7％，Cr2.8～4.1％，Fe 5.3～7.8％，SiO 3.8～5.8％，Ca 18.8～26.5％， Cu 0.8～1.2％，水45～62％，其他4.0～5.9％；该废酸中各成分的含量为：Ni3.62～ 5.4g/l，Cr 4.4～6.6g/l，Fe38.9～58.44g/l，Cu 0.08～0.12g/l，硫酸150～ 180g/l，其他金属3.68～5.52g/l。
作为可选的技术方案，该金属表面处理废物中各成分的质量百分比为：Ni3.1％，Cr 3.5％，Fe 6.5％，SiO 4.8％，Ca 22.2％，Cu 1.0％，水54％，其他4.9％；该废酸中各成分的含量为：Ni 4.52g/l，Cr 5.5g/l，Fe 48.7g/l，Cu 0.1g/l，硫酸150g/l，其他金属4.6g/l。
作为可选的技术方案，该泥渣块中，锰铬铁质量比为1：4：15。
作为可选的技术方案，该混合浆液与废酸的质量比为2：1。
作为可选的技术方案，该混合浆液的含水率为80％。
作为可选的技术方案，该金属表面处理废物与水的质量比为1：2。
作为可选的技术方案，该萃取剂为P204，且该萃取剂采用260号溶剂油调配，溶剂油：萃取剂＝4：1。
作为可选的技术方案，该电沉积采用阳极隔膜电沉积法，镍为阳极，钛板为阴极，采用直流电进行电沉积，槽电压1.2～3.5V，温度为60℃。
与现有技术相比，本发明利用同行业或近似行业的废酸对金属表面处理废物进行酸浸预处理，以及对预处理形成滤渣及滤液进行后续处理，既能实现对金属表面处理废物预处理后废渣的无害化处理，又能充分利用金属表面处理废物中的有用成分，实现资源化综合利用，适用工业化生产，经济效益和社会效益显著。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述得到进一步的了解。
附图说明
无。
具体实施方式
本发明提供一种金属表面处理废物的资源化利用处理系统，包括预处理模组、滤渣处理模组以及滤液处理模组。其中，预处理模组用以对该金属表面处理废物进行预处理，该预处理模组包括搅拌调浆模块、酸浸模块、第一压滤模块以及水洗以及第二压滤模块。其中，上述金属表面处理废物以及废酸均来自于金属表面处理行业及/或电镀行业。且该金属表面处理废物中各成分的质量百分比为：Ni2.5～3.7％，Cr 2.8～4.1％，Fe 5.3～7.8％，SiO 3.8～5.8％，Ca 18.8～ 26.5％，Cu 0.8～1.2％，水45～62％，其他4.0～5.9％；该废酸中各成分的含量为： Ni 3.62～5.4g/l，Cr 4.4～6.6g/l，Fe 38.9～58.44g/l，Cu 0.08～0.12g/l，硫酸150～180g/l，其他金属3.68～5.52g/l；较佳地，该金属表面处理废物中各成分的质量百分比为：Ni 3.1％，Cr 3.5％，Fe 6.5％，SiO 4.8％，Ca 22.2％， Cu 1.0％，水54％，其他4.9％；该废酸中各成分的含量为：Ni 4.52g/l，Cr 5.5 g/l，Fe 48.7g/l，Cu0.1g/l，硫酸150g/l，其他金属4.6g/l。
搅拌调浆模块用以将该金属表面处理废物与水混合搅拌制得混合浆液，其中，该金属表面处理废物与水的质量比为1：1.5～1：2，且该混合浆液的含水率为75～85％，较佳地，混合浆液的含水率为80％，金属表面处理废物与水的质量比为1：2。
酸浸模块用以将该混合浆液与废酸混合，并调节该混合浆液与该废酸的混合液的pH值至1～2，搅拌浸取3～5小时，使得该金属表面处理废物中的金属离子铁、镍、铬以及铜形成硫酸盐，其中该废酸中的硫酸浓度为15％～18％，该混合浆液与该废酸的质量比为2：1～1.5：1，较佳地，废酸中的硫酸浓度为15％，混合浆液与废酸的质量比为2：1。且在金属表面处理废物(或污泥)中，通常含有Ca(OH)2、Fe(OH)2、Cu(OH)2、Ni(OH)2、Cr(OH)3等金属氧化物，在一定浓度且充足的酸液作用下，发生以下共同反应：
