מחקר על שיטת השחזור של נחושת בשפכי ציפוי נחושת ציאניד

1. מבוא

הקמת מצב ציפוי אלקטרוני ידידותי לסביבה וחוסך משאבים הוא כיום שני הנושאים העיקריים לפיתוח בר-קיימא של תעשיית הציפוי. בהקשר של המחסור במשאבי מתכות אל-ברזליות בעולם והעלייה המתמשכת בעלות ציפוי חומרי מתכת באלקטרו, אימוץ טכנולוגיית ציפוי אלקטרוניקה חסכונית במשאבים משך תשומת לב רבה. למפעלי ציפוי אלקטרוני סיניים יש היסטוריית פיתוח קצרה יחסית. בשלב הראשוני של הפיתוח, היה מחסור בכספים ובטכנולוגיה נחשלת. לרוב מפעלי הציפוי הקטנים חסרה מודעות לשחזור חומרי מתכת בשפכים, שלא לדבר על מחקר על שיטות השחזור. עֲבוּר ציאניד ציפוי נחושת וסגסוגת נחושת אלקטרוליטי שפכים, המשקעים הנוצרים על ידי נחושת דו ערכית לאחר שבירת ציאניד הם חלקיקים עדינים, וכתוצאה מכך משקעים והפרדה קשים ועלויות גבוהות. לכן, דחוף ללמוד תהליכי החלמה חדשים.

2. עקרונות השיטה

2.1 טיפול בציפוי נחושת ציאניד ובשפכי סגסוגת נחושת

בתהליך שבירת הציאניד המסורתי באמצעות נתרן היפוכלוריט, יש להתאים את ה-pH של מי השפכים המכילים ציאניד ל-11 - 12. בדרך כלל על ידי הוספת נתרן הידרוקסיד. במהלך תהליך שבירת הציאניד, הציאניד הופך לפחמן דו חמצני ולחנקן, ויוני נחושת חד ערכיים מתחמצנים ליוני נחושת דו ערכיים, שיוצרים לאחר מכן חלקיקים עדינים של פחמן נחושת בסיסי התלוי במי השפכים. שקיעה טבעית אורכת יותר מיום שלם ועדיין אינה יכולה להשיג משקעים מלאים. נדרשת כמות גדולה של עזרי קרישה וחומרי פקקת כדי להשיג משקעים והפרדה מלאה. בעבר, כאשר נחושת לא הוחזרה, היו מי השפכים לאחר שבירת ציאניד מעורבבים בשפכים הכוללים חומצה, שטופלו בשיטת סיד. קרבונט נחושת בסיסי נספג על המשקעים במי השפכים המקיפים ולבסוף שקע והופרד.

תהליך שבירת הציאניד החדש הוא הוספת סיד כדי להתאים את ה-pH. הפחמן הדו חמצני שנוצר במהלך שבירת ציאניד מגיב עם תחמוצת סידן ליצירת סידן פחמתי. במקביל, פחמתי נחושת בסיסי משקע יחד עם סידן פחמתי ליצירת משקעי חלקיקים גדולים.

2.2 טיפול בשפכים אחרים המכילים נחושת

יוני הנחושת הדו ערכיים בשפכי ציפוי הנחושת הבהירים החומציים מגיבים עם סיד ליצירת הידרוקסיד של נחושת, וחומצה גופרתית מגיבה עם סיד ליצירת סידן גופרתי ומים. בשפכי ציפוי הפירופוספט הנחושת, קיימות רדיקלי הפירופוספט ויוני הנחושת בצורה של קומפלקס. כאשר הוא מטופל בסיד, רדיקל הפירופוספט מגיב עם תחמוצת סידן ליצירת משקעי סידן פירופוספט, ויוני נחושת מגיבים עם תחמוצת סידן ליצירת הידרוקסיד נחושת.

3. תהליך השחזור

3.1 הרכב שפכים המכילים נחושת

מי שפכים המכילים נחושת כוללים מספר סוגים כגון ציפוי נחושת ציאניד, סגסוגת נחושת-אבץ, סגסוגת נחושת-פח, ציפוי נחושת בהירה חומצית ושפכי ציפוי נחושת פירופוספט. מי שפכים של ציפוי נחושת ציאניד, סגסוגת נחושת-אבץ וסגסוגת נחושת-פח זורמים לתוך מיכל התאמת שפכים המכילים ציאניד, בעוד שפכים של ציפוי נחושת בהיר חומצי וציפוי פירופוספט נחושת זורמים לתוך מיכל התאמת שפכים המכילים נחושת. ציפוי נחושת ציאניד ושפכי סגסוגת נחושת מכילים חומרי קומפלקס כגון סודיום ציאניד, אשלגן נתרן טרטרט ואמוניום תיאוציאנט, היוצרים קומפלקסים עם יוני נחושת. שפכים בציפוי פירופוספט נחושת מכילים קומפלקסים של פירופוספט נחושת. מי שפכים של ציפוי נחושת ציאניד וסגסוגת נחושת מהווים כ-90% מכלל השפכים המכילים נחושת, בעוד שציפוי נחושת בהיר חומצי וציפוי נחושת פירופוספט מהווים כ-10%.

