论文总字数：16476字

摘 要

电镀污泥是电镀厂废水处理过程中必然产生的固体废弃物，其危害大于废水，本文研究了酸浸对电镀污泥中铜元素的浸出率和动力学参数，对于后续实现资源化利用打下基础。本文实验污泥取自江苏某电镀厂产生含铜电镀污泥，其铜元素在污泥中的含量为2.62%，具有良好的资源化利用价值。通过正交实验和单因素优化实验，得到了以下结论：

（1）采用硫酸作为浸出剂可以有效的浸出污泥中的铜。在加入硫酸浸出铜时，加入适量的过氧化氢作助浸出剂，可以有效提高其浸出效率。

（2）优化工艺为：取2.0g pH=4.5干污泥，控制温度为25℃，按照固液质量比1:15加入0.5mol/L硫酸，震荡5h，得出铜浸出率为60.71%。

（3）对其浸出反应过程动力学分析得出，该酸浸过程铜的浸出反应过程符合固体产物扩散控制模型，其反应级数为1。

关键词：电镀污泥 重金属 浸出 动力学

ABSTRACT

Electroplating sludge is an inevitable solid waste produced in the process of electroplating plant wastewater treatment, and its harm is greater than that of wastewater. In this paper, the leaching rate and kinetic parameters of copper in electroplating sludge by acid leaching are studied, which lays a foundation for the subsequent utilization of resources. In this paper, copper-containing electroplating sludge was produced from a electroplating plant in Jiangsu province. The content of copper in the sludge is 2.62%, which has good resource utilization value. After single factor optimization experiment and orthogonal experiment, the following conclusions are drawn：

(1) Using sulfuric acid as leaching agent can effectively leach copper from sludge. When copper is leached by sulfuric acid, the leaching efficiency can be improved by adding hydrogen peroxide as leaching aid.

(2) The optimized process was as follows :2.0 g pH=4.5 dry sludge was taken, the control temperature was 25℃,0.5 mol/L sulfuric acid was added at 1:15, and the leaching rate of copper was 60.71%.

(3) The kinetics analysis of the leaching reaction shows that the leaching reaction of copper during the acid leaching process conforms to the solid product diffusion control model, and the reaction order is 1.

KEYWORDS：Electroplating sludge；Heavy metals；Leaching；Dynamics

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 电镀污泥的来源 1

1.2 电镀污泥的危害 1

1.3 电镀污泥中铜浸出方法 1

1.3.1 硫酸加压氧化浸出铜 1

1.3.2 浸出氨-沉淀-浮选 2

1.3.3 微生物浸出处理铜 2

1.3.4 硫酸-双氧水体系氧化浸出铜 2

1.4 课题研究目的、意义及内容 3

1.4.1研究目的 3

1.4.2 研究内容 3

1.4.3拟采用的研究方法 4

第二章 电镀污泥的理化性质分析 6

2.1 实验材料及方法 6

2.1.1 实验污泥 6

2.1.2 实验药品与设备 6

2.1.3 电镀污泥的理化性质测定方法 7

2.2 电镀污泥的理化性质 7

2.2.1 电镀污泥含水率测定 7

2.2.2 电镀污泥pH值测定 7

2.2.3 电镀污泥重金属含量的测定 7

2.3 本章小结 10

第三章 电镀污泥浸出实验 11

3.1 实验材料及方法 11

3.1.1 实验污泥 11

3.1.2 实验药品与设备 11

3.1.3 实验方法 11

3.2电镀污泥浸出影响因素分析 12

3.2.1 酸浸时间的影响 12

3.2.2 硫酸浓度的影响 13

3.2.3 固液质量比的影响 14

3.3 最佳条件浸出结果 15

3.4 放大实验 15

3.5 本章小结 16

第四章 电镀污泥的浸出动力学研究 17

4.1 前言 17

4.2 反应控制步骤的类型 17

4.3 铜的浸出动力学研究 18

4.4 本章小结 21

第五章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 电镀污泥的来源

电镀污泥是固体废弃物中的一种，电镀行业处理废水时将不可避免的产生电镀污泥，电镀厂通常使用加入碱液的方法促进其电镀污泥的沉淀，这些电镀污泥通常来自各大工业电镀厂，这些电镀厂通过工艺生产后会得到废液如电解过后槽内废液。每个电镀厂的有着自己的处理工艺，通常处理这些电镀污泥时会加入不同的还原剂，这就造成了电镀污泥中有着不同的重金属成分，使其污泥性质变得复杂。一些电镀公司在处理过程使用石灰中和剂，通过化学反应处理会产生大量的石膏或氢氧化钙，这导致电沉积物总量增加，重金属成分的含量降低，综合利用难度较大。一般来说，新处理产生的电镀污泥的含水量为75%至80%，而锌、铁、铜、镍的复合含量一般为0.5%至3%，石膏含量为7%至10%，可溶性盐杂质含量约为6%^[1]。

1.2 电镀污泥的危害

不同的电镀污泥由于含有不同成分的重金属，其含量也大为不同，这导致在处理电镀污泥时难以入手，降解这些污泥难度非常大。若电镀污泥中的重金属不能得到妥当处理，直接排放会引起非常大的危害。例如，电镀污泥中重金属成分复杂直接排放会引起土壤贫瘠，排放至水体中会使水资源遭受难以恢复的损害 ^[2]。Fytianos等研究了电镀污泥浸出的毒性，表明电镀污泥危害性极大，其所含重金属成分复杂，环境一旦被污染将很难修复^[3]。例如，六价铬会损害呼吸系统和内脏，铅会引起人体很多系统中毒，镍是致癌物质等^[4]。因此，处理处置电镀污泥必须安全、科学，同时保护环境，并认识到资源循环利用的重要性。