Ni(OH)2+H2SO4＝NiSO4+2H2O
Cu(OH)2+H2SO4＝CuSO4+2H2O
2Cr(OH)3+3H2SO4＝Cr2(SO4)3+6H2O
2Fe(OH)3+3H2SO4＝Fe2(SO4)3+6H2O
Ca(OH)2+H2SO4＝Ca2SO4+2H2O
而且，在酸浸过程中，上述金属离子的浸出率能达到90％以上。另外，酸浸过程中会产生酸雾，所以酸浸设备均采取密闭设备，如此可有效减少酸雾挥发，从而便于将酸雾集中收集并经酸雾净化塔处理后达标排放。
第一压滤模块用以将充分酸浸后形成的酸浸液进行第一次压滤形成第一滤液和第一滤渣，其中金属离子铁、镍、铬以及铜形成的硫酸盐溶解于该第一滤液中。铁、镍、铜、铬基本上可以全部溶解进入溶液，而硫酸钙因溶解度很小，只有很少部分进入溶液。
水洗以及第二压滤模块用以对该第一滤渣进行水洗，以及用以对水洗后的第一滤渣进行第二次压滤形成第二滤渣，其中，该水洗采用回用水，该第二次压滤产生的洗渣水回用至该搅拌调浆模块，且该第二滤渣的含水率为60％。
其中，上述金属表面处理废物以及废酸均由专业危废运输单位负责运输，进入厂内后分别暂存于污泥原料仓及废酸储罐，而且表面处理废物、废酸须经检测符合接收要求可接收。
滤液处理模组包括：除铁、铜、铬模块、蒸发模块、萃取除杂模块、过滤除油以及二次浓缩模块、电沉积模块以及沉镍及酸溶模块。除铁、铜、铬模块用以于该第一滤液内加入浓度为15％的石灰溶液，根据不同金属离子形成碳酸盐沉淀的酸碱度要求，逐步调节该第一滤液的PH值，具体的例如，调节pH值为3.5～ 4时铁离子形成氢氧化铁沉淀，调节pH值为4.5～5时铬离子形成氢氧化铬沉淀，调节pH值为5～5.5时铜离子形成氢氧化铜沉淀，同时形成硫酸钙沉淀，分离出金属离子铁、铜以及铬，且除铁、铜、铬的产物经压滤分离出第二滤液以及含水率为60％的第三滤渣。另外，在石灰溶液配制过程中产生的粉尘，收集并经袋式除尘器处理达标后排放。以下为除铁、铜、铬的反应式：
Fe2(SO4)3+3Ca(OH)2＝2Fe(OH)3↓+3CaSO4↓
Cr2(SO4)3+3Ca(OH)2＝2Cr(OH)3↓+3CaSO4↓
CuSO4+Ca(OH)2＝Cu(OH)2↓+CaSO4↓
蒸发模块用以将该第二滤液蒸发浓缩形成第三滤液，其中，该第三滤液中的镍含量为25～30g/l；而且蒸发浓缩产生的蒸汽经冷凝形成的冷凝废水W2回用于生产，不外排。萃取除杂模块用以采用萃取剂对该第三滤液进行萃取铬和铜处理，得到第一萃取液相以及负载铜及铬的有机相，并对该负载铜及铬的有机相利用20％的硫酸进行反萃，得到硫酸铜以及硫酸铬溶液，将该硫酸铜以及硫酸铬溶液返回该除铁、铜、铬模块处理。其中，上述萃取除杂过程中，萃取剂采用P204，且该萃取剂采用260#溶剂油调配，且较佳的，溶剂油：萃取剂＝4：1，萃取为串联多级逆流萃取(25级)，以最大限度地萃取第三滤液中铬和铜，萃取到终点后静置分层，铜、铬的萃取率能达到90％以上。而且针对萃取工段中萃取剂挥发产生的有机废气G6以及反萃工段产生的少量酸雾G7，有机废气经收集并经活性炭吸附处理后达标排放，酸雾收集后经酸雾净化塔处理后达标排放。
萃取式：nRH(有机)+Mn+→MRn(有机)+nH+(M代表各种金属)
过滤除油以及二次浓缩模块用以将该第一萃取液相经活性炭吸附过滤除油去除其中的萃取剂以获得硫酸镍溶液，并对该硫酸镍溶液进行二次蒸发浓缩至镍含量为80～90g/l；其中，本步骤中蒸发浓缩产生的蒸汽经冷凝后形成的冷凝废水W2回用于生产，不外排。电沉积模块用以对二次浓缩后的硫酸镍溶液执行镍电沉积，电沉积采用阳极隔膜电沉积法，镍为阳极，钛板为阴极，采用直流电进行电沉积，槽电压1.2～3.5V，温度为60℃，在阴极得到镍板，阳极产生氧气且阳极液返回萃取除杂模块中，其中电沉积液为二次浓缩后的硫酸镍溶液。
阴极发生还原反应：Ni2++2e＝Ni
