【簡(jiǎn)介】

施銀燕，徐玉福，胡獻(xiàn)國(guó)

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽合肥230009）

摘要：采用化學(xué)沉淀法從化學(xué)鍍鎳廢水中回收鎳，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了NaOH處理含鎳廢水的工藝參數(shù)，并對(duì)沉渣鎳鹽進(jìn)行了處理。結(jié)果表明，化學(xué)沉淀法處理化學(xué)鍍鎳廢水的最佳工藝參數(shù)為：H2O2 30 mL/L，NaOH 15.67 g/L，絮凝劑聚丙烯酰胺4 g/L。用硫酸處理沉淀物后鎳的回收率可達(dá)97.25%。

關(guān)鍵詞：化學(xué)鍍鎳，廢水，化學(xué)沉淀，鎳回收

中圖分類(lèi)號(hào)：X 781.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4742（2011）05-0044-03

O前言

化學(xué)鍍鎳是以鎳鹽和次磷酸鹽等作用生成Ni-P非晶鍍層[1]，具有不需外電源、鍍層均勻、硬度高、耐磨性能好、鍍覆部件不受尺寸形狀限制等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件的耐磨與減摩以及表面強(qiáng)化等領(lǐng)域。但目前大部分化學(xué)鍍鎳廢水以廢水的形式直接排放，造成資源浪費(fèi)。同時(shí)鎳的毒性較大，含鎳廢水直接排放必將對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害[2-3]。因此，研究化學(xué)鍍鎳廢水中Ni2+的回收利用方法已引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。

目前化學(xué)鍍鎳廢水的處理方法有很多，如電解法、化學(xué)法、吸附法、生物法等。其中化學(xué)沉淀法簡(jiǎn)便、實(shí)用，在含鎳廢水處理中應(yīng)用最多，且隨著在線(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)控制儀的使用，有逐漸增加的趨勢(shì)。由于化學(xué)鍍鎳廢水的化學(xué)成分復(fù)雜，配位劑的質(zhì)量濃度高，難以直接用沉淀的方法徹底回收鎳。本文用破配位劑首先破壞化學(xué)鍍鎳廢水的配位能力，進(jìn)而以 NaOH為沉淀劑，最大程度地回收化學(xué)鍍鎳廢水中的鎳。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 廢水成分分析

本實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)鍍鎳廢水取自某金屬材料公司，經(jīng)過(guò)濾處理后，廢水的pH值為4.30，主要成分為：Ni²⁺ 17367 mg/L,Fe²⁺ 3.O mg/L,Cu²⁺ 15.2 mg/L，Zn²⁺ 13.7 mg/L。

由以上水質(zhì)數(shù)據(jù)可知：該公司排放的含鎳廢水中，Ni²⁺的質(zhì)量濃度很高，回收其中的Ni²⁺不僅可以減小對(duì)環(huán)境的污染，更有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2主要儀器及試劑

采用的主要儀器有721分光光度計(jì)，pH計(jì)。采用的主要試劑有NaOH（ AR），質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H₂O₂。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）廢水成分分析

取經(jīng)過(guò)過(guò)濾除雜的含鎳廢水，用原子吸收光譜分析法分析溶液中的離子組成。

（2）廢水處理

向廢水中加入一定量的H₂O₂進(jìn)行破配位處理，然后加入一定量的NaOH攪拌0.5 h，靜置分層，測(cè)定上層清液中的Ni²⁺的質(zhì)量濃度，計(jì)算Ni²⁺的去除率。

（3）聚丙烯酰胺（PAM）對(duì)沉淀速率的影響

取100 mL廢水，向廢水中加入30 mL/L的 H₂O₂，常溫下再向廢水中加入15.67 g/L的固體 NaOH和一定量的PAM，反應(yīng)0.5 h后立即轉(zhuǎn)入到帶有刻度的試管中，記錄沉淀物沉淀至40 mL處時(shí)的時(shí)間，考察PAM的質(zhì)量濃度對(duì)沉淀速率的影響。

（4）沉淀物的處理

取100 mL廢水，向廢水中加入30 mL/L的H₂O₂，常溫下再向廢水中加入15.67 g/L的固體 NaOH和一定量的PAM，反應(yīng)0.5 h后過(guò)濾，將濾餅置于烘箱中于120℃下干燥2h，稱(chēng)重。然后將 Ni (OH)₂用0.1 mol/L的H₂S0₄溶解，蒸發(fā)結(jié)晶，得到鎳的硫酸鹽，稱(chēng)重，計(jì)算鎳的回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 H2O2對(duì)Ni2+去除率的影響

向100 mL廢水中加入一定量的H₂O₂，然后加入1.5 g NaOH，攪拌0.5 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。

由圖1可知：在廢水中加入H2O2，Ni2+的去除效率明顯提高，且隨著H₂O₂的體積分?jǐn)?shù)的增加， Ni²⁺去除率也增加。這是因?yàn)樵诨瘜W(xué)鍍鎳廢水中鎳主要以配位物[Ni3（C6H5O7）2]的形式存在，只靠加堿很難使鎳沉淀完全。加入H₂O₂可以破壞配位物[4]，形成更多的游離Ni²⁺，使得Ni²⁺的去除率提高。從圖中還可以看出：當(dāng)H₂O₂的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30 mL/L后，去除率不再增加。由此可見(jiàn)，H₂O₂最佳體積分?jǐn)?shù)為30 mL/L。

