一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法与流程

1.本发明涉及工业废水处理及回收利用技术领域，具体为一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法。


背景技术：

2.电镀是国民加工制造业中的通用工序，在机械、电子、航空航天等领域都有广泛的应用。化学镀镍是电镀行业的一个重要分支，由于其镀层具有优良的耐蚀性、耐磨性、可焊性以及镀层厚度均匀等优点，使其在世界范围内得到了广泛的应用，化学镀镍行业的迅猛发展，同时带来了大量化学镀镍废液需要处理的问题。化学镀镍废液中一般含有2～5g/l的重金属镍，如果未得到有效处理而排放至水体中，对水体中的生物有明显的毒害作用，当水体中的氯化镍浓度超过1.2mg/l时即可引起鱼群死亡。按我国现行电镀污染物排放标准(gb21900
‑
2008)中表3标准规定：镍允许排放的浓度仅为0.1mg/l。
3.与此同时，镍是一种短缺昂贵的金属资源，这些年国际市场上镍的价格一直居高不下。2020年金属镍的价格上涨到14万元/吨。由于化学镀镍废液中镍的浓度相对较低，且含有大量的磷酸盐等物质，难以利用电解法直接回收其中的镍。目前化学镀镍废液的主要处理方法是化学沉淀法、芬顿法等，这些方法往往需要投加大量的污水处理药剂，成本高，同时废液中的镍回收困难，造成资源浪费，产生大量污泥，容易造成二次污染。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法，针对化学镀镍废液中镍资源回收利用困难的现状，本发明旨在提供一种化学镀镍废液中镍高效分离浓缩的及同步回收的新技术，可以金属镍的形式实现废液中镍资源的有效回收，降低废液对环境的污染。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法，包括以下步骤：
7.s1：首先将化学镀镍废液经精密过滤系统进行过滤，过滤次数1～3次，去除废液中99％以上的颗粒杂质；
8.s2：s1步骤处理去除颗粒杂质后的化学镀镍废液经过单向膜进行电渗析，化学镀镍废液经过全阳离子交换膜堆的电渗析作用，废液中的镍离子在电场力的作用下，透过阳离子交换膜进入含镍浓缩液，实现化学镀镍废液中镍的分离浓缩；
9.s3：利用旋流电解装置对s2步骤后得到的含镍浓缩液进行电解处理，废液中的铵根、柠檬酸根阴离子在阳极被氧化，镍离子在阴极被还原为金属镍，金属镍沉积在电解装置底部，然后进行回收；
10.s4：s3步骤处理后的含镍浓缩液再进入s2中进行循环处理，利用全阳离子交换膜堆的电渗析作用进一步浓缩回收其中的镍，循环次数为3～5次；
11.经s1
‑
s4步骤处理后化学镀镍废液，确保废液中镍离子的的含量降至0.01～
0.05g/l。
12.优选地，经s2步骤处理后得到的含镍浓缩液，确保含镍浓缩液浓缩至镍含量浓度为10～20g/l。
13.说明：保证得到的含镍浓缩液处于较好的进一步处理条件。
14.优选地，s2步骤中的所述阴离子单向膜为合金膜、富士均相膜中的其中一种。
15.优选地，要求所述阴离子单向膜的电阻不超过6ω
·
cm2。
16.说明：合金膜电阻低，可将电渗析装置的电力成本控制在较低水平，节约大量能源。
17.优选地，经s3步骤中旋流电解处理后的含镍浓缩液，确保将镍浓度高于10g/l的含镍浓缩液降至镍浓度低于1g/l。
18.说明：保证含镍浓缩液中镍的去除效率，避免给电渗析处理过程带来过大负担。
19.优选地，化学镀镍废液处理过程中所用到的金属电极每次使用之后需在蒸馏水中进行超声清洗3～10min，超声清洗频率在36khz～48khz，清洗次数为1～3次。
20.说明：保证电极的清洁，避免影响下次处理效果。
21.优选地，所述精密过滤系统包括支撑座，转动连接在所述支撑座上的过滤器，固定在所述支撑座上的液体流通机构，固定在所述支撑座顶部的压滤控制机构；
