【《含铜污泥中有价金属的资源化利用现状国内外文献综述》4300字】

第1章绪论i含铜污泥中有价金属的资源化利用现状国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u775含铜污泥中有价金属的资源化利用现状国内外文献综述 139601含铜污泥的处理与处置现状 194541.1固化/稳定化法 1262691.2热处理法 1174182含铜污泥中有价金属的资源化利用现状 226322.1含铜污泥中有价金属的浸出研究 226062.2含铜污泥浸出液中有价金属回收研究 320642.3“浸出—萃取—电积”回收铜的工艺及应用 530046参考文献 51含铜污泥的处理与处置现状目前，固化/稳定化法和热处理法仍然是含铜污泥无害化处理与处置的一种重要方法[29]。现阶段，颜料污泥的处理与处置通常采用安全填埋方法，将污泥中的重金属、有机物和其他有害物质在安全填埋之前进行固化和稳定[30]。1.1固化/稳定化法固化/稳定化过程主要是将粉煤灰、水玻璃、水泥和其他固化剂中的一种或多种与颜料污泥按一定比例混合，以形成致密的凝固体过程，然后将有害物质转移至凝固体中，最终进行安全的填埋处理[31,32]。目前，固化/稳定化法主要研究固化体的低渗透率、高抗压强度等参数。周剑波[33]等人采用煤渣、粉煤灰和水泥用作固化剂以固化印染污泥。结果表明，当水泥，粉煤灰和煤渣的含量分别为0.15kg/kg，0.02kg/kg和0.08kg/kg，固化时间为6天时，固化块的抗压强度达到330kPa，符合垃圾填埋场的准入标准，固化剂对印染污泥中的重金属和化学需氧量具有良好的固着效果。尽管固化/稳定化法对污泥进行填埋的处置方式较为简单、便捷，但并没有从源头上消除有害物质对环境和人体健康造成的潜在风险，同时添加固化剂后造成固化体的体积和质量增加，占用大量土地资源[34]。1.2热处理法热处理方法是通过氧化和熔化污泥的方式，以减少有害物质的毒性。目前，通常采用与其他材料直接焙烧燃烧，不仅可以实现含铜污泥的减量化处理，而且可以减轻污泥对环境和人体健康的危害[35]。焚烧后灰渣可以进行安全填埋处置，减少的污泥残渣可以大大降低企业的处置成本，产生的热量可作为二次能源用于发电、供热等[36]。热处理方法的最大特点是需要加热，其显着的优点是减少了颜料污泥的体积和重量，这是一种较好的处理方法。但是它的缺点也很明显，对于具有低热值的污泥，在热处理过程中需要添加大量的燃料助燃，同时产生的废气极易对环境造成二次污染[37,38]。2含铜污泥中有价金属的资源化利用现状在含铜污泥处理与处置的早期阶段，主要通过各种稳定化技术，把污泥的浸出特性作为控制无害化处理的标准，但是含铜污泥中的有价金属（Cu）并没有得到充分的开发利用。因此，含铜污泥资源化利用将成为未来发展的重点。2.1含铜污泥中有价金属的浸出研究含铜污泥中有价金属的回收和利用，首先涉及重金属的分离，其次是重金属的富集和纯化。现阶段，从含铜污泥中分离重金属的主要方法是通过湿法冶金技术从污泥中浸出重金属，然后通过萃取法将金属从固相转移到液相[39]。（1）酸浸法酸浸法，主要分为有机酸和无机酸浸出两种方式，常见的无机酸浸出剂如H2SO4、HCl、王水等，有机酸浸出剂如柠檬酸、酒石酸等，为了达到较高的浸出效果，通常添加H2O2等氧化还原剂。易龙生[40]等人用MATLAB拟合了在H2SO4体系中Cu的浸出动力学模型，在液固比为15：1的条件下，H2SO4浓度为1mol/L，浸出时间为10min，铜的浸出率达到90%，结果表明H2SO4作为浸出剂的Cu浸出效果显著。酸浸的主要特征是反应速度快和效率高[41]，理论上可以浸出所有的金属氧化物，这对无害处理含铜污泥浸出残留物是有益的，但是酸性浸出没有选择性，并且对设备具有一定的腐蚀作用[42,43]。碱浸法碱性浸出相较于酸性浸出具有较好的选择性，主要是利用某些金属化合物的特殊性质，如Cu2+、Zn2+等能与氨形成稳定的配合物。李超[44]等人使用含氨的碱性浸出剂，从颜料污泥中浸出金属铜和镍。在氨用量为20wt%，（NH4）2CO3用量为0.3mol/L，固液比为1:15，温度为70℃。