關洪亮，張 璐，祝雅杰，王杏林，余訓民

（武漢工程大學環(huán)境與城市建設學院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

鉻是一種非常重要的金屬元素，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應用.如在皮革的加工過程中，鞣制階段就有鉻鹽的參與；皂素的深度處理也大量使用三氧化鉻；在鋼鐵的表面鍍鉻，可使鋼鐵更加耐腐蝕耐磨［1］.測定廢水污染指標之一的COD，重鉻酸鉀被用于氧化有機物［2］，實驗室常用的鉻酸洗液，也是由鉻鹽配制而成.但是鉻同時也是重金屬污染的主要來源之一，在《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中，總鉻和六價鉻都被列為第一類污染物并規(guī)定了最高允許排放濃度.盡管鉻是人體必需的微量元素，只有微量三價鉻才對人體有益，而六價鉻是有毒的，試驗證明鉻（Ⅵ）的毒性是鉻（Ⅲ）的100倍，有“三致作用”，為美國EPA公認的129種重點污染物之一.鉻污染的危害與鉻元素的存在形態(tài)有關，離子價態(tài)越高，危害越大，Cr（Ⅵ）的環(huán)境危害大于Cr（Ⅲ），金屬鉻基本無毒［3］.

電鍍廢水中的鉻除了直接來源于鍍鉻生產(chǎn)線外，還可以產(chǎn)生于鍍鋅和鍍鎘的鉻酸鹽鈍化、塑料電鍍的粗化工藝、鍍銀和鍍鋁氧化的前處理及后處理、鋁件等的電化學拋光、銅件酸洗后的鍍化以及某些退鍍工藝.處理電鍍含鉻廢水的方法很多，但是從經(jīng)濟因素和操作的簡便性考慮，目前大多采用還原沉淀法處理這類廢水.即在電鍍廢水中加入FeSO4、NaHSO3、NaSO3、SO2或鐵粉等還原劑將六價鉻還原成三價鉻（Ⅲ），在用NaOH或石灰乳沉淀分離［4］.經(jīng)過化學沉淀法處理之后，廢水中的鉻轉移到污泥中，因此產(chǎn)生大量鉻含量較高的電鍍污泥.如果對電鍍含鉻污泥不加處理，長期堆放則污泥中的鉻經(jīng)雨水淋瀝到水體中，污染周圍生態(tài)環(huán)境，甚至通過生物鏈危及到人類安全.根據(jù)含鉻電鍍污泥的特點，本實驗選用硫酸作為浸出劑，使污泥中的鉻溶于硫酸中，再進一步利用.

1 試驗材料和方法

1.1 試驗試劑和儀器

試劑：濃 H2SO4、NH4Cl、鹽酸和 K2Cr2O4為分析純，購于天津市科密歐化學試劑有限公司；儀器：原子吸收分光光度計AA－7000（日本島津），分析天平（德國賽多利斯），PHS－3G型pH計（上海精密科學儀器有限公司）.含鉻污泥由鄂州某電鍍廠提供，根據(jù)XPS分析結果，其成分見圖1，相對含量見表1.由表1可知，電鍍污泥中鉻的含量是最高的.

表1 電鍍污泥中各元素的相對含量Table 1 The comparative content of each element in electroplating sludge

圖1 含鉻電鍍污泥成分分析圖Fig.1 The major ingredient in the electroplating sludge

1.2 試驗原理

由于污泥中鉻的存在形態(tài)主要是以鉻（Ⅲ）存在，存在形式為Cr（OH）3或者是Cr2O3，可溶于硫酸而形成相應的硫酸鹽.反應方程式如下：

1.3 試驗方法

將電鍍污泥樣品放入烘箱內(nèi)在80℃條件下烘干48h，烘干的污泥進行破碎，然后混勻.將研磨后的污泥過0.180mm（80目）篩，留取篩下物備用.準確量取2份2g的含鉻污泥于燒杯中，一份用于測定吸光度計算鉻的含量，另一份加入H2SO4溶液，反應一定時間后，靜置15min后，離心分離，吸取上層清液，測定吸光度，再計算溶出鉻的含量，進而得到鉻的去除率.去除率η計算方法如式（3）：

式（3）中，m0為原污泥鉻的含量，m1為處理后溶液中鉻的含量.

1.4 分析方法

按照國家標準 GB／T 15555.6－1995中規(guī)定的）固體廢物中總鉻的測定——直接吸入火焰原子吸收分光光度法進行分析.

儀器工作條件：光源為鉻空心陰極燈；測量波長為357.9nm；通帶寬度為0.7nm；火焰種類：空氣－乙炔，富燃還原型.