阳极生生氧化反应：2OH--4e＝O2+4H+
沉镍及酸溶模块用以当电沉积至该电沉积液中镍含量为38-42g/l时后导出电沉积液，并用碳酸钠中和形成碳酸镍沉淀，并对沉镍后的溶液蒸发浓缩结晶制得硫酸钠，其中碳酸镍沉淀再经质量百分比浓度为40％的稀硫酸酸溶后回用至该过滤除油以及二次浓缩模块。
滤渣处理模组包括：配料及成型模块、固化模块、破碎及磁选模块以及混凝土砖生产模块。
配料及成型模块用以于该第二滤渣与该第三滤渣的混合物中加入二氧化锰混合均匀，再经成型机压制成方块状的泥渣块。其中，加入该二氧化锰后，上述混合物中的锰铬铁质量比为1：(4～5)：15；另外，在配料过程投料时会产生少量粉尘，收集并经袋式除尘器处理后达标排放。
固化模块用以将该泥渣块送入隧道窑烧制，使得该泥渣块中的金属元素变成稳定的金属氧化物，且于高温作用下铁、铬、铜金属氧化物形成共价结构体，与钙、硅分离，烧制完成后的砖块保温冷却至80℃出窑。具体的，隧道窑窑体分为预热带、烧成带及冷却带，泥渣块首先进入该预热带，在余热空气及烧成带的热烟气加热下，从20～400℃逐渐升温，其中在20～200℃阶段排除残余水分，在200～400℃阶段排除结构水，干燥预热后的泥渣块在烧成带烧结，采用天然气作为燃料，烧嘴直接插入隧道窑内，火焰直接在泥渣块间隙燃烧，温度控制在1050～1100℃；烧制完成后的砖块进入冷却带，由外送冷空气直接冷却至80℃出窑；其中，固化烧成工段燃料燃烧废气、烟尘与干燥废气等一并排出，并经袋式除尘器处理后达标排放。
破碎及磁选模块用以将固化后的该砖块采用湿法破碎法破碎至颗粒尺寸为 40～50μm，再加水调浆至含水率为50％后进行磁选处理，磁选处理的磁场强度例如为2000～3000高斯，较佳地，为2500高斯，得到再生铁颗粒，烘干后备用再利用。破碎和磁选均选用湿法，所以基本不产生粉尘。且磁选后的尾渣经浸出实验确认镍、铬重金属浓度低于危废标准要求。
混凝土砖生产模块用以将水泥、黄沙、石屑与该尾渣按照0.8～1.5：1.5～ 2.5：3～4：2.5～3.5的质量比进行配料，并充分搅拌后送入混凝土砖成型机加工成型，且对成型后的混凝土砖进行养护即得混凝土砖成品。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
其中，本发明所用的试剂及仪器如无特别说明，均为市售产品。
实施例1-3中均采用不锈钢企业或电镀企业排放的不锈钢污泥作为处理样本，进行分析检测其中重金属成分及含量，检测结果如下：
表1为实施例1-3的处理样本的成分含量分析结果
实施例1
本实施方式中，采用以下方法对金属表面处理废物进行资源化利用处理：
预处理，包括：
步骤11，搅拌调浆：将金属表面处理废物投入搅拌机，同步加水并进行搅拌制得混合浆液，其中，金属表面处理废物与水的质量比为1：1.5，且混合浆液的含水率为75％；另外，金属表面处理废物中各成分的质量百分比以及废酸中各成分的含量请参见表1；
步骤12，酸浸：按照混合浆液与废酸的质量比为2：1，将混合浆液与废酸同步泵入酸浸槽，并将混合浆液与废酸的混合液的pH值调节至1～2，搅拌浸取 3～5小时，使得金属表面处理废物中的金属离子铁、镍、铬以及铜形成硫酸盐，其中废酸中的硫酸浓度为15％；
步骤13，第一次压滤：将经步骤12充分酸浸后形成的酸浸液输入板框压滤机进行压滤形成第一滤液和第一滤渣，金属离子铁、镍、铬以及铜形成的硫酸盐溶解于第一滤液中；以及
步骤14，水洗、第二次压滤：对第一滤渣进行水洗，且再次经板框压滤机压滤后形成该第二滤渣，其中，上述水洗采用回用水，且第二次压滤产生的洗渣水回用至步骤11中，且第二滤渣的含水率为60％。
滤液处理，包括：
步骤21，除铁、铜、铬：于第一滤液内加入浓度为15％的石灰溶液，逐步调节第一滤液的PH值，pH值为3.5～4时铁离子形成氢氧化铁沉淀，pH值为4.5～ 5时铬离子形成氢氧化铬沉淀，pH值为5～5.5时铜离子形成氢氧化铜沉淀，同时形成硫酸钙沉淀，从而分离出金属离子铁、铜以及铬，且除铁、铜、铬的产物经压滤分离出第二滤液以及含水率为60％的第二滤渣；
