CN104451166B - 一种回收重金属污泥中锌和铬的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回收重金属污泥中锌和铬的方法与装置，回收重金属污泥中锌和铬的方法，是由以下步骤组成：预处理、浸取、中和、蒸发和电解；回收重金属污泥中锌和铬的装置，包括多级浸取系统、酸碱中和系统、蒸发结晶系统、电解系统和加药系统；采用本发明中提出的工艺和装置可以成功分离重金属污泥中的锌和铬，实现了废物资源化，锌和铬的回收率分别大于95％和90％；获得的产品收益大于运行成本，具有实际应用价值。

Description

一种回收重金属污泥中锌和铬的方法与装置

技术领域

本发明属于固体废物处理处置与资源化领域，特别涉及一种回收重金属污泥中锌和铬的方法与装置。

背景技术

重金属污泥种类繁多。在我国，含重金属固废的主要来源行业为重有色金属矿采选、冶炼、铅蓄电池、皮革及其制品、化学原料及其制品等五大行业，且常归属于危险废物。截至2007年，列入《国家危险废物名录》的含铅、汞、锅、铬、砷的危险废物产生量为1690.55万吨；金属制品业、皮革及其制品业、有色金属冶炼及压延加工业、化学原料及化学制品制造业和有色金属矿采选业等五个行业含重金属废物的排放量占全部工业总排放量的95.24％。重金属污泥如果不经处理就排放的话，会造成土壤和水体的严重污染，重金属通过食物链层层富集，产生慢性/蓄积毒性，对人类健康和生物多样性造成严重危害。

在很多工业固体废物中，重金属含量相对较高，很多重金属的含量已经超过其在金属矿中的品位。对重金属污泥中的重金属进行回收，不仅可以实现废物资源化利用，还能降低废物毒性，从而降低处置费用，可谓一举两得。重金属废物的综合利用技术包括干法和湿法两大类，而就回收元素铬和锌而言，还是湿法用的较多。湿法回收技术主要包括浸出和分离。最常见的湿法回收工艺有酸浸和氨浸。酸性浸出法的浸出率很高，但选择性不强；氨浸法对铜、镍、钴的选择性较强，对其它金属的回收应用较少。浸出后的后续分离方法有萃取法和化学沉淀法。采用合适的萃取分离法，目标金属的回收率很高，且获得的金属盐类产品的纯度也很高；萃取法是目前最常用的工艺，但萃取工艺复杂，有机溶剂消耗量大，萃取设备的投资和运营成本较高，废弃有机溶剂的处理也是个问题。

发明内容

本发明提出了一种回收重金属污泥中锌和铬的方法与装置，可以将锌和铬从污泥中分离出来并实现纯化。

一种回收重金属污泥中锌和铬的方法，它由以下步骤组成：

(1)预处理：将块状重金属污泥依次进行粉碎、研磨，获得粉末；

(2)浸取：将固体废物粉末和浸取剂、调节剂进行混合浸取；浸取反应后静置，待固液分离后，上清液留待中和，沉泥经过滤、洗涤后，作为一般固体废物处理；

(3)中和：向步骤(2)获得的浸取液中加入中和剂进行酸碱中和；中和液经过滤后留待蒸发结晶；滤渣留待溶解；

(4)蒸发和电解：将步骤(3)中获得的滤液进行蒸发结晶，获得铬酸盐；将步骤(3)中获得的滤渣加酸溶解，溶解液进行电解处理，在阴极板上获得电解锌。

其中，优选地，所述固体废物的预处理，经研磨后获得的固体粉末的粒径为0.5-2mm。

其中，优选地，所述步骤(1)中的浸取，控制混合液温度为40-90℃；浸取时间为20-120min。

其中，优选地，所述浸取剂为含有过氧化氢、二氧化氯、次氯酸钠中任意一种或几种的水溶液；调节剂为氢氧化钠。

其中，优选地，所述浸取剂的加入量以浸取剂溶液中的溶质计，为固体废物中铬含量(质量)的1-5倍；所述步骤(2)中调节剂加入后，操控条件为控制pH值＞12。

其中，优选地，所述步骤(2)中，沉泥过滤采用的是压滤；沉泥压滤后获得的泥饼采用1-10％的碱液洗涤。

其中，优选地，所述的步骤(2)中的浸取为多级浸取，多级浸取的工艺路线是，将预处理工序中获得的固体粉末浸取后固液分离，上清液送去中和；下层污泥暂不排出；此时用新配置的浸取液对所述的下层污泥进行第二次浸取，浸取完毕后静置，上清液泵出储存，用于下一批进料的第一次浸取；向压滤获得的滤液和泥饼洗涤液中补加浸取剂和调节剂，配置新的浸取液，用于下一批进料的第二次浸取；如此反复。

其中，优选地，所述步骤(3)中浸取后获得的上清液，在中和前需要过滤，使用的中和剂为硫酸或盐酸，中和反应的控制终点是pH值7.0-8.2，中和液的过滤方法为压滤；中和液经压滤分离后进入蒸发系统之前，需要进行精密过滤，过滤精度为5-25μm。

