TWI493046B - 含銅金屬汙泥的處理方法 - Google Patents

Description

含銅金屬污泥的處理方法

本發明是有關於一種金屬污泥的處理方法，且特別是有關於一種含銅金屬污泥的處理方法。

一般來說，含銅金屬污泥的處理方法大都採用高溫以將含銅金屬污泥氧化，之後，再將含氧化銅污泥輸出至銅煉廠。然而，此方法在過程中會釋放出廢氣而造成空氣污染，且此方法所需要使用的能量較多且花費的成本較高。因此，如何有效率地以低成本及低空氣污染的方式將含銅金屬污泥中的銅金屬釋出為目前的重要課題。

本發明提供一種含銅金屬污泥的處理方法，可提升含銅金屬污泥中的銅金屬的回收效率，亦可減少有害污泥的體積、減少含銅金屬污泥的處理成本並降低對環境的污染。

本發明提供一種含銅金屬污泥的處理方法，包括以下步 驟。進行酸溶步驟，將含銅金屬污泥溶於硫酸溶液中，形成包括含銅酸化污泥的第一混合物。進行銅提純步驟，將含氯化鐵溶液加入第一混合物中，使含氯化鐵溶液與第一混合物中的含銅酸化污泥反應以形成第二混合物。進行銅萃取步驟，將第二混合物與樹脂材料混合，以反應形成包括含銅離子螫合物的第三混合物。進行銅再生步驟，在第三混合物中加入硫酸溶液，以使得第三混合物中的銅離子螫合物與硫酸反應形成硫酸銅溶液。進行電解步驟，對硫酸銅溶液進行電解以形成含銅物質。

依照本發明的一實施例所述，在上述的含銅金屬污泥的處理方法中，含氯化鐵溶液例如是含銅氯化鐵廢液。

依照本發明的一實施例所述，在上述的含銅金屬污泥的處理方法中，含銅氯化鐵廢液可包括銅離子及氯化鐵。

依照本發明的一實施例所述，在上述的含銅金屬污泥的處理方法中，在第二混合物中，硫酸銅廢液與含銅氯化鐵廢液的體積比約為10：1至1：1。

依照本發明的一實施例所述，在上述的含銅金屬污泥的處理方法中，在酸溶步驟之後及銅提純步驟之前可更包括進行壓濾步驟，以將第一混合物之含污泥懸浮物濾出。

依照本發明的一實施例所述，上述的含銅金屬污泥的處理方法更包括在壓濾步驟之後，對被濾出的含污泥懸浮物進行脫水步驟以形成含硫酸廢液及固體廢棄物。

依照本發明的一實施例所述，在上述的含銅金屬污泥的 處理方法中，樹脂材料包括液態胺羧基螯合樹脂。

依照本發明的一實施例所述，在上述的含銅金屬污泥的處理方法中，進行銅萃取步驟的反應可包括： 其中Resin代表樹脂。

依照本發明的一實施例所述，上述的含銅金屬污泥的處理方法可更包括在進行銅再生步驟後，進行樹脂材料回收步驟，將銅再生步驟後所剩餘的樹脂材料再次使用於銅萃取步驟中。

依照本發明的一實施例所述，在上述的含銅金屬污泥的處理方法中，在進行電解步驟後，進行硫酸溶液回收步驟以再次使用在電解步驟後所剩餘的硫酸溶液。

基於上述，在本發明的含銅金屬污泥的處理方法中，由於在進行銅提純步驟時加入含有銅離子的含氯化鐵溶液，有助於銅的沈降，並且可增加混合物中的銅離子的濃度，以在進行銅萃取步驟時能形成更多的銅離子螫合物，進而使得在進行銅再生步驟可形成更高濃度的硫酸銅溶液，故可以在進行電解步驟時更有效率地形成含銅物質。因此，本發明的含銅金屬污泥的處理方法可達到更高的銅金屬回收效率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

S10、S20、S25、S30、S40、S50、S55、S60、S65‧‧‧步驟

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的含銅金屬污泥的處理方法的流程圖。

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的含銅金屬污泥的處理方法的流程圖。請參照圖1，在一實施例中，首先在例如是酸化槽中進行將含銅金屬污泥的酸溶步驟S10。在酸溶步驟S10中，將含銅金屬污泥溶於硫酸溶液中以形成包括含銅酸化污泥的第一混合物。含銅金屬污泥例如是在工業上經過製造過程後所產生的污泥，且含銅金屬污泥中的物質包括銅、鐵、鎳以及鋁等金屬物質及其他雜質。因此，含銅金屬污泥與硫酸溶液中的硫酸根反應後可能會形成硫酸銅化合物、硫酸鐵化合物、硫酸鎳化合物以及硫酸鋁化合物。硫酸溶液例如是含有重量百分比濃度為20%的硫酸的溶液。在本發明的含銅金屬污泥的處理方法中，所加入的硫酸溶液與含銅金屬污泥的重量比約為2：1。進行酸溶步驟S10可使硫酸溶液與含銅金屬污泥中的銅金屬進行反應而形成硫酸銅，其反應式如下：2H₂ SO₄ +Cu → CuSO₄ +SO₂ +2H₂ O。 在後續的製程中，硫酸銅可溶解於混合物中形成銅離子，進而在提高後續電解步驟S60中形成含銅物質時的效率。

