浅谈含铜含镍污泥资源化利用工艺

赵海鹏1，翟罗中1

摘要：含铜污泥和含镍污泥主要来源于金属加工行业的表面处理、热处理加工、电子元件制造、电镀及基础化学原料制造等，金属加工行业产生的废水经过处理后压滤产生的污泥。该部分污泥中包含了多种污染环境的重金属元素,如果处理不当则会对生态环境造成严重污染，重金属会随着时间的迁移进入到地下水及土壤中,对生物及人类的健康造成威胁。同时金属资源未得到很好回收，也是一种资源浪费。铜元素和镍元素作为污泥中的主要有价重金属成分,有很大再生利用价值,本文介绍了含铜污泥和含镍污泥的来源以及对生态环境及人类的危害,阐述了目前我国主要的处理含铜含镍污泥的方式及工艺流程，以达到危险废物的减量化、无害化、资源化的途径。

关键词：含铜污泥  含镍污泥  资源化  熔炼  利用

1、含铜含镍污泥的来源

  表面处理行业、印制电路板行业、电镀行业及电线电缆行业的废水处理压滤后产生的污泥主要为含铜含镍污泥。电镀生产企业在我国达到了16000余家，其中电镀面积预计近3亿多平方米，每年的电镀废水排放量达到40亿立方米。其中400立方米的电镀废水处理可产生约1吨的电镀污泥，废水处理过程中每年将产生电镀污泥预计1000万吨。铜、镍等金属在电镀污泥中主要以氢氧化物、硫化物形式存在，经过废水处理压滤后产生的污泥中含水率一般为５０％～９０％；污泥中铜 （Ｃｕ）含量一般为0.5％~10%（干基计），镍（Ni）含量一般0.１％~5%（干基计）。含铜含镍污泥中的重金属铜、镍、锌、铬等主要在水处理过程中形成氢氧化物、硫化物，最终在污泥中以固态的氢氧化物、硫化物形式存在。如果随意处理或者处理不当则会形成二次污染，对土壤及地下水造成巨大的生态环境破坏。电镀污泥长期堆存或者泄漏，重金属会随着时间的迁移进入地下水和土壤，被植物吸收和聚集。含有重金属的食物通过食物链进入人体并被吸收，随着时间的积累将引起慢性重金属中毒，从而破坏人类的生理机能及病变，严重危害人类的生命健康。因此该重金属污泥在《国家危险废物名录》（2021年1月1日起施行)列入为危险废物,代码类别为HW17、HW22、HW46。同时，每年产生的电镀污泥含有各种重金属近万吨，对于资源也是一种极大的浪费。因此需要采取科学的技术手段及措施对电镀产生的电镀污泥进行无害化、资源化处理，降低其对生态环境的破坏以及对公众健康的威胁，并且从中回收铜、镍等重金属，减少资源的浪费，对资源进行合理、充分的利用。

2、含铜含镍污泥处理工艺

(1)固化/稳定化技术 固化/稳定化技术是处理含重金属污泥和其他非重金属有毒有害废物的重要手段之一。作为固体废物处置的无害化技术在国内外已得到广泛应用。稳定化过程是将选用某种适当的添加剂与重金属污泥混合，形成稳定化的过程，从而以降低重金属的毒性和减少污染物从废物到生物圈的迁移率。具体的方法主要按照添加剂的种类分为水泥固化、石灰固化、热塑性沥青固化等。常用的固化添加剂有水泥、石灰、沥青和玻璃。用固化/稳定化技术处理电镀含铜含镍污泥，主要是利用在电镀污泥中加入固化添加剂后一起进行稳定化，将有害废物进行包裹，避免向外渗透，使有害物质在固化体中不能向外扩散，从而解决电镀污泥的污染问题。固化/稳定化增容较大，增加后续的填埋压力，且固化寿命有限，重金属会随着时间推移而逐渐释放。固化/稳定化后的废物再进入到填埋场填埋，该种处理工艺也不能很好的进行资源化利用，不能实现废物的价值再提取及提高经济效益。

(2)酸浸法回收工艺 酸浸法回收电镀污泥中的铜镍，其主要工艺流程是将电镀污泥烘干、研磨、筛分后进行浸提，最后进行固液分离。通过对电镀污泥进行调浆制浆，再加入硫酸、氧化剂等化学药剂，利用化学反应进行浸出。在生产过程中通常将PH控制在1.0左右，通过适当的固液比将物质组成控制在固∶水∶酸＝1∶4∶1，在反应罐内进行3小时的搅拌反应，最终污泥中的铜、镍经过化学反应溶解在溶液内。其中镍浸出率可达98％，铜可达96％。浸出的主要化学反应如下：