22.所述支撑座包括圆盘状的基座，所述基座上端固定有旋转支撑柱，所述旋转支撑柱顶部固定有固定支撑柱，所述旋转支撑柱顶部固定有旋转支撑环，所述旋转支撑环上端转动配合连接有压滤机构旋转环，所述压滤机构旋转环底部固定有环形支撑轨道，所述旋转支撑环顶部具有环形转动配合槽，所述环形支撑轨道转动配合在所述环形转动配合槽内；
23.所述过滤器包括固定在所述压滤机构旋转环外侧面上的压滤外筒，所述压滤外筒环形阵列设有多个，所述压滤外筒内固定有压滤内筒，所述压滤外筒内侧壁与所述压滤内筒外侧壁之间固定有环形滤芯，所述压滤外筒底部固定有与所述压滤内筒相连通的进水单向阀，所述进水单向阀连接有进水管，所述压滤内筒侧面靠近下端位置具有多个与所述压滤外筒相连通的出水单向阀，所述压滤外筒外侧靠近顶部位置固定有与自身内部相连通的环形出水环，所述环形出水环上相连通设有出水管；
24.所述压滤内筒内滑动配合设有压滤活塞，所述压滤活塞顶部固定有活塞连杆，所述活塞连杆从所述压滤内筒顶部以及压滤外筒顶部伸出；
25.所述液体流通机构包括固定在所述基座上端的环形进水环和环形出水环，所述环形进水环位于所述压滤外筒下方，所述环形出水环位于所述出水管下方，所述进水管向下延伸伸入到所述环形进水环内部，所述出水管延伸伸入到所述环形出水环内部；
26.所述压滤控制机构包括固定在所述固定支撑柱顶部的升降压滤控制环，所述升降压滤控制环侧面具有升降控制槽，所述活塞连杆上固定有连杆控制杆，所述连杆控制杆另一端滑动配合在所述升降控制槽内。
27.说明：精密过滤系统与普通过滤器相比，过滤精度高，滤芯孔径均匀，截污能力强且使用寿命长，滤芯材料洁净度高，对过滤介质无影响，滤芯更换方便快捷。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设计合理，操作方便，本发明的方法处理化学镀镍废液中镍的回收，回收率更高，整个处理过程更加环保，不易造成二次
污染。
附图说明
29.图1是本发明中镍高效分离浓缩及同步回收原理图；
30.图2是本发明中化学镀镍废液中镍分离浓缩原理图；
31.图3是本发明中精密过滤系统的主视图；
32.图4是本发明中精密过滤系统的俯视图。
33.图中，10
‑
支撑座、11
‑
基座、12
‑
旋转支撑柱、121
‑
旋转支撑环、122
‑
环形转动配合槽、13
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固定支撑柱、14
‑
压滤机构旋转环、141
‑
环形支撑轨道、20
‑
过滤器、21
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压滤外筒、22
‑
压滤内筒、23
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环形滤芯、231
‑
进水单向阀、232
‑
进水管、233
‑
出水单向阀、24
‑
环形出水环、241
‑
出水管、25
‑
压滤活塞、26
‑
活塞连杆、261
‑
连杆控制杆、30
‑
液体流通机构、31
‑
环形出水环、32
‑
环形进水环、40
‑
压滤控制机构、41
‑
升降压滤控制环、411
‑
升降控制槽、c
‑
阳离子交换膜、d
‑
化学镀镍废液室、n
‑
含镍废液室。
具体实施方式
34.实施例1：
35.一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法，包括以下步骤：
36.s1：首先将化学镀镍废液经精密过滤系统进行过滤，过滤次数1次，去除废液中99％以上的颗粒杂质，所述精密过滤系统为普睿泽公司生产的型号为prz
‑
dsf140的精密过滤器；
37.s2：如图2所示，s1步骤处理去除颗粒杂质后的化学镀镍废液经过单向膜进行电渗析，化学镀镍废液经过全阳离子交换膜堆的电渗析作用，废液中的镍离子在电场力的作用下，透过阳离子交换膜进入含镍浓缩液，实现化学镀镍废液中镍的分离浓缩；
38.经s2步骤处理后得到的含镍浓缩液，确保含镍浓缩液浓缩至镍含量浓度为10g/l。