其中，优选地，所述步骤(4)中的电解处理，阴极板材料为铝板或不锈钢板；阳极板为石墨板或铅合金板。

一种回收重金属污泥中锌和铬的装置，其特征在于：包括多级浸取系统、酸碱中和系统、蒸发结晶系统、电解系统和加药系统；

所述多级浸取系统包括制浆机、1号浸取液罐、2号浸取液罐、3号浸取液罐和1号压滤机，1号浸取液罐和2号浸取液罐分别与制浆机双向连接，制浆机的出口与第三浸取罐连接，制浆机的泥浆出口与1号压滤机连接，1号压滤机滤液出口与2号浸取罐的进口连接；

所述酸碱中和系统，包括依次连接1号过滤器、中和罐、2号压滤机和滤液储罐，1号过滤器与第三浸取罐连接；

所述蒸发结晶系统包括2号过滤器和蒸发结晶系统，进液过滤器与滤液储罐连接；

所述电解系统包括溶解罐和电解槽，溶解槽和2号压滤机连接；

所述加药系统包括酸储槽、碱储槽和浸取剂储槽，酸储槽分别与中和罐和溶解罐连接，碱储槽和浸取剂储槽分别与2号浸取液罐连接。

本发明的有益效果：

1.采用本发明中提出的工艺和装置可以成功分离重金属污泥中的锌和铬，实现了废物资源化，锌和铬的回收率分别大于95％和90％；获得的产品收益大于运行成本，具有实际应用价值；

2.浸出后残余的滤渣，可以作为一般废物处理，大大降低了处置费用；

3.本发明的浸取工艺为多级浸取，实现了药剂的密闭循环；

4.本发明的电解工艺，电解过程产生的酸液回流至中和槽利用；通过上述方式，最大限度的避免了剩余药剂的排放，降低了药剂成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的后提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的回收重金属污泥中锌和铬方法的流程示意图；

图2为本发明提出的回收重金属污泥中锌和铬装置的示意图。

图中：1.制浆机；2.2号浸取液罐；3.3号浸取液罐；4.1号浸取液罐；5.1号压滤机；6.1号过滤器；7.中和罐；8.2号压滤机；9.滤液储罐；10.2号过滤器；11.蒸发结晶系统；12.溶解罐；13.电解槽；14.酸储槽；15.浸取剂储槽；16.碱储槽

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动后提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图2所示，本实施例提供一种回收重金属污泥中锌和铬的装置，包括多级浸取系统、酸碱中和系统、蒸发结晶系统、电解系统和加药系统；

多级浸取系统包括制浆机1、1号浸取液罐4、2号浸取液罐2、3号浸取液罐和1号压滤机5，1号浸取液罐4和2号浸取液罐2分别与制浆机1双向连接，制浆机1的出口与第三浸取罐连接，制浆机1的泥浆出口与1号压滤机5连接，1号压滤机5滤液出口与2号浸取罐的进口连接；

酸碱中和系统，包括依次连接1号过滤器6、中和罐7、2号压滤机8和滤液储罐9，1号过滤器6与第三浸取罐连接；

蒸发结晶系统包括2号过滤器10和蒸发结晶系统11，进液过滤器与滤液储罐9连接；

电解系统包括溶解罐12和电解槽13，溶解槽和2号压滤机连接；

加药系统包括酸储槽14、碱储槽16和浸取剂储槽15，酸储槽14分别与中和罐7和溶解罐12连接，碱储槽16和浸取剂储槽15分别与2号浸取液罐2连接。

其中，两装置间的物料输送通泵进行。

实施例2

本实施例提供回收重金属污泥中锌和铬的工艺过程，采用的是实施例1设置，其工艺流程图如图1所示。

本实施例中重金属污泥为湖北某电子元件制造厂产生的含铬、含锌废物，其主要成分如下：

将上述污泥首先送入破碎机破碎，破碎机出料进入棒磨机研磨成粉，经研磨后获得的固体粉末的粒径为0.5mm，磨机出料通过螺旋给料机输送至制浆机，将工业级液碱(30％)、次氯酸钠(10％)和水在2号浸取液罐中按一定比例配置成浸取液，浸取液的pH值为14.2，一起送入制浆机，搅拌浸取，浸取温度40℃；浸取时间为120min，物料投加量为0.72吨液碱/吨废物、1.8吨次钠/吨废物、0.5t水/吨废物；将浸取完毕的混合液在制浆机中静置40min后，将上清液泵入3号浸取液罐，以备后续分离；下层污泥留待第二次浸取，此时在2号浸取液罐中按上述比例配置浸取液，泵入制浆机，搅拌浸取，浸取温度80℃；浸取时间为20min，这视为二次浸取，加热至40℃，20min后浸取完毕，然后静置40min，上清液送入1号浸取液槽，用于下一批进料的第一次浸取。沉泥泵入压滤机压滤，压滤液排入2号浸取槽，泥饼用碱液(5％)洗涤，洗涤液消耗量为0.5吨/吨废物，碱洗后进行水洗；洗涤液一并排入2号浸取液槽。将洗涤后的泥饼按照HJ/T299-2007《固体废物-浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》组织浸出实验，检测发现，浸出液中的铜、锌、镍、铬、镉、铅等重金属的浓度低于GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》中规定的限值；故将此泥饼外运至一家制砖厂，用于制砖。