3.2 תהליך חמצון של מתחמי נחושת

לפני שחזור נחושת, יש צורך לשבור את מתחמי הנחושת במי שפכי הציפוי ולחמצן יוני Cu⁺ ליוני Cu²⁺. שיטה משולבת של תמיסת נתרן היפוכלוריט ומי חמצן משמשת לשבירת ציאניד וחומרים מורכבים כמו אשלגן נתרן טרטרט. ישנם שלושה מיכלים לשבירת ציאניד. השפכים המכילים ציאניד ושפכים המכילים נחושת נשאבים לתוך מיכל שבירת ציאניד בשלב ראשון. מוסיפים חלב ליים כדי להתאים את ה-pH ל-11 - 12. וכמות התוספת של חלב ליים מותאמת על ידי מערכת בקרת ה-pH. במקביל, מוסיפים תמיסת נתרן היפוכלוריט כדי לשבור את הציאניד. מי חמצן מתווסף למיכל שבירת הציאניד בשלב השני כדי להמשיך לשבור את הציאניד ולחמצן חומרים מורכבים כגון אשלגן נתרן טרטרט. בשל קצב התגובה האיטי, מתווסף מיכל לשבירת ציאניד שלב שלישי. במיכל שבירת ציאניד שלב שלישי נבדקת סילוק ציאניד וחומרי קומפלקס כמו אשלגן נתרן טרטרט לפי נתוני ניתוח כימי וניסיון. עם השלמת תגובת החמצון, ה-Cu⁺ במי השפכים הופך לחלוטין ל- Cu²⁺, ונוצרים משקעי נחושת פחמתיים ונחושת הידרוקסיד בסיסיים. במהלך תהליך זה, לאחר ששפכי ציפוי הנחושת מגיבים עם סיד, נשבר הקומפלקס הנוצר על ידי רדיקל נחושת ופירופוספט, ונוצר הידרוקסיד נחושת. נתוני הניתוח מראים שתהליך זה יכול לגרום לשפכים לעמוד בתקני ההזרמה. הוספת סיד כדי להתאים את ה-pH ולהשקף יוני נחושת מפחיתה את עלות הטיפול, וסיד ממלא גם את התפקיד של מסייע לקרישה ומפיל לחלוטין את רדיקל הפירופוספט.

3.3 שחזור נחושת

בתהליך הנ"ל, יוני הנחושת במי שפכי הציפוי מומרים למשקעי נחושת פחמתיים בסיסיים. אם כמות הסיד הנוספת גדולה, ניתן להמיר את יוני הנחושת גם למשקעי נחושת הידרוקסיד. מכיוון שנדרש סיד כדי לזרז את רדיקל הפירופוספט בשפכי ציפוי הנחושת, כמות הסיד המוספת לא יכולה להיות קטנה מדי. עלות הגיר נמוכה מאוד, וניתן להוסיף אותו בעודף מתאים בתהליך הטיפול.

לאחר טיפול בשפכים המכילים ציאניד ומכילי נחושת במיכלי שבירת הציאניד התלת-שלביים, הם זורמים למיכל הצפירה. נתרן פירוסולפיט מתווסף למיכל הצפיפות כדי להפחית את עודף המי חמצן, ותוספת פלוקולאטה פוליאקרילאמיד כדי לגרום לחלקיקי המשקעים לגדול. אם לא מוסיפים נתרן פירוסולפיט למיכל הצפצופים, שאריות המי חמצן לאחר שבירת הציאניד מתפרקות לייצור חמצן, אשר נספג על פני חלקיקי המשקעים וגורם למשקעים לצוף. כמות הנתרן פירוסולפיט שהוספת צריכה להיות כזו שהמשקעים לא יצופו, ומתקבל עודף מתאים.

לאחר מעבר דרך מיכל הצפצופים, זורמים מי השפכים אל מיכל השקיעה של הצינור המשופע. לאחר הפרדת המשקעים מהמים, הם נכנסים למיכל עיבוי השקעים, ולאחר מכן מסוננים במכבש סינון. עוגת הסינון מוחזרת, והתסנן זורם חזרה למיכל הכוונון. עוגת הסינון המכילה נחושת משוחזרת נרכשת על ידי חברה מקצועית ונשלחת ליצרן מקצועי להפקת נחושת גופרתית או יכולה לשמש גם לייצור נחושת אלקטרוליטית.

4. יתרונות

שפכים המכילים נחושת נוצרים בארבע סדנאות ריפוי אלקטרוניקה. נתוני הניתוח והניטור מראים כי ריכוז המסה הממוצע של נחושת ב שפכים בציפוי נחושת ציאניד הוא 345mg/L, כלומר, כל טון של שפכים מכיל 0.345kg של נחושת. כמות השפכים הכוללת של ציפוי נחושת ציאניד לחודש היא כ-4600ט, המכילה 1587 ק"ג של נחושת. יחד עם הנחושת במי שפכים אחרים המכילים נחושת, ניתן להחזיר כ-1700 ק"ג נחושת בחודש. ההכנסה החודשית של החברה ממכירת בוצה המכילה נחושת היא RMB 30.000 - 40.000. השבת הנחושת של החברה משפכי ציפוי אלקטרומנע מונעת צריכה לא יעילה של נחושת מתכתית, לא רק מפחיתה את עלות הציפוי אלא גם מפחיתה את הזיהום המשני של בוצת אלקטרוניקה לסביבה, ומשיגה יתרונות כלכליים וחברתיים טובים.

5. סיכום

תעשיית האלקטרוניקה היא תעשייה מזהמת מאוד. במצב הנוכחי שבו תהליכי הטיפול והטכנולוגיות לציפוי שפכים בסין נחשלים יחסית, ללימוד פעיל של שיטות ההשבה של מתכות אל-ברזליות בשפכי ציפוי שפכים ישנה משמעות רבה לביסוס מצב חיסכון במשאבים וידידותי לסביבה ולשמירה על פיתוח בר-קיימא של תעשיית הציפוי. השיטה של ​​טיפול בציפוי נחושת ציאניד ובמי שפכים אחרים המכילים נחושת כדי להחזיר נחושת באמצעות סיד שנחקרה במאמר זה הראתה תוצאות טובות ביישומים מעשיים, מה שסיפק דרך אפשרית לפיתוח ירוק של תעשיית הציפוי האלקטרוניים.