周盛兵　芦　昱

（1.金湖县环境监测站，江苏　淮安　211600；2.南京大学环境规划设计研究院有限公司，江苏　南京　210093）



含镍污泥的处理技术研究

周盛兵1芦昱2

（1.金湖县环境监测站，江苏淮安211600；2.南京大学环境规划设计研究院有限公司，江苏南京210093）

摘要：本文介绍了目前主要的含镍污泥处理处置方法，并分析了各自的优缺点以及应用情况。

关键词：含镍污泥；处理技术；固化；回收

1　含镍污泥简介

1.1含镍污泥来源

含镍污泥主要来自于金属冶炼、电镀和化工生产等过程。电镀、皮革行业在生产运行过程中会产生大量含有Cu、Ni、Cr等重金属元素的污泥，若不妥善处置，将会对环境造成严重污染，甚至危及人类生命安全。

1.2含镍污泥性质

一般来说，电镀、化工生产过程产生的含镍污泥中的镍，以水化物的形式存在，镍污泥中镍含量一般在10%左右［1］。另外，还含有铁、铜、锌等其他重金属。含镍污泥通常具有易积累、不稳定、易溶出等特点。由于含镍废水通常不仅仅只含有镍离子，还含有其他的金属离子，组分复杂，在中和沉淀过程中加入的次氯酸钠、硫化钠、硫酸亚铁或石灰等化学药剂，进一步增加了含镍污泥的组分复杂性。

1.3含镍污泥危害

含镍污泥是一种不稳定的危险废物，如果不对其进行处理、随意堆放，将对土壤和地下水造成严重污染［2，3］，进而对人体和环境造成损害，其直接后果是污泥中的镍及其他重金属在雨水淋溶作用下进入地表水、土壤、地下水，并通过生物链富集作用对人类的健康产生危害，可能引起皮肤炎症、神经衰弱和系统紊乱，而且镍是一种致癌物质，可以导致肺癌［4，5］。此外，过量的镍对植物也会造成危害，典型的就是镍会导致植物叶片坏死［6，7］。

2　含镍污泥的处理

目前含镍污泥的处置措施主要包括污泥中重金属的分离回收和固化/稳定化（Solidification/Stabilization）处理［8］。

2.1分离回收

含镍污泥为一种廉价的二次资源［9，10］，其中某些污泥中的镍含量甚至高于矿石中镍的品位。我国作为一个“贫镍”国家，人均镍资源量远远低于世界平均水平，而对镍资源的需求与日俱增。因此，回收含镍污泥中的镍具有十分重大的意义。

从污泥中回收镍，通常要先对污泥中的镍进行浸出，将污泥中的镍浸出后，采用不同的方法将浸出液中的镍进行分离和提纯，以下分别介绍各种方法。

2.1.1溶剂萃取法。溶剂萃取法通过加入有机萃取剂或含有萃取剂的有机溶剂，经过传质过程，浸出液中某些重金属进入萃取剂中，从而实现镍离子与回收液分离。通过控制萃取剂的种类和萃取条件等，可以实现不同金属离子在水相和有机相中不同的分配比例，继而实现重金属的分离与提纯。20世纪70年代，瑞典科学家提出了H-MAR与Am-MAR“浸出-溶剂萃取”工艺，使浸出液中Cu、Zn、Ni的回收率均达70%。20世纪90年代，美国科学家通过改进，使Cu、Ni的回收率提高到90%以上［11，12］。溶剂萃取法能够达到较高的回收率，而且不产生二次污染物，但是对操作过程和设备的要求较高，工艺过程有待优化，成本也较高。而且由于污泥成分复杂，浸出液中的一些有机物会造成萃取剂乳化现象，对萃取过程会产生一定影响，从而影响萃取效率。

2.1.2湿法加压氢还原法。湿法加压氢还原法是一种回收金属单质的方法。该方法是直接用氢气从浸出液中还原出金属单质，通过控制反应条件，便能选择性地获得不同的金属单质，从而实现金属的回收。程洁红［13］等人通过研究发现，当pH在5.4～5.6，温度为160℃，氢分压为2MPa时，用氢气氢还原铜和镍离子能够达到最佳回收率，分别为71%和64%。

湿法加压氢还原法虽然能得到产值较高的金属单质产品，但是回收率较低，而且对反应条件要求较高，运行费用较高。

2.1.3电解法。电解法是在外加电源的推动下，实现重金属的还原，将金属离子还原为金属单质，并在阴极析出。李盼盼［14］等人用多孔钛涂钌铱作为阳极，不锈钢作为阴极，硼酸为缓冲剂，结果发现，电压越大，pH越高，硼酸的量越多，镍的回收率越高。

电解法是金属冶炼常用的方法，但是由于含镍污泥浸出液中的Ni2+/N氧化还原电位较氢低，易受其他杂质的影响，因此电流效率较低且能耗较高。

2.1.4离子交换法。离子交换法是废水处理中利用离子交换剂去除水中有害物质的一种方法，常用的离子交换剂有沸石、分子筛、离子交换树脂等。通过控制交换剂的种类和反应条件，可以定向吸附目标离子，实现目标产物的分离和提纯。郑宏［15］等人提出了一种新型的离子交换系统，该系统以南京大学开发的SI系列离子交换树脂为交换剂，用于富集和分离废水中的重金属离子。废水经该系统处理后，可稳定达标排放，还可实现Cu、Zn、Ni的回收，回收产品的纯度达99.9%。