步骤31，蒸发：将第二滤液经过三效蒸发器蒸发浓缩形成第三滤液，其中，该第三滤液中的镍含量为25g/l；
步骤41，萃取除杂：采用萃取剂对第三滤液进行萃取铬和铜处理，萃取剂采用P204，萃取剂采用260#溶剂油调配，溶剂油：萃取剂＝4：1，萃取为串联多级逆流萃取(25级)，得到第一萃取液相以及负载铜及铬的有机相，对该负载铜及铬的有机相利用20％的硫酸进行反萃，得到硫酸铜以及硫酸铬溶液，将该硫酸铜以及硫酸铬溶液返回步骤2处理；
步骤51，过滤除油、二次浓缩：将第一萃取液相经活性炭吸附过滤去除其中的萃取剂以获得硫酸镍溶液，硫酸镍溶液再经三效蒸发器进行二次蒸发浓缩至镍含量为80g/l；
步骤61，电沉积：对步骤5中二次浓缩后的硫酸镍溶液执行镍电沉积，电沉积采用阳极隔膜电沉积法，镍为阳极，钛板为阴极，电沉积液为二次浓缩后的硫酸镍溶液，采用直流电进行电沉积，槽电压1.2～3.5V，温度为60℃，在阴极得到镍板，阳极产生氧气且阳极液返回步骤5中；
步骤71，沉镍、酸溶：当电沉积至电沉积液中镍含量为38g/l时后，导出电沉积液，并用碳酸钠中和形成碳酸镍沉淀，碳酸镍沉淀再经质量百分比浓度为 40％的稀硫酸酸溶后回用至步骤5中的二次浓缩工段，沉镍后的溶液经三效蒸发器蒸发浓缩结晶制得硫酸钠；
滤渣处理，包括：
步骤32，配料、成型：于第一滤渣与第二滤渣的混合物中加入二氧化锰，使得混合物中的锰铬铁质量比为1：4：15，并混合均匀，再经成型机压制成方块状的泥渣块；
步骤42，固化：将泥渣块送入隧道窑烧制，泥渣块首先进入预热带，在余热空气及烧成带的热烟气加热下，从20～400℃逐渐升温，其中在20～200℃阶段排除残余水分，在200～400℃阶段排除结构水，干燥预热后的泥渣块在烧成带烧结，采用天然气作为燃料，烧嘴直接插入隧道窑内，火焰直接在泥渣块间隙燃烧，温度控制在1050～1100℃；烧制完成后的砖块进入冷却带，由外送冷空气直接冷却至80℃出窑；
步骤52，破碎、磁选：将固化后的砖块冷却后加水采用湿法破碎法破碎至颗粒尺寸为40～50μm，再加水调浆至含水率为50％后进行磁选处理，磁选处理的磁场强度为2000高斯，得到再生铁颗粒，磁选后的尾渣经浸出实验确认镍、铬重金属浓度低于危废标准要求；
步骤62，混凝土砖生产：将水泥、黄沙、石屑与上述尾渣按照0.8：2.5：3： 3.5的质量比进行配料，并充分搅拌后送入混凝土砖成型机加工成型，且对成型后的混凝土砖进行养护即得混凝土砖成品；
步骤72：化学分析：将步骤61、71、52、62中获得的镍板、硫酸钠、再生铁颗粒和混凝土砖进行成分含量检测，分析其化学成分及含量，检测方法按照《电解镍》(GB/T6516-2010)、《承重混凝土多孔砖》(GB25779-2010)及《非承重混凝土空心砖》(GB/T24492-2009)、《工业无水硫酸钠》(GB/T 6009-2003) 以及《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)执行，检测结果如表2所示。
实施例2
本实施方式中，采用以下方法对金属表面处理废物进行资源化利用处理：
预处理，包括：
步骤11，搅拌调浆：将金属表面处理废物投入搅拌机，同步加水并进行搅拌制得混合浆液，其中，金属表面处理废物与水的质量比为1：2，且混合浆液的含水率为85％；另外，金属表面处理废物中各成分的质量百分比以及废酸中各成分的含量请参见表1；
步骤12，酸浸：按照混合浆液与废酸的质量比为1.5：1，将混合浆液与废酸同步泵入酸浸槽，并将混合浆液与废酸的混合液的pH值调节至1～2，搅拌浸取3～5小时，使得金属表面处理废物中的金属离子铁、镍、铬以及铜形成硫酸盐，其中废酸中的硫酸浓度为18％；
步骤13，第一次压滤：将经步骤12充分酸浸后形成的酸浸液输入板框压滤机进行压滤形成第一滤液和第一滤渣，金属离子铁、镍、铬以及铜形成的硫酸盐溶解于第一滤液中；以及
