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电镀含铬废水的处理及综合利用

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-04  浏览次数:751

摘要:叙述了用适宜的氧化剂,将电镀老化的含铬废液中的Cr3+氧化成Cr+6,并除尽废液中的其它金属离子杂质后,作为生产铅铬黄的原料的实验过程,此法处理电镀含铬废液具有较好的社会、环境和经济效益。

 

关键词: 电镀; 废液; 处理品; 利用

 

1 前言

 

电镀行业有很多老化镀铬废液,一般CrO3含量在50~150g/l之间,其中还含有较多的其它金属离子,如 Cr3+、Fe3+、En2+、Cu2+等,别处还含有 So42-等,由于有害物质含量高,成 分复杂,因而造成处理技术难度较大,如果这些废液不加以处理而直接排放,将严重地污染水体,对人民生活、农副业生产和人体健康造成严重危害, 这是国家绝对不允许的。消除铬污染的处理方法有硫酸亚铁石灰法、电解法、离子交换法、活性炭吸附法、铅钡盐法等。这些方法各有利弊,要根据水情况和企业资金情况加以选择利用。针对我公司老化镀铬液现状做了大量的综合利用研究工作,考虑各方面的因素,我们选择了以生产涂料工业用的中铬黄的试验工作,并取得了成功,产品经齐齐哈尔油漆总厂检验并试用。

 

2 实验部分

 

2.1 铅铬黄法处理含铬废水的反应机理

 

我公司电镀含铬废液中的化学成分比较复杂, 经测试分析液的成分为:Fe3+5.80g/l、Cr3+13.50g/l、Cr+6156.30g/l、SO42- 1.40g/l。 根据废液情况, 为了得到高质量的铅铬黄同时使液中的Cr3+也能得到充分利用, 我们确定了在碱性条件下将 Cr3+氧化成 Cr+6, 然后再将废液PH 值调回 7.0~7.5, 使 液中对生产铅铬黄有寄存器的 Fe3+生成Fe (OH) 沉淀而脱离废液3的工艺, 其反应机理如下:

2.1.1 Cr3+氧化成 Cr+6 的过程

 

随着溶液PH值的升高,废液中的Cr3+在PH值4.6时生成Cr(OH)3↓,当PH值5~ 13时为灰兰色,Cr(OH)3具有两性, 既溶于酸又能溶于碱,当PH值大于13~14时,Cr(OH)3溶于碱成绿色的[Cr(OH)4]-在碱性条件下,用中等强度的氧化剂就可将 Cr3+氧化成 Cr6+, 其反应式如下:

Cr3++3OH-=Cr(OH)3 ↓

Cr(OH)3+OH-= [Cr(OH)4] -

2[Cr(OH)4]-+3HO2-=2CrO42-+OH-+5H2O

 

2.1.2 废液中阳离子杂质的去除

 

为了得到高质量的铅铬黄,必须除去废液中对生产铬黄有害的金属离子,根据铅铬黄生成时的允许PH值范围,我们采取调节 PH值的方法去除金属离子,根据实验 PH≥8时,废液中的阳离子杂质可全部产生沉淀。在生产中根据金属离子的种类和含量,一般控制 PH值在 7.0~7.5范围内既可达到目的,以 Fe3+为例, 其反应式如下:

 

液中的Fe3+主要以[Fe(H2O)6]3+存在,随溶液PH值的升高发生如下变化:[Fe(H2O)6]3+ → [Fe(H2O) 5OH-]2+ → [(H2O)4Fe( OH)2Fe( H2O)4]4 + → 胶 状 的 Fe2O3·XH2O→Fe2O3YH2O沉淀, PH≥5 时沉淀开始形 成, 当溶液 PH 值继续增大时 Fe3+形成碱式盐而溶解, 当完成 Cr3+→Cr6+时再将溶液的 PH 值 回调到 7.0~7.5时, 使产生 Fe2O3·YH2O 沉淀而达到去除 Fe3+的目的, 沉淀后的金属氢氧化物脱水后可作氧化铁红颜料。

 

2.1.3 铅铬黄的合成过程

 

去除金属离子杂质后的废液,其主要成分为 Na2CrO4、Na2SO4等,可直接作为生产铅铬黄的原料,Na2CrO4可以和任何一种水溶性铅盐生成 PbCrO4。醋酸铅是常用的原料之一,但实验证明用硝酸铅作原料生成的铅铬黄色光较用醋酸铅为好,所以我们采用硝酸铅,反应时使铅盐稍微过量,过量的铅用Na2CO3和 Al2(SO4)3去除。其反应式如下:

CrO4 +Pb→PbCrO4↓2-

Pb2++CO3 →PbCO3↓ 2-

3Pb2Al2( SO4)3+ +6H2O →3PbSO4 ↓ +2Al(OH)3↓+6H+

反应后生成的混合晶体 PbSO4、PbCO3、Al (OH)3、 PbSO4就是我们所需要的产品———铅铬黄。

 

2.2 铅铬黄法处理含铬废水的工艺路线

 

经过实验论证, 我们确定如下工艺, 并完成了工业化试生产:

2.2.1 将废液泵入调节槽, 用 NaOH 调节PH 值 13~14,然后加入氧化剂搅拌完成氧化 过程。

2.2.2 将废液 PH 值回调到 7.0~7.5 搅拌,静止半小时,使废液中的Fe3+等离子生成氢氧化物沉淀,然后泵入压滤机进行压滤,滤渣经脱水、粉碎、研磨,即为氧化铁红颜料,滤液为合成铅铬黄的原料。

 

2.2.3 根据滤液中的 Cr6+含量加入硝酸铅,生成 PbCrO4↓,在搅拌下反应进行完全并保持 Pb2+略过量。

2.2.4 加入定量的 Na2CO3、Al2 (SO4)3使过量的Pb2+生成 PbCO3↓\PbSO4↓\Al ( OH)3↓。到此铅铬黄合成反应完成。

2.2.5 所得铅铬黄颜料浆泵入压滤机经水洗干净后将滤饼进行干燥粉碎包装即得成品产品经检验合格后即可出售。

2.2.6 压滤所得滤液内含大量的 NaNO3 应进行回收,滤液经蒸发器蒸发, 浓缩结晶,即得 NaNO3 产品, 结晶后的母液可循环使用。

 

3 结果与讨论

 

针对我公司的电镀含铬量高的废水过去曾搞过电解法, 硫酸亚铁-石灰法,但效果都不理想,电解法对于含铬量高的废液不适用且运转费用高, 存在沉渣的综合利用问题,若管理不善,沉渣不及时处理,还会造成处理结果达不到国家关于总量控制的排放标准,造成沉渣的二次污染。硫酸亚铁-石灰法是传统的处理方法之一,但当液水质变化时除铬效果不易保证,且沉渣大,成分复杂综合利用造成很大困难,也存在着产生二次污染等问题。最后,我们考虑到采用铅铬黄法直接利用 Cr6+在经济方面更为有利,而且废液的浓度基本符合要求,经过适当的净化处理可直接作为生产铅铬黄的原料,而且该法工艺简单,操作方便,投资较小,具有较好的社会效益、环境和经济效益,于是我们就开始了用铬液作原料,以生产铅铬黄为主要产品的试验工作。

 

3.1 含铬废液中 Cr3+利用问题

 

我公司镀铬废液中含有相当一部分 Cr3+13.50g/l) 如果不加以利用,那将会造成部分原料的浪费, 降低了铅铬黄法处理镀铬液的经济价值。因此, 实验时我们将这一部分 Cr3+进行了回收。Cr3+具有双性反应, 在低的或高的 PH 值能溶解,在酸性溶液中使 Cr3+氧化成 Cr6+比较困难的, 通常采用氧化性强的过硫酸铵等氧化剂。相反, 在碱性溶液中 [Cr ( OH)4]-被氧化成铬酸盐就比较容易进行,常用中等强度的氧化剂有 H2O2、Na2O2 等。根据 Cr3+的这一特性我们采取了在碱性条件下, 将 Cr3+氧化成Cr6+的方法, 提高了镀铬废液的经济效益。

 

3.2 高质量铅铬黄生成条件

 

在实验阶段我们分析了各种金属离子的含量, 也以不同 PH 值进行沉淀试验,最后得出结论: 铅铬黄的起始反应的 PH 值为 7.5~.0, 所以废液的 PH 值可以调至这个范围, 这样在铅铬黄生成前既可使对其有害的金属离子全部沉淀掉,又可满足铅铬黄生产的条件。

 

铅铬黄的混合晶体是PbCrO4、 PbCO3、PbSO4、Al(OH),其中后三部分是少量的各3种铅铬黄的晶体结构,因其化学成分和制造条件的不同,分别形成不同的晶体,铅铬黄主要是单斜晶体。

 

铅铬黄的耐光性不很理想, 在日晒初期往往出现绿色的色光, 因此,我们往铅铬黄中掺入少量的 PbCO3、PbSO4、Al ( OH)3等以进行改性, 以稳定 PbCrO4 晶体形状和大小,以保持铅铬黄具有较好的色光。

 

同一化学成分的铅铬黄,由于制备条件不同它们的结晶形状及大小有密切关系,在酸性条件下生成的PbCrO4结晶粗大,成品遮盖力差,而在 PH 值在7.5~8.0范围内生成的PbCrO4晶体主要以单斜晶体为主, 其各项指标都比较理想,在铅铬黄的混合晶体中,其中单斜晶体料斜面方晶体的耐光性强,而斜形状的针状体又较粒状体耐光,但长大的针尖的铅铬黄呈现红光,色调不协调,而我们希望的是既无色光又具有较好的耐光性,同时遮盖力、着色力等各项性能都良好,正因为这样,我们对镀铬液的净化, 工艺配方操作方法需要严格控制。

 

结束语:利用这种处理方法,不但消除铬污染,而且其它金属离子也得到回收,这在国家实行污染物排放总量控制的今天是很有现实意义的。如果这项综合利用工作广泛开展起来,在回收资源,消除污染的同时又具有较好经济效益,也经企业开展实施污染物总量控制开辟了一条新途径。

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