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本研究以上海危险废物管理中心提供的电镀污泥为原料,以无害化、减量化、资源化为处理目标,首先,通过投加沉淀剂沉淀氯化高铁补充铁源研究水热合成复合铁氧体。研究结果表明,污泥中的Zn、Fe、Cr和Ni能够固化稳定在铁氧体晶格之中,X射线衍射分析表明此复合铁氧体主要相为Ni/Zn铁氧体;选择氨水作为沉淀剂可将电镀污泥中的氢氧化铜络合生成[Cu(NH<,3>)<,4>]<2+>(抽滤后的溶液为铜氨原液),铜萃取率可达82%以上,且氨水调节反应浆液pH值为7.5~10,不会影响水热合成的复合铁氧体的性质;铁源补充量达到理论值1.57 g·g-1干污泥能够合成出衍射峰尖锐的复合铁氧体;延长反应时间和提高反应温度有利于水热铁氧体化的进行,初步探索水热合成条件为:氨水调节反应浆液pH=9.5;t=4h;T=200℃。水热合成出以镍锌铁氧体为主要相的尖晶石型复合铁氧体,粉体磁性较强,分散性好,粒度分布均匀,且复合铁氧体中重金属在宽pH值范围内(pH=4~10),低于美国TCLP(Toxic Characteristic Leaching Procedure)的毒性鉴别标准值。
其次,本研究以电镀污泥作为掺杂源,选择尿素(分子式:(NH<,2>)<,2>CO)作为铁源:FeCl<,2>、FeCl<,3>沉淀剂,并按其理论计算量投加,研究水热合成掺杂的四氧化三铁。研究结果表明,当铁源与电镀污泥质量比为4:1时,衍射峰尖锐,X射线衍射分析表明此掺杂的铁氧体基本为四氧化三铁,且粉体呈黑色;当铁源与电镀污泥质量比为达到4:1以后,上清液中重金属浓度低,颜色基本呈无色;延长反应时间和提高反应温度有利于水热铁氧体化的进行,初步探索水热合成条件为:反应时间4h,反应温度160℃。水热合成出的掺杂电镀污泥的四氧化三铁,粉体颜色呈黑色,磁性强,分散性好,粒度细小,分布较均匀,可作为铁黑原料。
研究发现,掺杂的四氧化三铁在酸性浸出条件下,铜的浸出毒性最大,镍次之,且仅在pH值5~10内低于TCLP浸出标准值;其中锌、铁、铬的稳定性较好,能够在浸出液pH值3~10的条件下低于TCLP浸出标准。因此,含铜高的电镀污泥不适合作为四氧化三铁的掺杂源,应优先考虑含锌、铬污泥。
最后,在铜氨原液的资源化研究中,本文以1:1盐酸调节铜氨原液pH值在5.4~6.4,能够以蓝绿色碱式氯化铜粉末回收溶液中的铜,回收率在98%以上。
此外,本研究以铜氨原液作为电解液,以极距为10mm,电解法回收铜粉。研究结果表明,铜氨原液经硫酸酸化后能够明显提高铜回收率;电解时间越长,铜回收率越大,适宜的温度能够明显增加铜回收率。结合以往相关研究,并根据试验中各项参数对铜回收率的影响,确定电解回收铜粉的实验参数为:电流密度为250 A/m<2>,电解时间4~6h,电解温度50~60℃,在此条件下,铜回收率超过99%。
因此,电镀污泥水热铁氧体化与同步回收铜是实现电镀污泥资源化与自净化的有效途径。