步骤14，水洗、第二次压滤：对第一滤渣进行水洗，且再次经板框压滤机压滤后形成该第二滤渣，其中，上述水洗采用回用水，且第二次压滤产生的洗渣水回用至步骤11中，且第二滤渣的含水率为60％。
滤液处理，包括：
步骤21，除铁、铜、铬：于第一滤液内加入浓度为15％的石灰溶液，逐步调节第一滤液的PH值，pH值为3.5～4时铁离子形成氢氧化铁沉淀，pH值为4.5～ 5时铬离子形成氢氧化铬沉淀，pH值为5～5.5时铜离子形成氢氧化铜沉淀，同时形成硫酸钙沉淀，从而分离出金属离子铁、铜以及铬，且除铁、铜、铬的产物经压滤分离出第二滤液以及含水率为60％的第二滤渣；
步骤31，蒸发：将第二滤液经过三效蒸发器蒸发浓缩形成第三滤液，其中，该第三滤液中的镍含量为28g/l；
步骤41，萃取除杂：采用萃取剂对第三滤液进行萃取铬和铜处理，萃取剂采用P204，萃取剂采用260#溶剂油调配，溶剂油：萃取剂＝4：1，萃取为串联多级逆流萃取(25级)，得到第一萃取液相以及负载铜及铬的有机相，对该负载铜及铬的有机相利用20％的硫酸进行反萃，得到硫酸铜以及硫酸铬溶液，将该硫酸铜以及硫酸铬溶液返回步骤2处理；
步骤51，过滤除油、二次浓缩：将第一萃取液相经活性炭吸附过滤去除其中的萃取剂以获得硫酸镍溶液，硫酸镍溶液再经三效蒸发器进行二次蒸发浓缩至镍含量为85g/l；
步骤61，电沉积：对步骤5中二次浓缩后的硫酸镍溶液执行镍电沉积，电沉积采用阳极隔膜电沉积法，镍为阳极，钛板为阴极，电沉积液为二次浓缩后的硫酸镍溶液，采用直流电进行电沉积，槽电压1.2～3.5V，温度为60℃，在阴极得到镍板，阳极产生氧气且阳极液返回步骤5中；
步骤71，沉镍、酸溶：当电沉积至电沉积液中镍含量为40g/l时后，导出电沉积液，并用碳酸钠中和形成碳酸镍沉淀，碳酸镍沉淀再经质量百分比浓度为 40％的稀硫酸酸溶后回用至步骤5中的二次浓缩工段，沉镍后的溶液经三效蒸发器蒸发浓缩结晶制得硫酸钠；
滤渣处理，包括：
步骤32，配料、成型：于第一滤渣与第二滤渣的混合物中加入二氧化锰，使得混合物中的锰铬铁质量比为1：5：15，并混合均匀，再经成型机压制成方块状的泥渣块；
步骤42，固化：将泥渣块送入隧道窑烧制，泥渣块首先进入预热带，在余热空气及烧成带的热烟气加热下，从20～400℃逐渐升温，其中在20～200℃阶段排除残余水分，在200～400℃阶段排除结构水，干燥预热后的泥渣块在烧成带烧结，采用天然气作为燃料，烧嘴直接插入隧道窑内，火焰直接在泥渣块间隙燃烧，温度控制在1050～1100℃；烧制完成后的砖块进入冷却带，由外送冷空气直接冷却至80℃出窑；
步骤52，破碎、磁选：将固化后的砖块冷却后加水采用湿法破碎法破碎至颗粒尺寸为40～50μm，再加水调浆至含水率为50％后进行磁选处理，磁选处理的磁场强度为2500高斯，得到再生铁颗粒，磁选后的尾渣经浸出实验确认镍、铬重金属浓度低于危废标准要求；
步骤62，混凝土砖生产：将水泥、黄沙、石屑与上述尾渣按照1：2：4：2.5 的质量比进行配料，并充分搅拌后送入混凝土砖成型机加工成型，且对成型后的混凝土砖进行养护即得混凝土砖成品；
步骤72：化学分析：将步骤61、71、52、62中获得的镍板、硫酸钠、再生铁颗粒和混凝土砖进行成分含量检测，分析其化学成分及含量，检测方法按照《电解镍》(GB/T6516-2010)、《承重混凝土多孔砖》(GB25779-2010)及《非承重混凝土空心砖》(GB/T24492-2009)、《工业无水硫酸钠》(GB/T 6009-2003) 以及《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)执行，检测结果如表2所示。
实施例3
本实施方式中，采用以下方法对金属表面处理废物进行资源化利用处理：
预处理，包括：