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

通過單因素實驗，分別考察硫酸濃度、溫度、時間、攪拌速度對浸出率的影響，得出主要影響因素.

2.1.1 硫酸濃度的影響 實驗選擇液固比15∶1，溫度25℃，浸出時間60min，轉速800r／min.浸出率繪于圖2.

圖2 硫酸濃度對浸出率的影響Fig.2 The influence of different sulphuric acid concentration on the leaching rate

由圖2可知，Cr在浸出液中的濃度隨硫酸濃度的增大而增大，在硫酸濃度低于8mol／L時，Cr在浸出液中濃度明顯上升，而當硫酸濃度高于8mol／L時其變化不大，此時鉻浸出率為91.82%，當硫酸濃度大于8mol／L后鉻的浸出率上升不明顯.因此在選擇浸出硫酸濃度時，既要保證鉻有較高的浸出率，同時也要節(jié)省原料的用量，應選擇的硫酸濃度為8mol／L.2.1.2浸出時間的影響 實驗選擇硫酸濃度為8mol／L，液 固 比 15∶1，溫 度 25 ℃，轉 速800r／min.時間的影響見圖3.

圖3 浸出時間對浸出率影響Fig.3 The influence of time on leaching rate

由圖3可知，隨浸出時間的增加，Cr在浸出液中的濃度也隨之增大，但在時間為30min之后Cr的浸出率變化不大，因此，為了提高效率，可選擇浸出時間為40min.

2.1.3 溫度的影響 實驗選擇硫酸濃度為8mol／L，液固比15∶1，轉速800r／min，時間為40min.浸出影響見圖4.

圖4 浸出溫度對浸出率的影響Fig.4 The influence of temperature on the leaching rate

由圖4可知，浸出溫度對鉻浸出率的影響較小，可能是因為浸出反應為酸堿中和反應，反應的速度比較快，溫度的變化對反應速度也就幾乎無影響.因此，浸出溫度為室溫即可.

2.1.4 攪拌速度的影響 實驗選擇硫酸濃度為8mol／L，液固比15∶1，浸出溫度25℃，時間為60min.浸出效果見圖5.

圖5 攪拌速度的對浸出率影響Fig.5 The influence of stirring speed on the leaching rate

由圖5可知，鉻的浸出率隨攪拌速度的增加而增大，可能浸出反應是一個傳質主導的過程，攪拌速度增加有利于浸出效率的提高［5－6］.在保證有較高的浸出率的時候，可選擇較高的攪拌速度，即800r／min.

2.2 正交實驗結果

根據(jù)單因素實驗結果，表明浸出溫度基本不影響浸出效果，因此選擇浸出溫度為室溫即可.確定實驗變量為硫酸濃度、浸出時間、攪拌速度.硫酸濃度選取6、8、10mol／L；浸出時間30、60、90 min；攪拌速度400、600、800r／min.按照三因素三水平進行正交實驗，實驗結果見表2.

表2 L9（33）正交試驗結果分析Table2 L9（33）analysis of orthogonal experiments

由表2可知，硫酸浸出實驗過程中，影響鉻浸出率最主要的因素是硫酸濃度，然后依次是攪拌速度、浸出時間；同時也可以發(fā)現(xiàn)，計算分析結果與單因素實驗所得結果不一致，極差分析得出鉻浸出率最佳操作條件是硫酸濃度為10mol／L，浸出時間90min，攪拌速度800r／min；而實驗結果表明最佳操作條件10mol／L，浸出時間30min，攪拌速度800r／min.這說明時間對鉻的浸出率影響最小，浸出時間為30min時鉻的浸出已基本完成，其主要原因為浸出反應為酸堿中和反應，其反應速度比較快，而攪拌也加快了傳質過程，使得提取工藝簡單方便易行.反應完畢后，污泥中的鉻絕大部分轉移到了溶液中，此時浸出率＞90%.

3 結 語

針對含鉻電鍍污泥的特點，采用不同的浸出條件，電鍍污泥中的鉻具有不同的浸出率，各因素對浸出的影響大小順序為硫酸濃度、攪拌速度、浸出時間，而溫度對浸出基本無影響，這說明電鍍的浸出只需要在室溫下進行即可.最佳浸出工藝條件為室溫下硫酸濃度10mol／L，浸出時間90min，攪拌速度800r／min，浸出率＞90%，污泥中的鉻絕大部分轉移到了溶液中.通過適當?shù)奶幚砗螅t的溶液可以綜合利用，處理后的電鍍污泥也可安全填埋.

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