2.2 NaOH對(duì)廢水pH值的影響

向廢水中加入30 mL/L的H₂O₂，常溫下，緩慢添加不同質(zhì)量濃度的NaOH，同時(shí)測(cè)定反應(yīng)體系的 pH值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

由圖2可知：當(dāng)NaOH的質(zhì)量濃度在3.79 g/L以?xún)?nèi)時(shí)，反應(yīng)體系的pH值隨著NaOH的質(zhì)量濃度的增加迅速增加，這是因?yàn)樘砑拥腘aOH與廢水中的H+反應(yīng)，導(dǎo)致pH值迅速上升；當(dāng)NaOH的質(zhì)量濃度達(dá)到3.79 g/L后，體系的pH值達(dá)到11.26，繼 續(xù)添加NaOH，pH值不再變化，這是因?yàn)镺H-與廢水中的Ni²⁺發(fā)生反應(yīng)，生成Ni（OH）2，pH值不 變化；而當(dāng)NaOH的質(zhì)量濃度達(dá)到15.67 g/L后，廢水的pH值開(kāi)始上升，這時(shí)Ni²⁺沉淀完全，繼續(xù) 添加的OH-會(huì)導(dǎo)致廢水pH上升。因此，NaOH的最佳質(zhì)量濃度為15.67 g/L，此時(shí)能確保廢水中 Ni²⁺沉淀完全。

2.3 NaOH對(duì)Ni2+去除率的影響

向廢水中加入30 mL/L的H2O2，常溫下，緩慢添加不同質(zhì)量濃度的NaOH，并攪拌0.5 h，測(cè)定反應(yīng)體系Ni²⁺的去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖3所示。

由圖3可知：Ni²⁺的去除率隨著NaOH的質(zhì)量濃度的增加而上升，當(dāng)其質(zhì)量濃度達(dá)到15.67 g/L后，Ni²⁺的去除率不再變化，此時(shí)pH值也開(kāi)始上升，如圖2所示。因此，為使Ni2+的去除率最大， NaOH的質(zhì)量濃度應(yīng)達(dá)到15.67 g/L。

2.4 PAM對(duì)沉淀速率的影響

在處理過(guò)程中加入一定量的PAM，測(cè)定其對(duì)沉淀速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖4所示。

由于反應(yīng)生成的Ni（OH）2粒度很小，沉淀速率很慢，在不加入絮凝劑的情況下沉淀至40 mL處需要3天左右。由圖4可知：加入PAM后，沉淀速率迅速提高。這是因?yàn)樵赑AM絮凝過(guò)程中，當(dāng)懸浮微粒的質(zhì)量濃度較低時(shí)，吸附在PAM表面上的懸浮微?？赡芡瑫r(shí)吸附在另一個(gè)微粒的表面上，通過(guò)“架橋”方式將兩個(gè)或更多的微粒連在一起，從而導(dǎo)致絮凝[5]。當(dāng)PAM的質(zhì)量濃度達(dá)到4 g/L后，沉淀速率趨于平緩。盡管從圖中可以看出：當(dāng)PAM的質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)，沉淀所需時(shí)間最少，但考慮到成本問(wèn)題，PAM的質(zhì)量濃度取4 g/L為宜。同時(shí)從圖中可以看出：當(dāng)PAM的質(zhì)量濃度超過(guò)10 g/L后，沉淀時(shí)間變長(zhǎng)，絮凝效果降低。這是因?yàn)?PAM過(guò)量時(shí)，“架橋”作用所必需的粒子表面吸附活性點(diǎn)少了，“架橋”因而變得困難；同時(shí)，由于粒子間的相互排斥作用而出現(xiàn)分散穩(wěn)定現(xiàn)象[6]。

2.5鎳沉淀的處理

100 mL廢水處理后產(chǎn)生的Ni（OH）2沉淀為2.7539 g，Ni2+的回收率為99.97%。硫酸溶解后，蒸發(fā)結(jié)晶，得到NiSO4·7H2O的質(zhì)量為7.6297 g，Ni2+的回收率為97.28%。故廢水中鎳的總回收率=99.97%×97.28%＝97.25%。因此使用該工藝可以很大程度地解決含鎳廢水的污染問(wèn)題，同時(shí)可以回收大量的鎳，減少了資源浪費(fèi)，也能給企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

化學(xué)鍍鎳廢水中Ni²⁺的質(zhì)量濃度高，廢液中含有大量的有機(jī)配位劑和添加劑，鎳主要以配位物的形式存在?；瘜W(xué)沉淀法處理化學(xué)鍍鎳廢水的最佳工藝參數(shù)為：H2O2 30 mL/L，NaOH 15.67 g/L，PAM4 g/L，在室溫下攪拌0.5 h。此時(shí)，Ni²⁺的去除率最佳。沉淀物用稀硫酸溶解回收鎳鹽，鎳的回收率可達(dá)到97.25%。

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