1.3 电镀污泥中铜浸出方法

1.3.1 硫酸加压氧化浸出铜

铜冶炼产生的炉渣堆积不仅污染环境，而且浪费资源，Gongchu Shi^[5]等使用氧压酸浸渍工艺处理铜渣比其他工艺具有优势。在研究假设下，充分阐述了铜熔化、选择性浸出行为和铜动力学等多种因素的结果，阐述了铜渣-加压酸系统。结果表明，对主要模型实验所得数据的熔融能力进行分析，在各种条件下收缩，通过实验我们发现浸出过程的反应快慢这是由前期化学反应所控制，接着转为混合化学反应，这导致控制层扩散，因使用时间短，最终通过控制表面产物在后续阶段的传输。

1.3.2 浸出氨-沉淀-浮选

混合铜矿石的加工具有挑战性，处理成本昂贵，导致回收率低，并且产品在商业上不可行。Víctor Conejeros^[6]采用氨-沉淀-浮选从氧化物和硫化物矿物的混合物中回收铜的可持续方法。该过程包括三个阶段：（i）在室温下用氨水溶液浸提，并改变pH值，氨浓度，固体浓度和粒径；（ii）通过添加硫（或其他硫酸铜）和SO₂（或其他亚硫酸盐或亚硫酸氢盐）在硫化铜中进行PLS沉淀；（iii）考虑一组收集器和起泡器，进行泡沫浮选以回收有价值的硫化物。该方法在浸出阶段实现了70％的铜提取。

1.3.3 微生物浸出处理铜

用于印刷电路板 （PCB） 化学清洗测试的铜洗功能鉴于许多污染物的排放存在潜在的环境影响问题。M.P. Murugesan^[7]等用氧化亚铁硫杆菌微生物处理铜微生物浸出以减少铜精矿，并通过Box-Behnken设计研究了优化方法。通过数据统计分析，生物浸出受工艺变量的影响很大，例如接触时间，纸浆密度，粒径和温度的影响。结果表明，该参数在铜的浸出和沉淀形成中起重要作用。在0.25–0.42 mm尺寸的优化条件下，细菌激活时间为21天，纸浆密度为12 g L -1，在20.C的温度和10％的细菌接种率下，在有96.6％的金属存在下，可以获得最大的铜浸出率。结论：酸性氧化硫杆菌铁氧体微生物具有高回收率，浸出时间短，无毒操作等优点，可用于从多氯联苯中浸出铜。

1.3.4 H₂SO₄-H₂O₂体系氧化浸出铜

王文军使用H₂SO₄-H₂O₂体系氧化浸出铜, 在进行大量实验后，需要以浸出率为参考指标，主要对反应过程中硫酸和双氧水浓度、反应控制温度和震荡反应时间对铜锌铁浸出率影响;通过优化实验得到最佳方案为:温度需设置在20℃、硫酸浓度控制为120g/L、双氧水浓度需控制为40 g/L、在震荡器中需反应时间120 min ,最终得出铜浸出率为99.12%，锌浸出率为99.41%;实验证明了硫铅和铜锌分离的可行性 ^[8]。

1.4 课题研究目的、意义及内容

1.4.1研究目的

我们了解到电镀行业所造成的污染因其严重性、复杂性、毒性大，使得电镀行业成为三大污染产业中的一类 ^[9] ，电镀行业在处理废物时会产生大量的废水这些废水需经过中和沉淀后才能排放，在这个步骤中会产生大量含水率非常高的沉淀污泥，这个叫做电镀污泥。电镀污泥成分非常复杂，其中成分有大量重金属如Fe、Cu、Zn、Cr等^[10]。这些重金属成分的存在导致了污泥不能随意排放，因为会损害环境和人类健康，而中国每年因铜、镍、锌和多成分混合沉积物污泥没有经过回收利用导致了这里面大量重金属损失非常大 ^[11]。因此，本课题对电镀污泥中重金属元素进行研究，控制其重金属对环境造成的损失，这对社会发展资源利用有着积极影响。在冶金过程中我们通常使用酸浸法来浸出其中的重金属元素，该方法因其反应速度快，浸出率高，操作方便而成为一种普遍的浸出方法。我们知道硫酸是非常优秀的浸出剂，因为它价格便宜、性质稳定不像盐酸容易挥发的特点被国内外学者和大小型企业采用，Veli^[12]等人的研究发现，硫酸对Cu、Ni有着非常高的浸出效率，最高可达95%～100%，而且通过电解的方法可以从浸出液中得到纯度高的铜。

在整个电镀工艺流程中，处理前和电镀后会用到大量清水冲刷工件，这道工序将会产生非常多的电镀废液，电镀废液通过中和沉淀后将会得到大量沉淀污泥，通过这道工序后使得污泥中含水率极高，电镀废水中的重金属元素最后将富集在这电镀污泥中。如若将污泥随意堆放，不仅造成资源的严重浪费同时使得人类生存的环境和自身身体健康受到侵害。

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