Nghiên cứu phương pháp thu hồi đồng trong nước thải mạ đồng xyanua

1. Giới thiệu

Thiết lập một chế độ mạ điện thân thiện với môi trường và tiết kiệm tài nguyên hiện là hai chủ đề chính cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp mạ điện. Trong bối cảnh thiếu hụt tài nguyên kim loại màu trên thế giới và chi phí mạ điện vật liệu kim loại liên tục tăng, việc áp dụng công nghệ mạ điện tiết kiệm tài nguyên đã thu hút được nhiều sự chú ý. Các doanh nghiệp mạ điện của Trung Quốc có lịch sử phát triển tương đối ngắn. Trong giai đoạn phát triển ban đầu, thiếu vốn và công nghệ lạc hậu. Hầu hết các nhà máy mạ điện nhỏ đều thiếu nhận thức về việc thu hồi vật liệu kim loại trong nước thải mạ điện, chưa nói đến việc nghiên cứu các phương pháp thu hồi. Đối với xyanua Nước thải mạ đồng và mạ điện hợp kim đồng, chất kết tủa hình thành do đồng hóa trị hai sau khi phá vỡ xyanua là các hạt mịn, dẫn đến việc kết tủa và tách khó khăn và chi phí cao. Do đó, việc nghiên cứu các quy trình thu hồi mới là rất cấp thiết.

2. Nguyên tắc phương pháp

2.1 Xử lý nước thải mạ đồng xyanua và hợp kim đồng

Trong quy trình phân hủy xyanua truyền thống sử dụng natri hypoclorit, độ pH của nước thải chứa xyanua cần được điều chỉnh đến 11 - 12, thường bằng cách thêm natri hydroxit. Trong quá trình phân hủy xyanua, xyanua được chuyển hóa thành Carbon Dioxit và nitơ, cùng với các ion đồng hóa trị một bị oxy hóa thành các ion đồng hóa trị hai, sau đó tạo thành các hạt mịn cacbonat đồng kiềm lơ lửng trong nước thải. Quá trình lắng tự nhiên mất hơn một ngày mà vẫn không thể đạt được sự kết tủa hoàn toàn. Cần một lượng lớn chất trợ keo tụ và chất tạo bông để đạt được sự kết tủa và tách hoàn toàn. Trước đây, khi không thu hồi được đồng, nước thải sau khi phân hủy bằng xyanua được trộn vào nước thải chứa axit tổng hợp, sau đó được xử lý bằng phương pháp vôi. Cacbonat đồng kiềm được hấp phụ trên các chất kết tủa trong nước thải tổng hợp và cuối cùng được kết tủa và tách ra.

Quá trình phá vỡ xyanua mới là thêm vôi để điều chỉnh độ pH. Carbon dioxide sinh ra trong quá trình phá vỡ xyanua phản ứng với canxi oxit để tạo thành canxi cacbonat. Đồng thời, đồng cacbonat cơ bản kết tủa với canxi cacbonat để tạo thành các chất kết tủa hạt lớn.

2.2 Xử lý nước thải chứa đồng khác

Các ion đồng hóa trị hai trong nước thải mạ đồng sáng có tính axit phản ứng với vôi tạo thành đồng hydroxit, và axit sunfuric phản ứng với vôi tạo thành canxi sunfat và nước. Trong nước thải mạ đồng pyrophosphat, gốc pyrophosphat và các ion đồng tồn tại dưới dạng phức hợp. Khi được xử lý bằng vôi, gốc pyrophosphat phản ứng với canxi oxit tạo thành kết tủa canxi pyrophosphat, và các ion đồng phản ứng với canxi oxit tạo thành đồng hydroxit.

3. Quy trình phục hồi

3.1 Thành phần của nước thải chứa đồng

Nước thải chứa đồng bao gồm một số loại như mạ đồng xyanua, hợp kim đồng-kẽm, hợp kim đồng-thiếc, mạ đồng sáng axit và nước thải mạ đồng pyrophosphate. Nước thải mạ đồng xyanua, hợp kim đồng-kẽm và hợp kim đồng-thiếc chảy vào bể điều chỉnh nước thải chứa xyanua, trong khi nước thải mạ đồng sáng axit và mạ đồng pyrophosphate chảy vào bể điều chỉnh nước thải chứa đồng. Nước thải mạ đồng xyanua và hợp kim đồng chứa các tác nhân phức hợp như Natri xyanua, kali natri tartrat và amoni thiocyanat, tạo thành phức chất với các ion đồng. Nước thải mạ đồng pyrophosphate chứa phức chất đồng pyrophosphate. Nước thải mạ đồng xyanua và hợp kim đồng chiếm khoảng 90% tổng lượng nước thải chứa đồng, trong khi nước thải mạ đồng sáng axit và mạ đồng pyrophosphate chiếm khoảng 10%.

