膜電解法在處理酸性含鎳廢水中的研究

1、膜電解法在處理酸性含鎳廢水中的研究         06-12-18 16:57:00     作者：唐玉霖 王三反    編輯：凌月仙仙簡(jiǎn)介： 針對(duì)人造金剛石廠的含鎳廢水，在常規(guī)電解方法的基礎(chǔ)上，采用膜電解法對(duì)該含鎳廢水的處理和金屬鎳回收進(jìn)行了研究，通過對(duì)不同條件下的陰、陽膜及組合方式的效果和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。結(jié)果表明單陰膜法在處理pH值為0.51.0，初始鎳的質(zhì)量濃度為10002000mgL的廢水應(yīng)用中有更好的處理效果。 當(dāng)電解的電流

2、150mA，電壓5V時(shí)，電解時(shí)間控制在810h，10h后離子交換富集，循環(huán)使用，其平均電流效率為78.4，金屬鎳的回收率達(dá)到79.3且純度較高。關(guān)鍵字：含鎳廢水 電解 膜電解法 鎳回收 人造金剛石的生產(chǎn)過程中對(duì)觸媒材料的去除、金剛石的分離、提純等工序都需要酸浸及清洗，導(dǎo)致洗滌廢水中含有大量的鎳。Ni2+能與許多無機(jī)物，有機(jī)物絡(luò)合成溶于水的鹽，如正Ni(H20)62+，正Ni(NH3)62+等。大量含鎳廢水的排放，造成鎳資源的嚴(yán)重浪費(fèi)和環(huán)境污染。本文采用膜法電解在處理酸性含鎳廢水的同時(shí)對(duì)金屬鎳進(jìn)行回收利用，取得了較理想的效果。1 試驗(yàn)用水試驗(yàn)水樣為某人造金剛石廠在金剛石的生產(chǎn)、分離、提純等工序中

3、排出的酸性含鎳廢水，該廢水中pH值最高約為0.51.0，鎳離子的平均質(zhì)量濃度約為1400 mgL，Cl-的質(zhì)量濃度約在115135 mgL，SO42-的質(zhì)量濃度約在20002300mgL。廢水中由于鎳離子本身帶有顏色而呈現(xiàn)墨綠色。 2 試驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)本試驗(yàn)在對(duì)含鎳廢水采用常規(guī)電解法的基礎(chǔ)上，對(duì)膜電解法回收鎳進(jìn)行研究。膜電解法是對(duì)單純膜分離技術(shù)的完善，在直流電場(chǎng)力的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，有選擇地使部分溶質(zhì)通過離子交換膜；同時(shí)溶質(zhì)在電極上發(fā)生氧化或還原反應(yīng)。通過調(diào)整溶液的pH值和操作電流、電壓，達(dá)到人為控制電極反應(yīng)的類型和程度，使反應(yīng)向有利于鎳析出的方向進(jìn)行，從而取

4、得常規(guī)電解無法達(dá)到的反應(yīng)效果。由于陽膜和陰膜對(duì)于溶液中的離子具有不同的選擇性，因而本試驗(yàn)采用了三種不同的膜組合形式以確定最合理的膜法電解工藝。試驗(yàn)就單陰膜二級(jí)室、單陽膜二極室和陰陽雙膜三極室電解法對(duì)含鎳廢水進(jìn)行處理，并對(duì)影響因素及處理效果進(jìn)行比較研究。3 試驗(yàn)結(jié)果及討論3.1 常規(guī)電解法在9cm×9cm×8cm的電解槽中，陽極采用石墨電極，陰極采用鎳電極，用含鎳廢水進(jìn)行常規(guī)電解試驗(yàn)。試驗(yàn)的裝置如圖1所示：用鎳板作陰極，石墨作陽極的電解過程中，在酸性條件下由于陰極上氫離子將優(yōu)先得到電子而釋放，為了使Ni在陰極上優(yōu)先析出，必須選擇合適的pH值，同時(shí)增大電解液中Ni2+的濃度以改

5、變H2和Ni的實(shí)際析出電位。由熱力學(xué)原理，=0-RTln(氧化還原)/nF，知(Ni2+)=1.4mg/L時(shí)，Ni的析出電位為： 。而pH=1,氫離子在鎳電極上的實(shí)際析出電位： 。式中的H2為氫在金屬上析出的超電位，由塔菲爾（Tafel）經(jīng)驗(yàn)式：a+blnId，可以計(jì)算處氫在鎳電極上的超電位為0.24V，故pH=1，2，3，4時(shí)，氫離子在鎳電極上的實(shí)際析出電位為：-0.226 V，-0.291 V，-0.317 V，-0.343 V。不難看出，當(dāng)pH<4時(shí)，氫在鎳電極上釋放要比鎳在電極上析出容易得多，且氫的電極電位可隨pH值的升高而變小，因此，必須嚴(yán)格控制電解液的pH值。增大PH值可以抑

6、制氫氣的析出，提高回收鎳的效率，但實(shí)際上溶液的pH值的提高是有限的，由于Ni(OH)2在室溫下的溶度積為2.5×10-15，當(dāng)OH-增大到一定的程度就會(huì)有鎳的氫氧化物沉淀生成而破壞電解的正常狀態(tài)，使得鍍層上的鎳含有大量的雜質(zhì)。一般鎳溶液的pH值在4左右較適宜金屬鎳的回收，但控制合適的酸度在常規(guī)電解中是不易做到的，原因在于陽極反應(yīng)是以水電解生成氧氣和H+為主，導(dǎo)致電解液中H+不斷升高，陰極上的H2的釋放，降低了金屬鎳析出效率。對(duì)酸性電解液而言電解時(shí)在陽極產(chǎn)生大量的氯氣是，有害的，它污染環(huán)境且影響工作人員的身體健康。為抑制氫氣的產(chǎn)生，提高金屬鎳的回收量和純度，同時(shí)減少氯氣的危害，采用陰陽極室膜分隔就可以有意的控制電極反應(yīng)，為此進(jìn)行了膜電解法研究。3.2 膜電解法 單陰膜二極室電解法在室溫下采用異相型3362A型陰離子交換膜，電解電流150mA，電解電壓5V，陽極液統(tǒng)一為120mL，0.5molL的NaOH溶液，陰極液統(tǒng)一為1 00