向2号浸取液槽里补加液碱和次钠，补加量为0.6吨液碱/吨废物、1.4吨次钠/吨废物，配置新的浸取液，用于下一批进料的第二次浸取。第一批物料浸取完毕后，将3号浸取罐中的分离液送入中和罐，加硫酸(98％)进行中和，中和反应控制终点为pH＝8.1；将中和后的混合液送入压滤机压滤，滤液泵入铬酸钠罐；泥饼水洗后，冲洗水一并送入铬酸钠罐；泥饼送入硫酸锌溶解罐，加酸溶解。铬酸钠罐的滤液经多介质过滤器(过滤精度为5μm)过滤后，送入二效蒸发系统，蒸发结晶，获得铬酸钠；硫酸锌溶解后送入电解槽(石墨板阳极+铝板阴极)电解，在阴极板上获得电解锌。铬和锌的回收率分别为94.4％和90.5％。

在本实施例中，浸取剂为10％的次氯酸钠溶液，也可为过氧化氢或二氧化氯水溶液，本实施例中的液碱为氢氧化钠水溶液。

其中，电解槽也可为不锈钢板阴极和铅合金板阳极。

实施实例3

本实施例提供回收重金属污泥中锌和铬的工艺过程，采用的是实施例1设置，其工艺流程图如图1所示。

本实施例中重金属污泥为湖北某皮革厂产生的含铬废物，其主要成分如下：

因污泥中锌含量较少，故只回收铬。

污泥经锤破、棒磨后，得粒径为2mm粉料，粉料由人工送至制浆机，将工业级液碱(30％)、次钠(10％)和水在2号浸取液罐中配置成浸取液，pH值为15，一起送入制浆机，搅拌浸取，浸取温度90℃；浸取时间为20min，物料投加量为0.15吨液碱/吨废物、3.9吨次钠/吨废物、0.5t水/吨废物；将浸取完毕的混合液在制浆机中静置30min后，将上清液泵入3号浸取液罐，以备后续分离；下层污泥留待第二次浸取，此时在2号浸取液罐中按上述比例配置浸取液，泵入制浆机，搅拌浸取，浸取温度80℃；浸取时间为20min，这视为二次浸取，浸取完毕后静置30min，上清液送入1号浸取液槽，用于下一批进料的第一次浸取。沉泥泵入压滤机压滤，压滤液排入2号浸取槽，泥饼水洗；洗涤液一并排入2号浸取液槽。将洗涤后的泥饼按照HJ/T299-2007《固体废物-浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》组织浸出实验，检测发现，浸出液中的铜、锌、镍、铬、镉、铅等重金属的浓度低于GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》中规定的限值；故将此泥饼直接做为一般废物填埋处理。

向2号浸取液槽里补加液碱和次钠，补加量为0.15吨液碱/吨废物、1.2吨次钠/吨废物，配置新的浸取液，用于下一批进料的第二次浸取。第一批物料浸取完毕后，将3号浸取罐中的分离液送入中和罐，加硫酸(98％)进行中和，中和反应控制终点为pH＝7.0；将中和后的混合液送入袋式过滤器过滤，滤液泵入铬酸钠罐；泥饼水洗后，冲洗水一并送入铬酸钠罐；泥饼按HJ/T299-2007所述的方法检测后，作为一般废物填埋处理。铬酸钠罐的滤液经多介质过滤器(过滤精度为25μm)过滤后，送入二效蒸发系统，蒸发结晶，获得铬酸钠，铬回收率为92％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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)

1.一种回收重金属污泥中锌和铬的装置，其特征在于：包括多级浸取系统、酸碱中和系统、蒸发结晶系统、电解系统和加药系统；

所述多级浸取系统包括制浆机、1号浸取液罐、2号浸取液罐、3号浸取液罐和1号压滤机，1号浸取液罐和2号浸取液罐分别与制浆机双向连接，制浆机的出口与3号浸取液罐连接，制浆机的泥浆出口与1号压滤机连接，1号压滤机滤液出口与2号浸取液罐的进口连接；

所述酸碱中和系统，包括依次连接1号过滤器、中和罐、2号压滤机和滤液储罐，1号过滤器与3号浸取液罐连接；

所述蒸发结晶系统包括2号过滤器和蒸发结晶系统，2号过滤器与滤液储罐连接；

所述电解系统包括溶解罐和电解槽，溶解罐和2号压滤机连接；所述电解槽的阴极板材料为铝板或不锈钢板，阳极板为石墨板或铅合金板；

所述加药系统包括酸储槽、碱储槽和浸取剂储槽，酸储槽分别与中和罐和溶解罐连接，碱储槽和浸取剂储槽分别与2号浸取液罐连接。