电镀污泥黄钢铁矾法废渣固化制砖固废毕业设计.docx
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电镀污泥黄钢铁矾法废渣固化制砖固废毕业设计
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8）致谢
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图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
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4）图表应绘制于无格子的页面上
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5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
本文主要研究黄钠铁矾法回收电镀污泥中的有价金属的优化工艺流程以及
采用固化方法处理在回收工艺过程中产生的废渣（浸出渣和净化渣）的最佳配
方，并且提出废渣制砖的方案，不但要达到废渣无害化的目的，还要实现废渣
资源化。
本试验研究的结果略述如下：
①在回收有价金属试验中，铜的回收率
达95%，镍的回收率达72%，铬的去除率达100%；②固化处理废渣的最佳配
方是：
废渣:
水泥:
砂:
煤灰=1:
2:
1.67:
0.3（本试验用的废渣由浸出渣与净化渣按质量比为2:
1混合而成），经浸出试验证明，固化体的浸出液中铜、镍、铬的含量符合GBA5085.3-1996的浸出液毒性标准，浓度全部低于1.0mg/L；③制砖最佳配方为：
废渣:
水泥:
沙:
煤灰=2.5:
40:
50:
7.5（百分比），经测试,抗压强度达33.70MPa，可用于制造非承重墙体砖等。
关键词：
电镀污泥黄钢铁矾法废渣固化制砖
AStudyontheComprehensiveUtilizationand
DisposalofElectroplatingSludge
Abstract
TheextractionofvaluedmetalsfromtheelectroplatingsludgeisinvestigatedusingtheJarositeprocessinthispaper.Thebestratioofmixtureusedtosolidifythewasteslag（includeingextractionslagandpurificationslag）whichisproducedaftertheextractionofvaluedmetalsisdetermined.Agoodprogramforbrickformationusingthewasteslagisobtained.Ourinvestigationaimstorecoverresourcesfromthesludgeandmakethewasteslaginnocuous.Thetestresultsareconcludedas3pointsasfollows.First,intheextractiontest,therecoveryofCuandNifromthesludgeis95%and72%respectively,andCrinthesludgeisremovedcompletely.Second,thebestratioofsolidificationmixtureis“slag:
cement:
sand:
flyash=1:
2:
1.67:
0.3”,andtheleachtestsofsolidifiedmixtureprovethattheleachefficiencyofCrcanreachtheGB5085.3-1996toxicitystandardsetbytheGovernment.Third,thebestprescriptionforbrickformationis“slag:
cement:
sand:
flyash=2.5:
40:
50:
7.5（percentageratio）”,whosecompressionstrengthreaches33.70Mpa,inaccordancetothestrengthstandardofnon-bearingpartition.
KeyWords:
electroplatingsludge,Jarositeprocess,wasteslag,solidification,
brickformation
第一章 工艺流程概述
一.前言
电镀污泥是使用化学方法处理电镀废水的必然产物，也是检验电镀厂是否有处理电镀废水的标志。
污泥的含水率极高，成分因不同的电镀工业而不同，但其中都含有大量的重金属离子如Cr3+和有价金属离子如Cu2+、Ni2+等。
若把这些污泥直接填埋或露天堆放，不仅会造成重金属离子对水体和土壤的二次污染，而且还浪费了大量的有价金属，因此必须对电镀污泥进行无害化处理和资源化处理。
对于电镀污泥的处理，国内现有的方法主要是固化－稳定化处理、热处理、填海与堆放等。
这些方法的优点是可以简易地处理掉大量的污泥，无需花费很多的成本，缺点是没有回收利用污泥中的金属资源，不仅造成浪费，而且容易引起二次污染。
因此，人们提出了各种关于电镀污泥综合利用的资源化处理方案，如用铁氧体法处理污泥生产磁性材料或铁黑颜料、制煤渣砖、制大火棕颜料、制抛光膏和鞣革剂等。
国外有关电镀污泥处理的方法及水平与国内相差不大，至今还没有一种完全成熟的处理方法，因此也为本文述及的处理方案提供了很大的研究空间。
广东东范市长安镇和虎门镇拥有上百家规模不一的电镀厂，每年为处理电镀废水就要产出约６０００吨的电镀污泥，可见，寻求合理地处理电镀污泥的方法是迫在眉睫的。
受东莞市环保服务中心长安服务部委托，广东工业大学环资系的电镀污泥资源化及无害化处理课题组经过四个月的实验室小型试验，研究出有效的处理工艺并提交了小型试验报告。
经审核后又进行了连续五次每次处理100公斤污泥的扩大试验，并证实了小型试验提出的工艺的可行性。
该工艺己于2000年2月26日通过了由广东省科学技术委员会主持的技术鉴定，鉴定结果为该技术属国内首创，希望尽快使技术在生产中应用并实现产业化。
本文是在课题组试验研究的基础上，针对鉴定会专家提出的“改善工艺流程及进行固化试验”的意见进行试验的。
本试验研究提出，在净化液处理中采用碳酸氢钠和氢氧化钠混合物代替原工艺中使用单一氢氧化钠沉淀镍的方法，进一步研究出以“废渣:
水泥:
砂:
煤灰=1:
2:
1.67:
0.3”为最佳固化处理废渣的配方，并且经初步研究提出以“废渣:
水泥:
砂:
煤灰=2.5:
40:
50:
7.5（百分比例）”的比例制造免烧砖的方案。
经过上述的工艺处理，可达到电镀污泥无害化和资源化处理
的目的，因此本文的研究对以后更好的处理电镀污泥具有一定的参考价值。
二.文献综述
1.电镀污泥处理现状
目前国内处理电镀污泥的方法多种多样，分述如下：
〈1〉电镀混合污泥制煤渣砖
上海市轻工业研究所的张秀广等经研究认为：
利用煤渣蒸养法制砖时掺入含水率85%～98%的电镀污泥，是防止电镀污泥二次污染的经济而可靠的方法。
他们提出以“煤渣:
电镀污泥:
石灰:
磷石膏=75:
15:
8:
2”的配方制造煤渣砖，并通过物理力学性能（抗折强度和抗压强度）、耐久性能及其他性性能的测试，达到上海市房地局蒸养煤渣砖质量标准（沪Q/FD-004-79）的技术要求，基本满足了墙体材料的要求[1]。
本法的优点是不仅实现了电镀污泥的资源化，同时也可处理部分的。
煤渣、磷石膏等废渣，以废治废，具有很高的实用价值。
但此法没有对污泥中的有价金属进行回收处理，造成浪费。
其次，煤渣和磷石膏是废弃物，不容易在市场上获得。
〈2〉生产大火棕颜料
深圳市环保局的李世良提出，因为电镀污泥中的主要成分——铬、锌、铁的氧化物是生产大火棕颜料所需的，因此通过调整污泥的成分制成制造大火棕颜料的生料，然后经过混匀磨碎，在1100～1200℃的工业窑炉中焙烧而成大火棕颜料产品，该产品可用于陶瓷行业及建筑行业作为颜料着色剂或内外墙涂料[2]。
这个方法不但能使电镀污泥得到无害化和资源化处理，而且能产生较高的经济效益。