步骤11，搅拌调浆：将金属表面处理废物投入搅拌机，同步加水并进行搅拌制得混合浆液，其中，金属表面处理废物与水的质量比为1：1.8，且混合浆液的含水率为80％；另外，金属表面处理废物中各成分的质量百分比以及废酸中各成分的含量请参见表1；
步骤12，酸浸：按照混合浆液与废酸的质量比为1.8：1，将混合浆液与废酸同步泵入酸浸槽，并将混合浆液与废酸的混合液的pH值调节至1～2，搅拌浸取3～5小时，使得金属表面处理废物中的金属离子铁、镍、铬以及铜形成硫酸盐，其中废酸中的硫酸浓度为16％；
步骤13，第一次压滤：将经步骤12充分酸浸后形成的酸浸液输入板框压滤机进行压滤形成第一滤液和第一滤渣，金属离子铁、镍、铬以及铜形成的硫酸盐溶解于第一滤液中；以及
步骤14，水洗、第二次压滤：对第一滤渣进行水洗，且再次经板框压滤机压滤后形成该第二滤渣，其中，上述水洗采用回用水，且第二次压滤产生的洗渣水回用至步骤11中，且第二滤渣的含水率为60％。
滤液处理，包括：
步骤21，除铁、铜、铬：于第一滤液内加入浓度为15％的石灰溶液，逐步调节第一滤液的PH值，pH值为3.5～4时铁离子形成氢氧化铁沉淀，pH值为4.5～ 5时铬离子形成氢氧化铬沉淀，pH值为5～5.5时铜离子形成氢氧化铜沉淀，同时形成硫酸钙沉淀，从而分离出金属离子铁、铜以及铬，且除铁、铜、铬的产物经压滤分离出第二滤液以及含水率为60％的第二滤渣；
步骤31，蒸发：将第二滤液经过三效蒸发器蒸发浓缩形成第三滤液，其中，该第三滤液中的镍含量为30g/l；
步骤41，萃取除杂：采用萃取剂对第三滤液进行萃取铬和铜处理，萃取剂采用P204，萃取剂采用260#溶剂油调配，溶剂油：萃取剂＝4：1，萃取为串联多级逆流萃取(25级)，得到第一萃取液相以及负载铜及铬的有机相，对该负载铜及铬的有机相利用20％的硫酸进行反萃，得到硫酸铜以及硫酸铬溶液，将该硫酸铜以及硫酸铬溶液返回步骤2处理；
步骤51，过滤除油、二次浓缩：将第一萃取液相经活性炭吸附过滤去除其中的萃取剂以获得硫酸镍溶液，硫酸镍溶液再经三效蒸发器进行二次蒸发浓缩至镍含量为90g/l；
步骤61，电沉积：对步骤5中二次浓缩后的硫酸镍溶液执行镍电沉积，电沉积采用阳极隔膜电沉积法，镍为阳极，钛板为阴极，电沉积液为二次浓缩后的硫酸镍溶液，采用直流电进行电沉积，槽电压1.2～3.5V，温度为60℃，在阴极得到镍板，阳极产生氧气且阳极液返回步骤5中；
步骤71，沉镍、酸溶：当电沉积至电沉积液中镍含量为42g/l时后，导出电沉积液，并用碳酸钠中和形成碳酸镍沉淀，碳酸镍沉淀再经质量百分比浓度为 40％的稀硫酸酸溶后回用至步骤5中的二次浓缩工段，沉镍后的溶液经三效蒸发器蒸发浓缩结晶制得硫酸钠；
滤渣处理，包括：
步骤32，配料、成型：于第一滤渣与第二滤渣的混合物中加入二氧化锰，使得混合物中的锰铬铁质量比为1：4.5：15，并混合均匀，再经成型机压制成方块状的泥渣块；
步骤42，固化：将泥渣块送入隧道窑烧制，泥渣块首先进入预热带，在余热空气及烧成带的热烟气加热下，从20～400℃逐渐升温，其中在20～200℃阶段排除残余水分，在200～400℃阶段排除结构水，干燥预热后的泥渣块在烧成带烧结，采用天然气作为燃料，烧嘴直接插入隧道窑内，火焰直接在泥渣块间隙燃烧，温度控制在1050～1100℃；烧制完成后的砖块进入冷却带，由外送冷空气直接冷却至80℃出窑；
步骤52，破碎、磁选：将固化后的砖块冷却后加水采用湿法破碎法破碎至颗粒尺寸为40～50μm，再加水调浆至含水率为50％后进行磁选处理，磁选处理的磁场强度为3000高斯，得到再生铁颗粒，磁选后的尾渣经浸出实验确认镍、铬重金属浓度低于危废标准要求；
步骤62，混凝土砖生产：将水泥、黄沙、石屑与上述尾渣按照1.5：1.5：3.5： 3的质量比进行配料，并充分搅拌后送入混凝土砖成型机加工成型，且对成型后的混凝土砖进行养护即得混凝土砖成品；
