【簡(jiǎn)介】

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院,湖北武漢430074)

摘要:探討了對(duì)武漢某工業(yè)園含磷電鍍污泥酸浸,除雜提磷的工藝條件.當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%,鹽酸用量0.5t/t污泥,在液固比為8:1,浸出溫度為25℃,浸出時(shí)間為1h時(shí),磷的浸出率可達(dá)到95%;在浸出液中添加碳酸氫銨制得的磷銨,達(dá)到合格品的標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了電鍍污泥的綜合利用.

關(guān)鍵詞:電鍍污泥;酸浸;綜合利用

中圖分類號(hào):TQ126  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi:10.3969/j.issn.1674-2869.2011.02.013

文章編號(hào):1674-2869(2011)02-0049-04

引言

電鍍污泥是電鍍企業(yè)處理電鍍廢水而產(chǎn)生的一種固體廢物.電鍍是利用電化學(xué)的方法對(duì)金屬和非金屬表面進(jìn)行裝飾、防護(hù)及獲取某些新性能的一種工藝過程.在電鍍鍍件表面磷化工藝預(yù)處理中需要使用主要組成為酸式磷酸鹽的含磷化合物,鍍件經(jīng)除銹清洗后產(chǎn)生含有Fe,Zn,Ca等金屬元素的磷化渣和含磷廢水,廢水經(jīng)處理后形成大量磷化渣等含磷污泥.電鍍污泥對(duì)環(huán)境造成的危害已引起人們的極大關(guān)注.

電鍍污泥可以分為分質(zhì)污泥和混合污泥兩大類,不同類型的污泥采用不同的方法加以處理和利用.國(guó)內(nèi)外對(duì)有價(jià)值的分質(zhì)電鍍污泥一般是送交冶煉金屬,如鉻污泥、鎳污泥用于煉不銹鋼,銅污泥用于煉銅等.而對(duì)于混合污泥多采用固化處理,如經(jīng)水泥固化并經(jīng)浸漬檢驗(yàn)合格后安全填埋.本實(shí)驗(yàn)研究的電鍍污泥含有磷元素以及多種金屬成分,其中磷的含量較高,可作為一種廉價(jià)的可再生資源.本實(shí)驗(yàn)利用鹽酸浸出電鍍污泥中磷制備磷銨,探討了鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù),浸出時(shí)間,液固比,溫度對(duì)污泥浸取的影響.當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%,鹽酸用量0.5t/t污泥,在液固比為8:1,浸出溫度為25℃,浸出時(shí)間為1h時(shí),磷的浸出率達(dá)到95%;在浸出液中添加碳酸氫銨制得的磷銨,達(dá)到合格品的標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了電鍍污泥的綜合利用(筆者也曾經(jīng)用硫酸進(jìn)行酸浸析出試驗(yàn)詳見《某電鍍廠污泥酸浸除雜提磷試驗(yàn)》).回收處理電鍍污泥及實(shí)現(xiàn)污泥的無害化處理,既可避免污泥造成二次污染,又可回收電鍍污泥中的磷元素,具有較好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

實(shí)驗(yàn)原料取自武漢某工業(yè)園電鍍廢水經(jīng)化學(xué)沉淀后的水處理污泥,經(jīng)制樣后,采用EDAX進(jìn)行分析測(cè)試,結(jié)果如表1和圖1所示.由表1可知,電鍍水處理污泥中主要含有P,Ca和Zn,而Al,Ti,Ni等含量較少.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取一定量制備后的電鍍污泥,按一定液固比在一定溫度下,邊攪拌邊加入一定量的鹽酸,采用一次一因素法進(jìn)行浸出試驗(yàn),過濾,取濾液分別采用鉬酸銨分光光度法分析磷的濃度,磺基水楊酸吸光光度法測(cè)定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

由下式計(jì)算磷和鐵的浸出率.

η%=(Cn·V/C0·m)×100%

式中:η%———磷和鐵的浸出率;

Cn———浸出液中磷和鐵的濃度;

V———浸出液的體積;

C0———單位質(zhì)量電鍍污泥中磷和鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù),

m———電鍍污泥的質(zhì)量.

通過分析電鍍污泥中含磷量為11.30%,鐵的含量為0.57%,通過鉬酸銨容量法分析電鍍污泥的P2O5的含量為27.30%.

2 結(jié)果及討論

2.1 電鍍污泥浸出試驗(yàn)

以下為試驗(yàn)結(jié)果及分析.

2.1.1 浸出時(shí)間對(duì)浸出率的影響

取干污泥4.000g于250mL燒杯中,控制液固比為5:1,加入20mL鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%),浸出溫度為40℃,改變浸出時(shí)間分別為0.25、0.5、1、2、3h.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

由上圖可知磷的浸出率隨時(shí)間波動(dòng)不大,并且保持在一個(gè)較高的水平90%以上,在浸出時(shí)間2h之后,磷的浸出率下降,而鐵的浸出率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),這是因?yàn)殡婂兾勰嗬锏慕饘倥c浸出的磷酸反應(yīng)生成沉淀而損失磷酸,例如MgO與磷酸反應(yīng)生成磷酸氫鎂沉淀而損失磷酸,Fe2O3與磷酸反應(yīng),生成細(xì)小的磷酸鐵晶體沉淀.在浸出時(shí)間為1h時(shí)磷的浸出率已達(dá)到95%,時(shí)間增加能耗增大,綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本,可得浸出時(shí)間為1h時(shí)的效果最好.

