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：凌月仙仙簡介： 針對人造金剛石廠的含鎳廢水，在常規(guī)電解方法的基礎(chǔ)上，采用膜電解法對該含鎳廢水的處理和金屬鎳回收進(jìn)行了研究，通過對不同條件下的陰、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)在對含鎳廢水采用常規(guī)電解法的基礎(chǔ)上，對膜電解法回收鎳進(jìn)行研究。膜電解法是對單純膜分離技術(shù)的完善，在直流電場力的作用下，以電位差為推動力，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)就單陰膜二級室、單陽膜二極室和陰陽雙膜三極室電解法對含鎳廢水進(jìn)行處理，并對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