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O

Ni+H2SO4=NiSO4+H2↑

Ni(OH)2+H2SO4=NiSO4+2H2O

NiO+H2SO4=NiSO4+H2O

FeO+H2SO4=FeSO4+H2O

铜镍浸出率主要受到固液比、硫酸浓度、搅拌速率、浸取时间和浸取温度的影响。该工艺实现了重金属元素铜和镍的回收，对电镀污泥的重复利用，节约了资源。

(3)氨浸法回收工艺 含铜含镍污泥中的铜、镍大部分以氢氧化物、硫化物、硫酸盐的形式存在，通过用氨水浸出法处理污泥，可将铜、镍以及金属氨络离子的形式进入到溶液中。再将浸出的铜、镍氨溶液通过强酸性阳离子交换树脂，铜、镍氨络离子和树脂上的钠离子进行交换，铜、镍被树脂吸附，然后添加再生剂生成再生树脂，最后就可以得到含铜、镍的浓溶液，从而实现有价金属的回收及杂质的脱除。因此，与酸浸法相比，氨法浸出具有更高的选择性优点，尤其适合处理一些碱性成分含量高且酸浸法不合适的污泥。氨浸法的浸出剂主要有氨、铵盐、及氨与铵盐混合物等。

(4)高温熔炼工艺  较早采用的高温熔炼工艺为鼓风炉工艺。鼓风炉工艺主要分为两大步：污泥干化烧结和鼓风炉熔炼。含铜含镍污泥首先在搅拌机中添加合适的水进行湿润并搅拌均匀，然后进入造粒机造粒，形成10~50mm的颗粒污泥后再进入干燥窑烘干，烘干的温度控制在400~600摄氏度，烘干的加热介质多数采用热烟气。热风炉产生的热烟气直接与污泥接触交换热量，烘干后的污泥经制砖机制成砖坯或者通过烧结机烧结成块后，再与焦炭、溶剂一起进入鼓风炉，通过高温熔炼最终得到粗铜镍合金产品和炉渣。鼓风炉工艺中烧结工序主要存在生产设施较简陋、设备能耗高、并且烟气难处理及代价大，粉尘难控制，环境污染严重，同时该工艺还存在工序难控制、劳动强度大、现场生产环境恶劣等一系列问题。现代熔炼技术通常采用富氧侧吹熔池熔炼工艺，富氧侧吹熔池熔炼工艺首先将含铜含镍污泥通过污泥干化机进行干燥，使污泥含水率降至30 %以下，再配入石英石、石灰石、铁精矿、炭精还原剂等，混合物料通过一定的配比进入富氧侧吹熔炼炉，同时从炉体侧墙喷嘴喷入天然气作为能量提供载体，氧气站制取的富氧空气通过喷嘴进入到熔炼炉和物料进行还原熔炼反应，产出粗铜镍产品和炉渣。该技术具有工艺技术先进、劳动强度低、 现场生产环境整洁等特点。相比于传统的鼓风炉等工艺，其原料适应性较强、金属回收率高，富氧熔炼烟气量少、热能利用率高、产能更大。通过高浓度富氧空气代替空气进行铜镍熔炼，可减少50%以上的烟气量，进一步降低了熔炼过程的能耗，减小烟气对环境的污染。同时熔炼熔体温度相比更高，大大提升了熔炼处理能力。富氧侧吹工艺具有生产效率高、能耗低、自动化水平高、劳动强度低，并且系统配置较紧凑、能有效的节约用地，设备采用全密闭性能有效控制粉尘，对环境污染小等优点。

3、结论

（1）含铜含镍污泥采用固化\稳定化工艺处理过程简单，投入成本低，但不利于有用元素进行回收，经济效益差。湿法工艺对于铜、镍贵金属回收效率高，但耗水量及药剂量大，生产成本高，并对周边环境有一定的影响，二次污染的可能性较高。高温熔炼工艺相比于其他工艺处理能力达，对有价贵金属进行富集，提高资源的综合利用效率，节约资源，有利于国民经济的可持续发展。

（2）铜镍等属于不可再生资源，随着社会的发展进步，原生矿不断减少，需要进一步对现有资源重复利用，采用高温熔炼工艺对于含铜含镍污泥进行资源化回收，能有效的利用现有资源进行回收，回收率较高，生产效率及自动化水平高，具有明显的社会效应、经济效应、环境效应。

[1]李盼盼,彭昌盛.电镀污泥中铜和镍的回收工艺研究污泥的酸浸出工艺[J],2010,32(1):37-40

[2]张冠东,张登君等.从氨浸电镀污泥产物中氢还原分离铜、镍、锌的研究[J].化工冶金1996,17(3):214 - 219.

[3]姜中孝．含铜含镍污泥浸出液铜镍提取的影响因素[J]． 中国资源综合利用，2022(08)：30-33.