但由于不同的电镀厂的污泥成分比例相差较大，不能满足颜料要求，需通过将不同比例的污泥进行调配或补充，使它达到颜料配方的要求，这一步骤需要较复杂的工艺过程，不适于在中小型电镀厂中推广。
〈3〉从含电镀污泥中提取金属
此方法提出用碳粉与污泥按一定比例混合后以1000℃高温煅烧，使Cr3+转化成单质Cr，研究结果表明该法能将三价铬转化为零价铬，不但彻底除掉了其中的Cr3+,使废渣无害化，还取得了金属铬，实现了废渣资源化。
利用这种方法来处理废渣既简单又经济，是一种简单易行的方法[3]。
但过程需要1000℃的高温煅烧，工艺对设备的要求较高，也不适于在中小型电镀企业中推广。
〈4〉含铜、镍污泥的处理
国内一些研究提出采用湿法氢还原对电镀污泥氨浸产物中的铜、镍、锌等有价金属进行了分离回收，酸溶处理后在硫酸氨体系弱酸性溶液中氢还原分离出铜粉，然后在氨性溶液中还原提取镍粉，最后沉淀加氢还原尾液中的锌，所得铜汾和镍粉的纯度可达99.5%，铜的回收率达99%，镍的回收率达98%以上[4]。
可见湿法氢还原法对回收电镀污泥中的有价金属的效果是非常好的，但其工艺复杂，设备及操作条件要求高。
〈5〉其他处理方法
除上述的处理方法外，目前最常用的处理方法是将污泥固化填埋，但只能达到无害化处理的目的，未能实现资源化。
其次常用的方法是把污泥用于制塑料填充料、抛光膏、鞣革剂等，这些处理方法需要经过污泥的脱水、烘干、粉碎、过筛等操作，工艺繁复，所需设备多，投资成本高[1]。
由上还可见，目前对于电镀污泥的处理确实没有一种完全成熟的处理方法。
本试验处理的污泥主要是含铜、镍、铬的混合污泥，现用铁屑置换出铜然后再用黄钠铁矾法除铁钙铬，最后回收镍。
本法所需的工艺条件和设备要求低，操作简单。
过程中产生的废渣用固化方法处理或用作建筑材料，达到无害化和资源化的目的。
本方案应用于工业生产，投资成本低，生产效益高，兼顾了环境和社会两方面的效益。
2.本研究的主要内容
本文参考了前人的研究工作，结合我们的具体情况，针对金晖和兴业两间电镀厂的电镀污泥，拟定下列试验工作，试验研究结果将为电镀污泥的综合利用实际推广提供技术依据：
（1）改善回收有价金属的工艺流程；
（2）提出固化处理废渣的优化配方；
（3）研究废渣做建材使用的可行性。
三.试验研究方法
1.工艺过程
<1>验证流程试验
本文所提出的回收电镀污泥工艺流程是以课题组提出的工艺流程为基础的，改进之处在于用碳酸氢钠和氢氧化钠的混合试剂代替单一氢氧化钠沉淀。
NaOH与Ni2＋反应生成的沉淀是Ni（OH）2胶体，难于过滤，若应用于工业生产会造成生产周期的延长和能源的浪费。
用NaHCO3+NaOH替代后，过滤困难的问题得以解决，其他方面也能达到原工艺流程的效果。
本工艺流程图如图１所示，详细的操作条件在以下各节中列出。
<2>固化实验
固化处理的目的是将废渣无害化处理，并且要与成本相结合，不能使用成本过高的固化方案。
固化体应进行浸出试验，浸出液中重金属离子浓度应达GB5085.3-1996的浸出液毒性标准，确保不会造成二次污染。
本试验固化处理的对象是在回收工艺过程中产生的废渣——浸出渣和净化渣按质量比为2:
1混合的废渣。
其他材料包括水泥、砂及添加剂。
添加剂采用氧化铝、石膏和煤灰。
固化实验先用单因素试验方法粗略测试用不同品种和用量的上述材料来固化处理废渣的效果，得到较优化的配比后再用仪器测定用这些配比制出的固化体的强度，同时做浸出试验，最后确定最佳固化方案。
<3>制砖试验
在固化处理的基础上，本文提出用废渣制造非承重墙体砖和取代部分水泥作建筑材料的方案，试验方法与3.1.2所述基本相同。
2.试验原料及试剂
试验采用的是东芜市长安镇金晖电镀厂和兴业电镀厂的污泥，并以质量比为金晖:
兴业=2:
1和1:
1两种配比混合的污泥为处理对象，并将2:
1配方编号为“A”,1:
1配方编号为“B”，有关原料的成分如表1－1所示。
表1-1电镀污泥成分表
外观
水分/%
化学成分
Cu
Ni
Cr
Fe
Ca
金晖污泥
灰色
67.75
8.89
7.23
0.27
7.05
13.9
兴业污泥
草绿色
53.50
2.33
28.21
1.94
23.05
1.92
A
墨绿色
68.75
8.03
14.71
0.67
B
墨绿色
64.75
5.76
16.15
0.75