3.2 Quá trình oxy hóa phức chất đồng

Trước khi thu hồi đồng, cần phải phá vỡ các phức chất đồng trong nước thải mạ điện và oxy hóa các ion Cu⁺ thành các ion Cu²⁺. Một phương pháp kết hợp dung dịch natri hypoclorit và hydro peroxide được sử dụng để phá vỡ xyanua và các tác nhân tạo phức như kali natri tartrat. Có ba bể phá vỡ xyanua. Nước thải chứa xyanua và nước thải chứa đồng được bơm vào bể phá vỡ xyanua giai đoạn một. Sữa vôi được thêm vào để điều chỉnh độ pH đến 11 - 12. và lượng sữa vôi bổ sung được điều chỉnh bằng hệ thống kiểm soát pH. Đồng thời, dung dịch natri hypoclorit được thêm vào để phá vỡ xyanua. Hydrogen peroxide được thêm vào bể phá vỡ xyanua giai đoạn hai để tiếp tục phá vỡ xyanua và các tác nhân tạo phức oxy hóa như kali natri tartrat. Do tốc độ phản ứng chậm, nên một bể phá vỡ xyanua giai đoạn ba được thêm vào. Trong bể phá xyanua giai đoạn ba, việc loại bỏ xyanua và các tác nhân tạo phức như kali natri tartrat được kiểm tra theo dữ liệu phân tích hóa học và kinh nghiệm. Khi phản ứng oxy hóa hoàn tất, Cu⁺ trong nước thải được chuyển đổi hoàn toàn thành Cu²⁺ và kết tủa đồng cacbonat và đồng hydroxit cơ bản được hình thành. Trong quá trình này, sau khi nước thải mạ đồng pyrophosphate phản ứng với vôi, phức hợp được hình thành bởi gốc đồng và pyrophosphate bị phá vỡ và đồng hydroxit được hình thành. Dữ liệu phân tích cho thấy quá trình này có thể làm cho nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải. Việc thêm vôi để điều chỉnh độ pH và kết tủa các ion đồng làm giảm chi phí xử lý và vôi cũng đóng vai trò là chất trợ keo tụ và kết tủa hoàn toàn gốc pyrophosphate.

3.3 Thu hồi đồng

Trong quy trình trên, các ion đồng trong nước thải mạ điện được chuyển đổi thành kết tủa đồng cacbonat cơ bản. Nếu lượng vôi thêm vào lớn, các ion đồng cũng có thể được chuyển đổi thành kết tủa đồng hydroxit. Vì vôi là cần thiết để kết tủa gốc pyrophosphate trong nước thải mạ đồng pyrophosphate, nên lượng vôi thêm vào không thể quá nhỏ. Chi phí vôi rất thấp và có thể thêm vào với lượng dư thích hợp trong quá trình xử lý.

Sau khi nước thải chứa xyanua và chứa đồng được xử lý trong bể phá xyanua ba giai đoạn, chúng chảy vào bể keo tụ. Natri pyrosulfit được thêm vào bể keo tụ để giảm lượng hydro peroxide dư thừa và chất keo tụ polyacrylamide được thêm vào để làm cho các hạt kết tủa phát triển lớn hơn. Nếu natri pyrosulfit không được thêm vào bể keo tụ, hydro peroxide còn lại sau khi phá xyanua sẽ phân hủy để tạo ra oxy, được hấp phụ trên bề mặt của các hạt kết tủa và làm cho kết tủa nổi. Lượng natri pyrosulfit được thêm vào phải đủ để kết tủa không nổi và lượng dư thích hợp là có thể chấp nhận được.

Sau khi đi qua bể keo tụ, nước thải chảy vào bể lắng ống nghiêng. Sau khi kết tủa được tách ra khỏi nước, chúng đi vào bể lắng cô đặc, sau đó được lọc bằng máy ép lọc. Bánh lọc được thu hồi và dịch lọc chảy trở lại bể điều chỉnh. Bánh lọc chứa đồng thu hồi được mua bởi một công ty chuyên nghiệp và gửi đến một nhà sản xuất chuyên nghiệp để sản xuất đồng sunfat hoặc cũng có thể được sử dụng để sản xuất đồng điện phân.

4. Lợi ích

Nước thải chứa đồng được tạo ra trong bốn xưởng mạ điện. Dữ liệu phân tích và giám sát cho thấy nồng độ khối lượng trung bình của đồng trong Nước thải mạ đồng xyanua là 345mg/L, tức là mỗi tấn nước thải chứa 0.345kg đồng. Tổng lượng nước thải mạ đồng xyanua mỗi tháng khoảng 4600 tấn, chứa 1587kg đồng. Cùng với đồng trong các loại nước thải chứa đồng khác, mỗi tháng có thể thu hồi được khoảng 1700kg đồng. Thu nhập hàng tháng của công ty từ việc bán bùn chứa đồng là 30.000 - 40.000 nhân dân tệ. Việc công ty thu hồi đồng từ nước thải mạ điện tránh được tình trạng tiêu thụ đồng kim loại không hiệu quả, không chỉ giảm chi phí mạ điện mà còn giảm ô nhiễm thứ cấp của bùn mạ điện ra môi trường, đạt được lợi ích kinh tế và xã hội tốt.

5. Phần kết luận

Ngành công nghiệp mạ điện là một ngành công nghiệp gây ô nhiễm cao. Trong tình hình hiện nay, khi các quy trình và công nghệ xử lý nước thải mạ điện tại Trung Quốc tương đối lạc hậu, việc tích cực nghiên cứu các phương pháp thu hồi kim loại màu trong nước thải mạ điện có ý nghĩa to lớn trong việc thiết lập chế độ mạ điện tiết kiệm tài nguyên và thân thiện với môi trường, đồng thời duy trì sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp mạ điện. Phương pháp xử lý nước thải mạ đồng xyanua và các nước thải chứa đồng khác để thu hồi đồng bằng vôi được nghiên cứu trong bài báo này đã cho thấy kết quả tốt trong các ứng dụng thực tế, cung cấp một cách khả thi cho sự phát triển xanh của ngành công nghiệp mạ điện.