2.1.2 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)浸出率的影響

在2.1.1選取的條件下,改變鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行浸出試驗(yàn),改變鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6%、7.2%、9%12%,18%實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.

由圖3可知隨著鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,磷的浸出率呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì),質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)磷的浸出率趨于穩(wěn)定可達(dá)到90%以上,此時(shí)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加對(duì)磷浸出影響已不明顯;對(duì)于鐵而言,隨鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加浸出率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),這是因?yàn)榻龅牧姿崤c鐵反應(yīng)生成細(xì)小的磷酸鐵晶體沉淀而消耗了鐵.在鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%磷的浸出率已達(dá)到90%以上這一較好指標(biāo),綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益故選取鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%為宜.

2.1.3 液固比對(duì)浸出率的影響

在2.1.2選取的條件下,改變液固比分別為3:1、5:1、8:1、10:1、12:1、15:1,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

由圖4可見,液固比對(duì)磷和鐵的浸出率影響各異,隨著液固比的增加,磷的浸出率先增大后減小,這是因?yàn)榻龅牧姿崤c金屬反應(yīng)生成難溶的細(xì)粒沉淀而使浸出率降低,而鐵的浸出率先減小后增大,當(dāng)液固比是8:1時(shí)磷的浸出效果最好,故實(shí)驗(yàn)選擇液固比為8:1.

2.1.4 溫度對(duì)浸出率的影響

在2.1.3選取的條件下,改變浸出溫度分別為:25、35、40、45、50、55℃,試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.

由圖5可知,25℃時(shí)磷的浸出率高達(dá)95%以上.隨著溫度的增加磷與鐵的浸出率呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì).增加溫度會(huì)使鹽酸揮發(fā)而降低鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)使磷的浸出率下降,而且加溫會(huì)增加能耗,所以選擇25℃為最佳浸出溫度.

2.1.5 鹽酸用量對(duì)浸出率的影響

在2.1.4選取的條件下,改變鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)用量分別為15,20,25,30,35mL,試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.

由圖6可知隨著鹽酸用量的升高磷的浸出率先增大后減小這是因?yàn)辂}酸與金屬反應(yīng)產(chǎn)生難溶沉淀而降低磷的浸出率,鐵的浸出率呈現(xiàn)不規(guī)則變化;在鹽酸用量為20mL時(shí),磷的浸出率達(dá)到95%,其后磷的浸出率小幅度增加考慮經(jīng)濟(jì)成本,故最佳條件為20mL.

2.2 浸出液除雜凈化制取磷銨試驗(yàn)

在上述條件下用鹽酸浸出,電鍍污泥浸出液中主要含有磷,還含有如Fe3+、Fe2+等雜質(zhì)離子.因此需要對(duì)浸出液進(jìn)行凈化,試驗(yàn)采用NaOH溶液調(diào)pH的化學(xué)沉淀法進(jìn)行除雜凈化,除鐵后的浸出液進(jìn)一步用NH4HCO3凈化,其反應(yīng)產(chǎn)物有NH4H2PO4,(NH4)2HPO4,(NH4)3PO4.在實(shí)驗(yàn)過程中討論了反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度對(duì)磷銨產(chǎn)率的影響.經(jīng)分析測(cè)試,該樣品中有效磷(以P2O5計(jì))的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.5%,總氮(N)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.5%,總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(N+P2O5)為52%.水溶性磷占有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81%.產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家合格品的標(biāo)準(zhǔn).

由圖7可知,隨著時(shí)間的增加磷銨產(chǎn)率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),在反應(yīng)開始的1h內(nèi)磷銨產(chǎn)率迅速增加.從1.5h開始產(chǎn)率趨于穩(wěn)定且達(dá)到90%以上,由此可知最佳反應(yīng)時(shí)間為1.5h.

由圖8可知,當(dāng)溫度為30℃磷銨產(chǎn)率高達(dá)98%,故試驗(yàn)最佳溫度為30℃.

本實(shí)驗(yàn)是對(duì)電鍍污泥進(jìn)行的小型試驗(yàn),對(duì)中試以及大規(guī)模的工業(yè)研究具有一定的指導(dǎo)作用.有關(guān)浸出液除雜凈化和制取磷銨產(chǎn)品的試驗(yàn),還有待進(jìn)一步探索研究.

3 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)研究了從電鍍污泥中回收磷的工藝.通過對(duì)電鍍污泥的工藝研究,實(shí)現(xiàn)了電鍍污泥的減量化、資源化以及無害化.

確定了浸出電鍍污泥的工藝條件,當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%,鹽酸用量0.5t/t污泥,在液固比為8:1,浸出溫度為25℃,浸出時(shí)間為1h時(shí),磷的浸出率可達(dá)到95%左右.實(shí)驗(yàn)采用NaOH溶液調(diào)pH的化學(xué)沉淀法對(duì)浸出液進(jìn)行除雜凈化,除鐵后制取磷銨產(chǎn)品,樣品中有效磷(以P2O5計(jì))的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.5%,總氮(N)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.5%,總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(N+P2O5)為52%.水溶性磷占有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81%.產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家合格品的標(biāo)準(zhǔn).實(shí)驗(yàn)確定了制取磷酸二銨的反應(yīng)條件為溫度30℃,反應(yīng)時(shí)間2h.

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