39.s2步骤中的所述阴离子单向膜为富士均相膜，要求所述阴离子单向膜的电阻为6ω
·
cm2。
40.s3：利用旋流电解装置对s2步骤后得到的含镍浓缩液进行电解处理，废液中的铵根、柠檬酸根阴离子在阳极被氧化，镍离子在阴极被还原为金属镍，金属镍沉积在电解装置底部，然后进行回收；
41.经s3步骤中旋流电解处理后的含镍浓缩液，确保将镍浓度高于10g/l的含镍浓缩液降至镍浓度为1g/l。
42.s4：s3步骤处理后的含镍浓缩液再进入s2中进行循环处理，利用全阳离子交换膜堆的电渗析作用进一步浓缩回收其中的镍，循环次数为3次。
43.化学镀镍废液处理过程中所用到的金属电极每次使用之后需在蒸馏水中进行超声清洗3min，超声清洗频率为36khz，清洗次数为1次。
44.经s1
‑
s4步骤处理后化学镀镍废液，确保废液中镍离子的的含量降至0.05g/l。
45.镍离子的回收率为95％，现有技术回收率低于93％。
46.该实施例中，化学镀镍废液中的镍回收率为95.1％，高于利用现有技术对化学镀镍废液中的镍回收的回收率。
47.实施例2：
48.一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法，包括以下步骤：
49.s1：首先将化学镀镍废液经精密过滤系统进行过滤，过滤次数2次，去除废液中99％以上的颗粒杂质，所述精密过滤系统为普睿泽公司生产的型号为prz
‑
dsf140的精密过滤器；
50.s2：如图2所示，s1步骤处理去除颗粒杂质后的化学镀镍废液经过单向膜进行电渗析，化学镀镍废液经过全阳离子交换膜堆的电渗析作用，废液中的镍离子在电场力的作用下，透过阳离子交换膜进入含镍浓缩液，实现化学镀镍废液中镍的分离浓缩；
51.经s2步骤处理后得到的含镍浓缩液，确保含镍浓缩液浓缩至镍含量浓度为15g/l。
52.s2步骤中的所述阴离子单向膜为富士均相膜，要求所述阴离子单向膜的电阻为4ω
·
cm2。
53.s3：利用旋流电解装置对s2步骤后得到的含镍浓缩液进行电解处理，废液中的铵根、柠檬酸根阴离子在阳极被氧化，镍离子在阴极被还原为金属镍，金属镍沉积在电解装置底部，然后进行回收；
54.经s3步骤中旋流电解处理后的含镍浓缩液，确保将镍浓度高于10g/l的含镍浓缩液降至镍浓度为0.8g/l。
55.s4：s3步骤处理后的含镍浓缩液再进入s2中进行循环处理，利用全阳离子交换膜堆的电渗析作用进一步浓缩回收其中的镍，循环次数为4次。
56.化学镀镍废液处理过程中所用到的金属电极每次使用之后需在蒸馏水中进行超声清洗6min，超声清洗频率在42khz，清洗次数为2次。
57.经s1
‑
s4步骤处理后化学镀镍废液，确保废液中镍离子的的含量降至0.03g/l。
58.该实施例中，化学镀镍废液中的镍回收率为94.9％，高于利用现有技术对化学镀镍废液中的镍回收的回收率。
59.实施例3：
60.一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法，包括以下步骤：
61.s1：首先将化学镀镍废液经精密过滤系统进行过滤，过滤次数3次，去除废液中99％以上的颗粒杂质，所述精密过滤系统为普睿泽公司生产的型号为prz
‑
dsf140的精密过滤器；
62.s2：如图2所示，s1步骤处理去除颗粒杂质后的化学镀镍废液经过单向膜进行电渗析，化学镀镍废液经过全阳离子交换膜堆的电渗析作用，废液中的镍离子在电场力的作用下，透过阳离子交换膜进入含镍浓缩液，实现化学镀镍废液中镍的分离浓缩；
63.经s2步骤处理后得到的含镍浓缩液，确保含镍浓缩液浓缩至镍含量浓度为20g/l。
64.s2步骤中的所述阴离子单向膜为合金膜，要求所述阴离子单向膜的电阻为6ω
·
cm2。
65.s3：利用旋流电解装置对s2步骤后得到的含镍浓缩液进行电解处理，废液中的铵根、柠檬酸根阴离子在阳极被氧化，镍离子在阴极被还原为金属镍，金属镍沉积在电解装置底部，然后进行回收；