步骤72：化学分析：将步骤61、71、52、62中获得的镍板、硫酸钠、再生铁颗粒和混凝土砖进行成分含量检测，分析其化学成分及含量，检测方法按照《电解镍》(GB/T6516-2010)、《承重混凝土多孔砖》(GB25779-2010)及《非承重混凝土空心砖》(GB/T24492-2009)、《工业无水硫酸钠》(GB/T 6009-2003) 以及《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)执行，检测结果如表2所示。
表2 各产品化学分析结果
另外，上述实施例1-3中的混凝土砖的长宽高为：240×mm 115mm×90mm, 密度等级为1400kg/m3，且经检测实施例1-3中的混凝土砖的相对吸水率均≤40％。再结合表1和表2的内容，可知本发明利用金属表面处理废弃物可制备再生铁颗粒、混凝土砖、镍板以及硫酸钠，不仅可实现充分利用金属表面处理废弃物的有用成分，而且制备出来的再生铁颗粒、混凝土砖、镍板以及硫酸钠完全符合对应的执行标准。
综上所述，本发明利用同行业或近似行业的废酸对金属表面处理废物进行酸浸预处理，以及对预处理形成滤渣及滤液进行后续处理，既能实现对金属表面处理废物预处理后废渣的无害化处理，又能充分利用金属表面处理废物中的有用成分，实现资源化综合利用，适用工业化生产，经济效益和社会效益显著。
藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的保护范围内。因此，本发明所申请的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (10)

1.一种金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，包括：
预处理模组，用以对该金属表面处理废物进行预处理，该预处理模组包括：
搅拌调浆模块，用以将该金属表面处理废物与水混合搅拌制得混合浆液，其中，该金属表面处理废物与水的质量比为1：1.5～1：2，且该混合浆液的含水率为75～85%；
酸浸模块，用以将该混合浆液与废酸混合，并调节该混合浆液与该废酸的混合液的pH值至1～2，搅拌浸取3～5小时，使得该金属表面处理废物中的金属离子铁、镍、铬以及铜形成硫酸盐，其中该废酸中的硫酸浓度为15%～18%，该混合浆液与该废酸的质量比为2：1～1.5：1；
第一压滤模块，用以将充分酸浸后形成的酸浸液进行第一次压滤形成第一滤液和第一滤渣，其中金属离子铁、镍、铬以及铜形成的硫酸盐溶解于该第一滤液中；以及
水洗以及第二压滤模块，用以对该第一滤渣进行水洗，以及用以对水洗后的第一滤渣进行第二次压滤形成第二滤渣，其中，该水洗采用回用水，该第二次压滤产生的洗渣水回用至该搅拌调浆模块，且该第二滤渣的含水率为60%；
滤液处理模组，包括：
除铁、铜、铬模块，用以于该第一滤液内加入浓度为15%的石灰溶液，调节该第一滤液的PH值逐步形成氢氧化铁沉淀、氢氧化铬沉淀以氢氧化铜沉淀以分离出金属离子铁、铜以及铬，且除铁、铜、铬的产物经压滤分离出第二滤液以及含水率为60%的第三滤渣；
蒸发模块，用以将该第二滤液蒸发浓缩形成第三滤液，其中，该第三滤液中的镍含量为25～30g/l；
萃取除杂模块，用以采用萃取剂对该第三滤液进行萃取铬和铜处理，得到第一萃取液相以及负载铜及铬的有机相，并对该负载铜及铬的有机相利用20%的硫酸进行反萃，得到硫酸铜以及硫酸铬溶液，将该硫酸铜以及硫酸铬溶液返回该除铁、铜、铬模块处理；
过滤除油以及二次浓缩模块，用以将该第一萃取液相经活性炭吸附过滤除油去除其中的萃取剂以获得硫酸镍溶液，并对该硫酸镍溶液进行二次蒸发浓缩至镍含量为80～90g/l；
电沉积模块，用以对二次浓缩后的硫酸镍溶液执行镍电沉积，在阴极得到镍板，其中电沉积液为二次浓缩后的硫酸镍溶液；以及
沉镍及酸溶模块，用以当电沉积至该电沉积液中镍含量为38-42g/l时后导出电沉积液，并用碳酸钠中和形成碳酸镍沉淀，并对沉镍后的溶液蒸发浓缩结晶制得硫酸钠，其中碳酸镍沉淀再经质量百分比浓度为40%的稀硫酸酸溶后回用至该过滤除油以及二次浓缩模块；以及
