城市污泥中金屬銅的回收工藝研究：生物瀝浸—溶劑萃取—電積技術(shù).pdf

1、城市污泥通常舍有大量有機質(zhì)、N、P等植物養(yǎng)分，但也存在數(shù)量不等有害金屬，很大程度上限制了污泥的農(nóng)業(yè)利用。在我國某些工業(yè)園區(qū)，由于城市污水處理廠中混流有大量的工業(yè)廢水，導(dǎo)致污泥中重金屬含量大大超過國家有關(guān)標準，幾乎達到低品位金屬礦的水平，具有回收利用價值。在生物濕法冶金中，浸出-溶劑萃取-電積法從銅礦中回收得到高純度銅是一項成熟的技術(shù)，全世界采用該工藝生產(chǎn)的銅產(chǎn)量在2003年已占到世界礦銅產(chǎn)量的1/4。但與無機物的金屬礦石不同，城市污泥含

2、高量的有機物質(zhì)(30％～60％)，是否也可采用該工藝從城市污泥中回收高純度的金屬Cu?鮮見報道。為此，本文以蘇州新區(qū)污水處理廠富含銅的污泥為研究對象，較系統(tǒng)研究了利用生物瀝浸-溶劑萃取-電積技術(shù)回收城市污泥中金屬銅的工藝，包括城市污泥金屬銅生物瀝浸溶出效果、從城市污泥瀝浸液中選擇性分離富集銅的影響因素及電積沉銅技術(shù)的最佳工藝條件，并對整個工藝流程進行了能耗分析。
　　 本文首先采用搖瓶法研究了生物瀝浸處理對城市污泥金屬溶出、沉降

3、性能及營養(yǎng)元素損失的影響。結(jié)果表明，以S0和Fe2+為復(fù)合底物，采用嗜酸性復(fù)合硫桿菌（Acidithiobacillus ferrooxidans LX5和Acidithiobacillus thiooxidans TS6）對城市污泥進行生物瀝浸處理，在較短時間內(nèi)能明顯促使污泥中重金屬Cu、Zn、Ni的快速溶出，溶出率分別達到91.42％、93.62％、63.36％。研究還發(fā)現(xiàn)，生物瀝浸處理后，污泥的沉降性能得到很大的改善，污泥體積降到

4、原來的1/2左右，同時，污泥中N、P、K及有機質(zhì)等植物養(yǎng)分分別損失18.83％、7.89％、47.97％和22.06％，但不影響其進一步農(nóng)業(yè)利用的價值。
　　 萃取過程是回收金屬銅的關(guān)鍵步驟，城市污泥生物瀝浸液中大量的DOM和Fe3+是影響萃取分離銅效果的因素。作者深入研究了DOM對銅萃取劑M5640飽和絡(luò)合量的影響，并確定了采用M5640-磺化煤油-硫酸體系從瀝浸液中萃取銅分離去除鐵雜質(zhì)的工藝參數(shù)。結(jié)果表明，城市污泥生物瀝浸液

5、中DOM對萃取劑M5640的飽和容量并無很明顯的影響，當萃取劑M5640濃度（體積分數(shù)）為2％，萃取相比（有機相與水相體積比，以O(shè)/A表示）為1/3，瀝浸液pH為2.0，萃取時間為180s時，萃取分離銅、鐵的效果最好，銅的萃取率達到95％以上，而鐵的共萃率低于10％;為有利于后續(xù)的電積回收Cu的工藝能順利進行，萃取液中M5640絡(luò)合的Cu需要通過反萃取（在加硫酸的強酸性條件下解離M5640-Cu絡(luò)合物使Cu進入水相）。反萃取試驗結(jié)果表明

6、，在反萃取相比(O/A)為2/1的條件下用1.5mol/L硫酸溶液進行反萃取，銅的一級反萃取率達到80.07％，二級反萃取率即可達到95％以上，反萃液中的Cu2+濃度最終可富集到3.5g/L左右。
　　 最后采用電積法回收反萃取液中金屬銅。探討了槽電壓、電積時間、電解液溫度和電極間距等因素對回收銅的影響。結(jié)果表明，以石墨（陽極）和銅板（陰極）作為配對電極，在槽電壓為2.1V、電解液溫度為55℃、電極間距為3.5cm的條件下，以銅

7、反萃取液連續(xù)電積8h，可回收高達95％以上的金屬銅，并且電能消耗只有2264kWh/t，具有很大的經(jīng)濟效益。
　　 整個工藝過程，生物瀝浸、萃取和電積三個工序的水相形成兩個閉路循環(huán)：萃取和生物瀝浸，反萃取和電積。前者通過萃余液（萃取后的污泥瀝浸液）返回生物瀝浸階段進行城市污泥銅溶出，后一循環(huán)用電積貧電解液反萃獲得富銅電解液，有機相則在萃取系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，整個過程無廢液排出。按照城市污泥銅溶出率為95％，污泥瀝浸液中銅萃取率為90

8、％，電積銅回收率為95％計算，1t含Cu8000mg/kg（干重）的城市污泥采用該工藝處理后，污泥中殘余的銅含量僅為400 mg/kg，同時還可獲得6.50 kg的高純度Cu，具有一定的回收價值。
　　 本文研究表明，利用生物瀝浸-溶劑萃取-電積沉銅技術(shù)回收城市污泥中金屬銅具有工藝簡單、回收率高、能耗低、無環(huán)境污染、成本低等優(yōu)點。城市污泥經(jīng)過該工藝處理后，不僅實現(xiàn)了污泥無害化和減量化處理，而且還具有農(nóng)業(yè)利用的價值。同時，瀝浸液中