在一實施例中，除了含銅酸化污泥之外，上述第一混合物可能更包括含污泥懸浮物，且含污泥懸浮物可包括膜渣以及硫酸鈣的固體沈澱物。因此，在酸溶步驟S10之後，可選擇性地在例如是在過濾槽中進行壓濾步驟S20，以將第一混合物中的含污泥懸浮物濾出，進而增加第一混合物中硫酸銅的濃度並且減少第一混合物的體積，以達成污泥減容的效果。在一實施例中，用於壓濾步驟S20的濾網的網目例如是5μm。此外，在一實施例中，更可在進行壓濾步驟S20之後，在例如是脫水槽中進行脫水步驟S30，以將被濾出的含污泥懸浮物脫水而形成含硫酸廢液及固體廢棄物，其中含硫酸廢液可經適當處理後重複使用以節省硫酸的使用成本。進行脫水步驟S30的方法例如是板壓脫水法或離心脫水法。

接著，在例如是提純槽中進行圖1中的銅提純步驟S30。在銅提純步驟S30中，將含氯化鐵溶液加入第一混合物中，使含氯化鐵溶液與第一混合物中的含銅酸化污泥反應以形成第二混合物。在一實施例中，在第二混合物中，硫酸銅廢液與含銅氯化鐵廢液的體積比為10：1至1：1。含氯化鐵溶液例如是含銅氯化鐵廢液，此含銅氯化鐵廢液中可包含氯化鐵以及銅離子。氯化鐵有助於第二混合物中銅的沈降；而含銅氯化鐵廢液中的銅離子可增加混合物中的銅離子濃度。更具體地說，第二混合物(包括第一混 合物與含銅氯化鐵廢液)中的銅離子可與鐵金屬產生氧化還原反應以產生亞鐵離子(Fe²⁺ )及銅金屬，其反應式如下：Cu²⁺ +Fe → Cu+Fe²⁺ 上述反應中的亞鐵離子可與第二混合物中的金屬離子產生金屬鐵氧磁體，其通式例如是MFe₂ O₄ ，其中M代表任一適合的金屬。

而上述反應中所產生的銅金屬可與第二混合物中的硫酸反應，而生成硫酸銅，其反應式如下：2H₂ SO₄ +Cu → CuSO₄ +SO₂ +2H₂ O接著，硫酸銅可再次溶解於水中形成銅離子，並其反應式如下：CuSO₄ → Cu²⁺ +SO₄ ^2- 。

接著，在例如是萃取槽中進行圖1中的銅萃取步驟S40。在銅萃取步驟S40中，將第二混合物與樹脂材料混合，以反應形成第三混合物，且第三混合物包括含銅離子螫合物。在一實施例中，樹脂材料可包括液態胺羧基螯合樹脂。液態胺羧基螯合樹脂例如是包括(-NCH₂ COOH₂ )基團及鈉離子的樹脂。舉例而言，在銅萃取步驟S40中，將第二混合物與樹脂材料以3：2的體積比混合，使第二混合物中的銅離子取代樹脂材料中的鈉離子而形成銅離子螫合物，其反應式如下： 其中Resin代表樹脂。

在本發明中，進行銅萃取步驟S40可將混合物中的銅離子與樹脂材料螫合，並藉此過濾混合物中其他不必要的雜質(例如在上述含銅金屬污泥中的鐵、鎳以及鋁等金屬物質及其離子)。此外，上述的含氯化鐵溶液可形成氯化亞鐵廢液。氯化亞鐵廢液為廢水常用的助凝劑，因此經銅萃取步驟S40後，氯化亞鐵廢液可回收，再使用在廢水處理中。

接著，在例如是置換槽中進行圖1中的銅再生步驟S50。進行銅再生步驟S50可將與樹脂材料結合的銅離子溶出以進行後續的製程。在銅再生步驟S50中，在第三混合物中加入硫酸溶液，以使得第三混合物中的銅離子螫合物與硫酸反應形成硫酸銅溶液。在一實施例中，在銅再生步驟S50中所使用的硫酸溶液的重量百分比濃度20%，且加入的硫酸溶液與第三混合物的體積比是3：2。此外，在銅再生步驟S50中，第三混合物中的銅離子螫合物與硫酸之間的反應例如是以下的離子置換反應： 其中Resin代表樹脂。

由於在前述的銅萃取步驟S40中已將不必要的雜質過濾 出來，因此在銅再生步驟S50中所形成的硫酸銅溶液的銅離子的濃度大於前述第一混合物、第二混合物及第三混合物中的銅離子的濃度。此外，為了後續製程方便，更可將上述第三混合物靜置於金屬還原儲存槽中，以待後續製程的進行。