滤渣处理模组，包括：
配料及成型模块，用以于该第二滤渣与该第三滤渣的混合物中加入二氧化锰混合均匀，再经成型机压制成方块状的泥渣块；
固化模块，用以将该泥渣块送入隧道窑烧制，使得该泥渣块中的金属元素变成稳定的金属氧化物，且于高温作用下铁、铬、铜金属氧化物形成共价结构体，与钙、硅分离，烧制完成后的砖块保温冷却至80℃出窑；
破碎及磁选模块，用以将固化后的该砖块采用湿法破碎法破碎至颗粒尺寸为40～50μm，再加水调浆至含水率为50%后进行磁选处理，得到再生铁颗粒，且磁选后的尾渣经浸出实验确认镍、铬重金属浓度低于危废标准要求；以及
混凝土砖生产模块，用以将水泥、黄沙、石屑与该尾渣按照0.8～1.5：1.5～2.5：3～4：2.5～3.5的质量比进行配料，并充分搅拌后送入混凝土砖成型机加工成型，且对成型后的混凝土砖进行养护即得混凝土砖成品。
2.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该隧道窑窑体分为预热带、烧成带及冷却带，该泥渣块首先进入该预热带，在余热空气及该烧成带的热烟气加热下，从20～400℃逐渐升温，其中在20～200℃阶段排除残余水分，在200～400℃阶段排除结构水，干燥预热后的泥渣块在该烧成带烧结，温度控制在1050～1100℃；烧制完成后的砖块进入冷却带，由外送冷空气直接冷却至80℃出窑。
3.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该金属表面处理废物以及该废酸均来自于金属表面处理行业及/或电镀行业，且该金属表面处理废物中各成分的质量百分比为：Ni2.5～3.7%，Cr 2.8～4.1%，Fe 5.3～7.8%，SiO 3.8～5.8%，Ca 18.8～26.5%，Cu 0.8～1.2%，水45～62%，其他4.0～5.9%；该废酸中各成分的含量为：Ni3.62～5.4 g/l，Cr 4.4～6.6g/l，Fe 38.9～58.44g/l，Cu 0.08～0.12g/l，硫酸150～180g/l，其他金属3.68～5.52g/l。
4.如权利要求3所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该金属表面处理废物中各成分的质量百分比为：Ni 3.1%，Cr 3.5%，Fe 6.5%，SiO 4.8%，Ca 22.2%，Cu 1.0%，水54%，其他4.9%；该废酸中各成分的含量为：Ni 4.52 g/l，Cr 5.5 g/l，Fe 48.7g/l，Cu 0.1 g/l，硫酸150 g/l，其他金属4.6 g/l。
5.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该泥渣块中，锰铬铁质量比为1：4：15。
6.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该混合浆液与废酸的质量比为2：1。
7.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该混合浆液的含水率为80%。
8.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该金属表面处理废物与水的质量比为1：2。
9.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该萃取剂为P204，且该萃取剂采用260号溶剂油调配，溶剂油：萃取剂＝4：1。
10.如权利要求1所述的金属表面处理废物的资源化利用处理系统，其特征在于，该电沉积采用阳极隔膜电沉积法，镍为阳极，钛板为阴极，采用直流电进行电沉积，槽电压 1.2～3.5V，温度为60℃。
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