但是，由于树脂的价格昂贵，运行费用较高，而且产生的浓缩液需要进一步处理，因此在工业上限制了其广泛应用。

2.1.5膜分离法。一般采用液膜来分离提取污泥浸出液中的Cu、Ni等重金属离子。使用液膜进行分离时，污泥浸出液中的重金属离子通过在膜外与流动载体选择性络合，向膜内扩散和在膜内解络3个过程，实现从膜外到膜内的富集，从而使重金属得到回收。

膜分离法具有较高的能量转化效率，装置简单，占地面积小，易于操作和控制。但是，由于液膜寿命短，稳定性低，易产生二次污染，而且投资大运行管理费用高，目前难以推广应用。

2.1.6化学沉淀法。化学沉淀法是目前实际应用中最广泛的分离提纯工艺，主要分为氢氧化物沉淀法、碳酸盐沉淀法、硫化物沉淀法和金属置换沉淀法。化学沉淀法具有工艺简单、易于操作、能耗低等优点。

2.2固化/稳定化

固化/稳定化过程，虽不能回收利用污泥中的镍资源，但可以使含镍污泥无害化的目的，包括水泥固化［16］、热塑性固化、熔融固化等。具体指采用适当的固化剂，如水泥、沥青、水玻璃等，将污泥中的有害物质固定在固化体中大幅度降低污泥中的重金属的浸出量，从而解除污染。热处理［17］也可以达到稳定化的目的，包括焚烧法、低温热解和玻璃化等方式，通过热处理过程，可以使污泥中的有毒有害成分的毒性降低，并且还可以大幅度降低污泥体积，实现减量化、无害化的目的。

2.2.1焚烧法。新兴的电镀污泥焚烧技术具有大幅度减容和回收其中有机质的突出优点，逐渐成为污泥处置的主要手段。有报道指出，将污泥中的重金属经热处理后转移到稳定的矿相结构[如尖晶石（Mg、Cu、Ni、Pb）（Fe、Cr、Al）O4]，不仅能达到将重金属固化/稳定化目的目的，还能大幅度减容和回收污泥中有机质中的能量。该方法克服了重金属污泥焚烧后底灰中易浸出重金属的缺点，具有重大的现实意义和实用价值。

Kaimin通过加入富铝材料（高岭土、莫来石）或赤铁矿完成了对模拟含铜污泥、含镍污泥和含铅污泥的固化/稳定化，浸出试验结果表明，通过将重金属转移到稳定的晶格结构中能安全有效地固化重金属元素［18］。采用该方法对于多种性质相近的重金属元素（如Cu、Ni）同样能够起到较好的固化效果［19］，甚至对无机元素（如F）也能起到固定作用［20］。

2.2.2固化剂法。到目前为止，大多数研究是通过加入富铝材料［21，22］（高岭土、莫来石）或高纯度的氧化铝与重金属元素合成尖晶石结构完成固化，由于加入的固化介质的经济性问题，一定程度上限制了矿化晶格固定法这项技术的发展。因此，寻找廉价的替代材料或固体废弃物成为推动这项技术发展的重点。

粉煤灰作为大宗工业固体废弃物，其每年的产生量非常巨大，在我国每年的粉煤灰产生量大约有0.8亿～1.0亿t［23］，粉煤灰作为一种与高岭土性质相似的富铝材料，同样具有作为固化介质的潜力，若能将粉煤灰用于重金属污泥的固化，不仅拓宽了粉煤灰的应用途径，更重要的是能够降低重金属污泥的处置成本，提高该项技术的经济性。

富铁材料同样可以与重金属元素（如Cu、Ni、Zn等）合成尖晶石，因此工业生产过程中产生的含铁污泥（钢铁厂酸洗过程中产生的大量含铁污泥）也具有作为固化介质的潜力。此外，Fenton试剂法处理废水时产生的含铁污泥含铁量高达50%，传统的处置措施烧制砖瓦不能够有效地利用其中的铁资源，而利用Fenton试剂法产生的含铁污泥作为固化介质，不仅能够达到固化重金属污泥的目的，还能够大量消耗含铁污泥，为解决Fenton试剂法含铁污泥难处理的问题提供一条新的途径［23-26］。除多数研究中的尖晶石结构之外，一些研究中发现某些重金属元素的其他结构也较稳定如铅长石。因此，根据污泥中重金属的种类寻找相应的简单、易合成的稳定结构，对推动这项技术的进一步发展具有重要的意义。

3　结语

含镍污泥的处置与利用，应当兼顾到环境效益、社会效益和经济效益，应遵循稳定化、无害化、减量化和资源化的原则，通过资源化解决日益增多的污泥数量和有限的可供填埋的空间的矛盾，实现经济的可持续发展。随着科学技术和实践水平的发展，新的污泥处理技术也渐渐地投入实际应用，但仍然处于摸索阶段，需要进一步深入研究。

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中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2016）02-0137-03

收稿日期：2016-01-28

作者简介：周盛兵（1972-），男，工程师，研究方向：环境保护、自然生态建设、污染防治以及环境监测。

Research on Nickel Sludge Treatment Technology

Zhou ChengbingLu Yu
（1.Jinhu County Environmental Monitoring Station，Huai´an Jiangsu 211600；2.Nanjing Uiversity Environment Planning and Design Institute Co.Ltd.，Nanjing Jiangsu 210093）

Abstract:The purpose of this paper is to introduce the main nickel sludge disposal method,and analyze their advantages and disadvantages and application.

Keywords:nickel containing sludge；treatment technology；solidification；recovery