在一實施例中，在銅再生步驟S50後，可選擇性進行圖1中的樹脂材料回收步驟S55，以將銅再生步驟S50後所剩餘的樹脂材料再次使用於銅萃取步驟S50中。藉此可重複使用樹脂材料以降低使用樹脂材料的成本。

接著，在例如是電解槽中進行圖1中的電解步驟S60。在本發明中，進行電解步驟S60可將硫酸銅溶液中的銅離子還原為銅金屬。更詳細地說，在電解步驟S60中，對硫酸銅溶液進行電解以形成含銅物質。電解步驟S60例如是在電解槽中以硫酸銅溶液為電解液，使用例如是碳棒或其他的適合的材料作為陽極，且使用銅管或其他適合的材料作為陰極，並且通入直流電以對電解液進行電解，以在陰極上進行還原反應以形成含銅物質，其半反應式如下：Cu²⁺ +2e^- → Cu在一實施例中，含銅物質包括電解銅管或粗銅。

在一實施例中，在電解步驟S60之後，可選擇性地進行圖1中的硫酸溶液回收步驟S65以再次使用在電解步驟S60後所剩餘的硫酸溶液。舉例而言，如圖1所示，經回收的硫酸溶液可再次使用於混合步驟S10或銅再生步驟S50中，然而本發明並不 以此為限。進行硫酸溶液回收步驟S65可降低本發明在使用硫酸溶液上的成本。

基於上述實施例可知，本發明的含銅金屬污泥的處理方法是在銅提純步驟中將含氯化鐵溶液加入混合物中，以使得含氯化鐵溶液中的氯離子與混合物中的銅金屬反應而形成銅離子，進而提高混合物中的銅離子的濃度，提升電解步驟時形成含銅物質的效率。

綜上所述，本發明的含銅金屬污泥的處理方法藉由在銅提純步驟中將含氯化鐵溶液加入於混合物中，以增加混合物中的銅離子的濃度量，並進一步提高在電解步驟中形成含銅物質的效率。此外，在本發明中所使用的硫酸溶液及樹脂材料皆可以重複使用以降低含銅金屬污泥的處理成本，並進一步地減少在處理含銅金屬污泥過程中由廢料所產生的污染。又，因為本發明對含銅金屬污泥進行壓濾、銅提純、銅萃取、銅再生及電解等步驟，因此可有效地降低含銅金屬污泥的體積，進而達成污泥減容的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S10、S20、S25、S30、S40、S50、S55、S60、S65‧‧‧步驟

Claims (7)

1. 一種含銅金屬污泥的處理方法，包括：進行酸溶步驟，將含銅金屬污泥溶於硫酸溶液中，形成第一混合物，該第一混合物包括含銅酸化污泥，該硫酸溶液與該含銅金屬污泥的重量比約為2：1；進行銅提純步驟，將含氯化鐵溶液加入該第一混合物中，使該含氯化鐵溶液與該第一混合物中的該含銅酸化污泥反應，形成第二混合物，該含氯化鐵溶液為含銅氯化鐵廢液，且在該第二混合物中，硫酸銅廢液與該含銅氯化鐵廢液的體積比為10：1至1：1；進行銅萃取步驟，將該第二混合物與樹脂材料混合，以反應形成第三混合物，該第三混合物包括含銅離子螫合物，該樹脂材料包括液態胺羧基螯合樹脂，其中將該第二混合物與該樹脂材料以3：2的體積比混合；進行銅再生步驟，在該第三混合物中加入硫酸溶液，以使得該第三混合物中的該銅離子螫合物與硫酸反應形成硫酸銅溶液；以及進行電解步驟，對該硫酸銅溶液進行電解，以形成含銅物質。
2. 如申請專利範圍第1項所述的含銅金屬污泥的處理方法，其中該含銅氯化鐵廢液包含銅離子及氯化鐵。
3. 如申請專利範圍第1項所述的含銅金屬污泥的處理方法，其中在該酸溶步驟之後及該銅提純步驟之前更包括進行壓濾步驟，以將該第一混合物之含污泥懸浮物濾出。
4. 如申請專利範圍第3項所述的含銅金屬污泥的處理方法，更包括在進行該壓濾步驟之後，對被濾出的該含污泥懸浮物進行脫水步驟，以形成含硫酸廢液及固體廢棄物。
5. 如申請專利範圍第1項所述的含銅金屬污泥的處理方法，其中進行該銅萃取步驟的反應包括： 其中Resin代表樹脂。
6. 如申請專利範圍第1項所述的含銅金屬污泥的處理方法，更包括在進行該銅再生步驟後，進行樹脂材料回收步驟，將該銅再生步驟後所剩餘的該樹脂材料再次使用於該銅萃取步驟中。
7. 如申請專利範圍第1項所述的含銅金屬污泥的處理方法，其中在進行該電解步驟後，進行硫酸溶液回收步驟以再次使用在該電解步驟後所剩餘的硫酸溶液。