铜和镍的浸出率为95.84%和92.01%。碱浸法能够使金属铜、镍、锌等金属溶解，但是氨水易挥发、有较强刺激性[45]，同时氨与重金属易形成络合离子，严重影响重金属的富集和提纯，因此碱性浸出法使用具有一定的局限性[46]。生物浸出法生物浸出技术，是一种用细菌微生物从矿石中提取黄金等贵金属的技术。作为一种熔炼或烘烤替代方法，在矿石金属含量低，需要用有效环保方法提取时使用。其原理是通过细菌以矿物质中的营养为食，将矿石中的金属分离出来[47,48]。叶茂友[49]等研究了Cu2+浓度对酸性氧化亚铁硫杆菌的生长特性的影响。当培养基中的Cu2+的浓度低于0.5g/L时，对A.F细菌的生长活性的影响较小；反之亦然；当Cu2+的浓度从1.0g/L变化至2.0g/L时，A.F细菌的生长活性开始受到Cu2+的影响，并出现明显的浸出延迟效应。微生物溶浸出技术作为一种新浸出技术，将成为具有广阔应用前景的绿色工艺，在解决矿产资源枯竭以及环境保护方面显示出巨大的发展优势，但是现阶段的浸出率和操作条件难以满足大规模工业应用[50]。2.2含铜污泥浸出液中有价金属回收研究要实现从复杂的污泥浸出液中回收高品质的金属，最重要是实现浸出液中有价金属的富集与提纯。目前，应用较为成熟的技术主要有沉淀法、萃取法、电解法等[51,52]。（1）沉淀法沉淀法是利用不同金属与OH-、S2-、PO43-等反应生成难溶解物质，该技术在重金属废水处理以及冶金工业等领域被广泛应用，主要有水解沉淀法、不溶性盐沉淀法和氧化还原法。肖静晶[53]等人对污泥浸出液用氧化钙，硫化钠和新型沉淀剂处理。研究结果表明，新型沉淀剂的回收性能优于NaS和CaO等常规的沉淀剂，当pH为7时，铜和镍的回收率达到100%，铜的回收率为96.20%，镍的损失仅为6.63%。（2）萃取法溶剂萃取由于其快速的相传质，高的分离效率，低的能耗和较强的适应性，一直是核原料、稀土和各种有色金属湿法萃取中最重要的分离技术。近年来，陆续成功开发针对金属离子的新型萃取剂，为萃取技术的广泛应用奠定了坚实的基础。刘晓荣[54]等人将Lix984N萃取剂从电镀污泥的浸出液中提取铜和锌，采用两级逆流萃取工艺，可以获得了铜含量较高的铜萃取液（萃取率约为99.9%），用150kg/m3的H2SO4溶液可以将铜从负载有机相中完全反萃取出来，然后在423K下20barH2的压力下，在高压釜中通过水热还原/沉淀法合成铜粉。目前，溶剂萃取法作为有价金属生产回收工艺流程中的一个重要组成部分，可以实现直接萃取所需的目标金属。同时，为了达到获得较高浓度的目标金属，通常对浸出液进行多级萃取和反萃取，所以萃取法也可以实现提纯效果。（3）离子交换法离子交换法的实质是根据离子交换树脂上活性基团交换溶液中不同金属离子的能力，实现浸出液中金属离子选择性吸附的分离技术。赖才书[55]等人将离子交换树脂应用于从含铜的浸出液中分离回收铜，结果表明：在酸性溶液中，用Na型树脂可显著提高在浸出液中Cu的吸附量，再用1mol/L的稀硫酸溶液进行解吸，进而达到富集回收铜离子的目的。现阶段，离子交换树脂法也存在一定的不足，诸如成本高、交换容量有限，工艺要求高等缺点[56]。（4）功能材料法随着含铜污泥制备功能材料成为是研究热点，其原理是将污泥中的重金属元素直接制备成催化剂、复合电极和其他功能材料[57]。ChangzhouWeng[58]等人研究从危险废物中回收重金属，对减轻重金属污染和回收有价值的金属资源具有重要意义。以含镍电镀污泥为例，利用调节剂辅助水和酸洗的办法，将污泥中的镍转化为高价值的NiFe2O4（铁酸镍）纳米材料，并对污泥中的镍和钙进行选择性萃取，在最佳条件下，镍和钙的萃取率分别为96.70%和99.66%。含铜污泥制备功能材料是实现污泥资源化利用重要的研究方向，但是目前研究仍处在实验阶段，在实际工业应用过程中仍然存在诸多制约因素。（5）电积法通过电沉积回收金属的工作原理是将金属离子分离并沉积在阴极电极板上，获得金属单体，从而达到净化提纯和回收金属目的[59,60]。李盼盼[61]等人探究了影响电解回收污泥中Cu和Ni的因素，包括电极板材料、电解槽电压和pH值。