66.经s3步骤中旋流电解处理后的含镍浓缩液，确保将镍浓度高于10g/l的含镍浓缩液降至镍浓度为0.6g/l。
67.s4：s3步骤处理后的含镍浓缩液再进入s2中进行循环处理，利用全阳离子交换膜堆的电渗析作用进一步浓缩回收其中的镍，循环次数为3次。
68.s4步骤处理后的含镍浓缩液，利用石墨烯微球进行深度吸附处理，吸附去除废液中的镍离子，进一步降低含镍浓缩液中镍离子浓度，所述石墨烯微球的直径范围在40～50微米。
69.向经过石墨烯微球进行吸附处理后的化学镀镍废液，先将化学镀镍废液ph调节为4，并在废液中加入催化剂，所述催化剂中cu
2
质量分数占整个化学镀镍废液质量的2％，所述催化剂为cuso4溶液；
70.然后在调节完毕的化学镀镍废液中通入cl2，通入cl2的质量占化学镀镍废液质量的1％，通入时间为5min。
71.化学镀镍废液处理过程中所用到的金属电极每次使用之后需在蒸馏水中进行超声清洗3min，超声清洗频率为36khz，清洗次数为1次。
72.经s1
‑
s4步骤处理后化学镀镍废液，确保废液中镍离子的的含量降至0.03g/l。
73.该实施例中，化学镀镍废液中的镍回收率为95.3％，高于利用现有技术对化学镀镍废液中的镍回收的回收率。
74.实施例4：
75.一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法，包括以下步骤：
76.s1：首先将化学镀镍废液经精密过滤系统进行过滤，过滤次数3次，去除废液中99％以上的颗粒杂质，所述精密过滤系统为普睿泽公司生产的型号为prz
‑
dsf140的精密过滤器；
77.s2：如图2所示，s1步骤处理去除颗粒杂质后的化学镀镍废液经过单向膜进行电渗析，化学镀镍废液经过全阳离子交换膜堆的电渗析作用，废液中的镍离子在电场力的作用下，透过阳离子交换膜进入含镍浓缩液，实现化学镀镍废液中镍的分离浓缩；
78.经s2步骤处理后得到的含镍浓缩液，确保含镍浓缩液浓缩至镍含量浓度为20g/l。
79.s2步骤中的所述阴离子单向膜为合金膜，要求所述阴离子单向膜的电阻为4ω
·
cm2。
80.s3：利用旋流电解装置对s2步骤后得到的含镍浓缩液进行电解处理，废液中的铵根、柠檬酸根阴离子在阳极被氧化，镍离子在阴极被还原为金属镍，金属镍沉积在电解装置底部，然后进行回收；
81.经s3步骤中旋流电解处理后的含镍浓缩液，确保将镍浓度高于10g/l的含镍浓缩液降至镍浓度为0.5g/l。
82.s4：s3步骤处理后的含镍浓缩液再进入s2中进行循环处理，利用全阳离子交换膜堆的电渗析作用进一步浓缩回收其中的镍，循环次数为4次。
83.s4步骤处理后的含镍浓缩液，利用石墨烯微球进行深度吸附处理，吸附去除废液中的镍离子，进一步降低含镍浓缩液中镍离子浓度，所述石墨烯微球的直径范围在30～40微米。
84.向经过石墨烯微球进行吸附处理后的化学镀镍废液，先将化学镀镍废液ph调节为5，并在废液中加入催化剂，所述催化剂中cu
2
质量分数占整个化学镀镍废液质量的4％，所述催化剂为cucl2溶液；
85.然后在调节完毕的化学镀镍废液中通入cl2，通入cl2的质量占化学镀镍废液质量的3％，通入时间为8min。
86.化学镀镍废液处理过程中所用到的金属电极每次使用之后需在蒸馏水中进行超声清洗6min，超声清洗频率在42khz，清洗次数为2次。
87.经s1
‑
s4步骤处理后化学镀镍废液，确保废液中镍离子的的含量降至0.02g/l。
88.该实施例中，化学镀镍废液中的镍回收率为96.2％，高于利用现有技术对化学镀镍废液中的镍回收的回收率。
89.实施例5：
90.一种化学镀镍废液中的镍高效分离浓缩及资源化回收的方法，包括以下步骤：
91.s1：首先将化学镀镍废液经精密过滤系统进行过滤，过滤次数3次，去除废液中99％以上的颗粒杂质；
92.s2：如图2所示，s1步骤处理去除颗粒杂质后的化学镀镍废液经过单向膜进行电渗析，化学镀镍废液经过全阳离子交换膜堆的电渗析作用，废液中的镍离子在电场力的作用下，透过阳离子交换膜进入含镍浓缩液，实现化学镀镍废液中镍的分离浓缩；