由表1-1可知，污泥的成分是很不稳定的。
此外，污泥的含水量较低是由于放置时间过长造成的。
试验所使用的试剂有：
98%H2SO4、NaClO3、NaHCO3、Na2CO3、NaOH、KSCN、NH4F、NaF、1％2,2’－联吡啶乙醇溶液、石灰、石膏、铁屑。
上述试剂中除NaClO3是化学纯试剂，铁屑和石膏为工业用级别外均为分析纯试剂。
试验过程中使用的水是自来水。
固化实验使用的水泥为425号普通硅酸盐水泥，砂为标准砂。
3.试验方法
<1>试验设备
DF-101B集热式恒温磁力搅拌器浙江省乐清市乐成电器厂
WMZK-01温度指示控制仪上海医用仪表厂
PHS-3C型酸度计上海雷磁仪器厂
GY-07电热鼓风干燥箱哈尔滨理化仪器厂
KZY-500型电动抗折仪沈阳市分析仪器厂
YE-30型液压式压力试验机广州试验仪器厂
Z-8000型原于吸收分光光度计日立
GZ-ST型水泥胶沙搅拌机广州市建材中等专业学校实习厂
GZ-YY型水泥胶沙震动台广州市建材中等专业学校实习厂
台式天平和电子天平
<2>分析方法
1）常量分析：
Cu：
碘量法Ni：
二酮月亏容量法Cr：
酸溶－亚铁容量法
2）微量分析：
原子吸收分光光度法
〈3〉试验方法
1）工艺流程试验：
取一定量污泥按综合回收与治理试验流程图进行，每个过程取样分析并进行计算；
2）沉镍试验分别用NaHCO3、NaHCO3＋NaOH、NaOH和Na2CO3+NaOH四个因素进行沉镍试验，比较试验结果；
3）废渣处理试验采用单因素法进行试验。
四.试验结果与分析
1.验证流程试验
综合回收利用处理电镀污泥中的有价金属及重金属试验共做了五个，分别编号为W-1、W-2、W-3、W-4、W-5，其中W-1、W-3和W-4取样A的混合污泥，W-2和W-4取样B的混合污泥。
验证流程试验按图1所示的流程进行。
试验结果如以下章节示。
<1>浸出
称取混合污泥500g，置于2000ml大烧杯中，加入等量的水，搅拌20～30min，
直至混合物呈稀浆状。
滴加98％H2SO4。
把浆料的pH值调至0.5～1.0，并不断搅拌，用精密试纸测量pH值，达到0.5～1.0后再继续搅拌30min，让其中的金属离子充分浸出。
过滤后得到灰色的浸出渣和墨绿色的浸出液，有关反应方程式为：
M（OH）2+H2SO4＝MSO4十2H2O。
浸出结果见表1-2。
表1-2浸出试验
编号
污泥量/g
H2SO4
/ml
浸出渣量/g
浸出渣成分/%
浸出率/%
Cu
Ni
Cr
Cu
Ni
Cr
W-1
500
75.0
125.88
0.68
1.75
0.15
93.18
90.43
82.00
W-2
500
81.3
96.43
0.72
1.16
0.14
93.16
96.06
89.79
W-3
500
89.0
101.04
1.06
1.04
0.17
91.46
95.43
83.63
W-4
500
100.0
68.50
0.61
0.39
0.12
95.86
99.06
93.78
W-5
500
83.3
110.83
1.50
0.92
91.84
92.76
由表1-2可知，浸出时如加入足够量的硫酸，污泥中有价金属基本被溶解，铜的浸出率为95%，镍的浸出率为95%，铬的浸出率大于82%，并且浸出率随着硫酸加入量的增加而增加。
<2>置换铜
置换浸出液中的铜是使用廉价易得的铁屑，置换前须将铁屑用碱液清洗以除油并用清水冲洗干净。
将干净铁屑放入浸出液中，搅拌并反应30～45min，使铜完全置换干净，另用新鲜铁屑放入浸出液中时表面不再有红色出现。
反应为：
Fe2++Cu2＋=Cu↓+Fe置换完成后过滤得铜粉（海绵铜）和待净化处理的滤液。
置换试验结果见表1-3。
表1-3置换铜试验结果
编号
铁屑量/g
海绵铜量/g
海绵铜品位/%
纯铜量/g
铜直接回收率/%
W-1
9.40
11.39
94.47
10.76
85.74
W-2
9.44
11.13
89.22
9.93
97.82
W-3
11.86
13.94
96.77
12.50
99.60
W-4
9.38
11.05
90.63
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