实验结果表明，在电解槽电压为2.5v，pH值为4，电解6h后，模拟溶液中的铜几乎可以100%回收利用；电解2h后加入适量的添加剂（硼砂）可以回收约60%的Ni，但是继续增加电解时间也难以回收剩余的镍。2.3“浸出—萃取—电积”回收铜的工艺及应用“浸出—萃取—电积”工艺回收金属是20世纪60年代开发的一种湿法冶金方法，其主要用于从氧化矿石、低品位矿石和硫化矿石中提取金属[62,63]。陈海平[64]等人采用“生物浸出-溶剂萃取-电解沉积”工艺从市政污泥中回收铜。发现生物浸出处理可以有效地溶解城市污泥中的铜，城市污泥中铜的浸出率为95%，污泥浸出液中的铜萃取率为90%以上，电沉积铜的回收率约为95%。根据理论计算，在1吨含8000mg/kg（干重）的城市污泥中的残留铜仅为400mg/kg，可以得到6.5kg的高质量阴极铜。因此，该工艺为城市污泥中铜的回收提供了理论依据。科学合理地选择浸出剂、萃取剂、优化电积工艺等条件对回收高品质铜具有重要意义[60,65]。经过多年的发展，我国的“浸出-萃取-电积”工艺的关键步骤取得了很大的进步，同时随着铜萃取剂技术的不断完善。此技术不仅在湿法冶金提取铜而且在二次铜资源回收领域也得到快速发展和应用，有效的缓解了我国铜资源的紧缺，为铜工业技术发展开辟一条新路径[66]。参考文献[1]梅益柔,唐为平,孔峰,等.铜酞菁废水资源化处理工艺研究[J].江苏技术师范学院学报,2011,17(2):8-11.[2]张有贤,刘雯,姜涛.铜酞菁生产废酸废水综合治理方案探讨[J].工业用水与废水,2010,41(5):56-59.[3]涂勇,田甲蕊,朱化军,等.江苏省印染污泥现状分析[J].环境科学学报,2015,35(2):527-534.[4]黄海啸,刘云.铜酞菁生产中的三废综合治理及其资源化探讨[J].污染防治技术,2007,20(5):61-63.[5]周春隆.关注有机颜料核心关键技术[J].2019,56(1):1-11.[6]WangC,WangL,HuangY,etal.PreparationandcharacterizationofPhthalocyanineBlueencapsulatedwithsilanecouplingagentforbluelightcurableinkjetprintingoftextiles[J].DyesandPigments,2017,139:453-459.[7]周春隆.酞菁颜料结晶形态与调整技术(续)[J].染料与染色,2020,57(02):1-9.[8]周春隆.酞菁类功能性颜料结构及应用特性[J].染料与染色,2021,58(01):1-17.[9]查燕技.有机酞菁绿颜料的生产工艺发展[J].农家参谋,2020(04):221.[10]房健.颜料废水处理工艺组合研究[D]：兰州交通大学市政工程,2012.[11]MaoL,WuY,ZhangW,etal.Effectsofelectroplatingsludgeintroductiononthemorphology,mineralphaseandporosityevolutionoffiredclaybricks[J].ConstructionandBuildingMaterials,2019,211:130-138.[12]Suárez-NavarroJA,LanzónM,Moreno-ReyesAM,etal.Radiologicalbehaviourofpigmentsandwaterrepellentsincement-basedmortars[J].ConstructionandBuildingMaterials,2019,225:879-885.[13]PangC,SkjoldingLM,SelckH,etal.A“point-of-entry”bioaccumulationstudyofnanoscalepigmentcopperphthalocyanineinaquaticorganisms[J].EnvironmentalScience.Nano,2021,8(2):554-564.[14] 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