93.经s2步骤处理后得到的含镍浓缩液，确保含镍浓缩液浓缩至镍含量浓度为20g/l。
94.s2步骤中的所述阴离子单向膜为合金膜，要求所述阴离子单向膜的电阻为3ω
·
cm2。
95.s3：利用旋流电解装置对s2步骤后得到的含镍浓缩液进行电解处理，废液中的铵根、柠檬酸根阴离子在阳极被氧化，镍离子在阴极被还原为金属镍，金属镍沉积在电解装置底部，然后进行回收；
96.经s3步骤中旋流电解处理后的含镍浓缩液，确保将镍浓度高于10g/l的含镍浓缩液降至镍浓度为0.5g/l。
97.s4：s3步骤处理后的含镍浓缩液再进入s2中进行循环处理，利用全阳离子交换膜堆的电渗析作用进一步浓缩回收其中的镍，循环次数为5次。
98.经s1
‑
s4步骤处理后化学镀镍废液，确保废液中镍离子的的含量降至0.01g/l。
99.s4步骤处理后的含镍浓缩液，利用石墨烯微球进行深度吸附处理，吸附去除废液中的镍离子，进一步降低含镍浓缩液中镍离子浓度，所述石墨烯微球的直径范围在20～30微米。
100.向经过石墨烯微球进行吸附处理后的化学镀镍废液，先将化学镀镍废液ph调节为6，并在废液中加入催化剂，所述催化剂中cu
2
质量分数占整个化学镀镍废液质量的6％，所述催化剂为cu(no3)2溶液；
101.然后在调节完毕的化学镀镍废液中通入cl2，通入cl2的质量占化学镀镍废液质量的5％，通入时间为10min。
102.化学镀镍废液处理过程中所用到的金属电极每次使用之后需在蒸馏水中进行超声清洗10min，超声清洗频率在48khz，清洗次数为3次。
103.如图3所示，所述精密过滤系统包括支撑座10，转动连接在所述支撑座10上的过滤器20，固定在所述支撑座10上的液体流通机构30，固定在所述支撑座10顶部的压滤控制机构40；
104.所述支撑座10包括圆盘状的基座11，所述基座11上端固定有旋转支撑柱12，所述
旋转支撑柱12顶部固定有固定支撑柱13，所述旋转支撑柱12顶部固定有旋转支撑环121，所述旋转支撑环121上端转动配合连接有压滤机构旋转环14，所述压滤机构旋转环14底部固定有环形支撑轨道141，所述旋转支撑环121顶部具有环形转动配合槽122，所述环形支撑轨道141转动配合在所述环形转动配合槽122内；
105.所述过滤器20包括固定在所述压滤机构旋转环14外侧面上的压滤外筒21，如图4所示，所述压滤外筒21环形阵列设有多个，所述压滤外筒21内固定有压滤内筒22，如图3所示，所述压滤外筒21内侧壁与所述压滤内筒22外侧壁之间固定有环形滤芯23，所述压滤外筒21底部固定有与所述压滤内筒22相连通的进水单向阀231，所述进水单向阀231连接有进水管232，所述压滤内筒22侧面靠近下端位置具有多个与所述压滤外筒21相连通的出水单向阀233，所述压滤外筒21外侧靠近顶部位置固定有与自身内部相连通的环形出水环24，所述环形出水环24上相连通设有出水管241；
106.所述压滤外筒21顶部为密封但可拆卸的环形端盖，方便所述环形滤芯23从中取出进行更换；
107.如图3所示，所述压滤内筒22内滑动配合设有压滤活塞25，所述压滤活塞25顶部固定有活塞连杆26，所述活塞连杆26从所述压滤内筒22顶部以及压滤外筒21顶部伸出；
108.如图3所示，所述液体流通机构30包括固定在所述基座11上端的环形进水环32和环形出水环31，所述环形进水环32位于所述压滤外筒21下方，所述环形出水环31位于所述出水管241下方，所述进水管232向下延伸伸入到所述环形进水环32内部，所述出水管241延伸伸入到所述环形出水环31内部；
109.如图3所示，所述压滤控制机构40包括固定在所述固定支撑柱13顶部的升降压滤控制环41，所述升降压滤控制环41侧面具有升降控制槽411，所述活塞连杆26上固定有连杆控制杆261，所述连杆控制杆261另一端滑动配合在所述升降控制槽411内。
110.该实施例中，化学镀镍废液中的镍回收率为97.1％，高于利用现有技术对化学镀镍废液中的镍回收的回收率。