膜电解法在处理酸性含镍废水中的研究

　　人造金刚石的生产过程中对触媒材料的去除、金刚石的分离、提纯等工序都需要酸浸及清洗，导致洗涤废水中含有大量的镍。Ni2+能与许多无机物，有机物络合成溶于水的盐，如正Ni(H₂0)6]2+，正Ni(NH3)6]2+等。大量含镍废水的排放，造成镍资源的严重浪费和环境污染。本文采用膜法电解在处理酸性含镍废水的同时对金属镍进行回收利用，取得了较理想的效果。

　　1 试验用水

　　试验水样为某人造金刚石厂在金刚石的生产、分离、提纯等工序中排出的酸性含镍废水，该废水中pH值最高约为0.5～1.0，镍离子的平均质量浓度约为1400 mg／L，Cl^-的质量浓度约在115～135 mg／L，SO42-的质量浓度约在2000～2300mg／L。废水中由于镍离子本身带有颜色而呈现墨绿色。

　　2 试验原理和设计

　　本试验在对含镍废水采用常规电解法的基础上，对膜电解法回收镍进行研究。膜电解法是对单纯膜分离技术的完善，在直流电场力的作用下，以电位差为推动力，利用膜；同时溶质在电极上发生氧化或还原反应。通过调整溶液的pH值和操作电流、电压，达到人为控制电极反应的类型和程度，使反应向有利于镍析出的方向进行，从而取得常规电解无法达到的反应效果。

　　由于阳膜和阴膜对于溶液中的离子具有不同的选择性，因而本试验采用了三种不同的膜组合形式以确定最合理的膜法电解工艺。试验就单阴膜二级室、单阳膜二极室和阴阳双膜三极室电解法对含镍废水进行处理，并对影响因素及处理效果进行比较研究。

　　3 试验结果及讨论

　　3.1 常规电解法

　　在9cm×9cm×8cm的电解槽中，阳极采用石墨电极，阴极采用镍电极，用含镍废水进行常规电解试验。试验的装置如图1所示：

　　用镍板作阴极，石墨作阳极的电解过程中，在酸性条件下由于阴极上氢离子将优先得到电子而释放，为了使Ni在阴极上优先析出，必须选择合适的pH值，同时增大电解液中Ni2+的浓度以改变H₂和Ni的实际析出电位。由热力学原理，φ=φ⁰-RTln(α氧化／α还原)/nF，知ρ(Ni²⁺)=1.4mg/L时，Ni的析出电位为：
　　。

　　而pH=1,氢离子在镍电极上的实际析出电位：
　　。

　　式中的η_H2为氢在金属上析出的超电位，由塔菲尔（Tafel）经验式：η＝a+blnI_d，可以计算处氢在镍电极上的超电位为0.24V，故pH=1，2，3，4时，氢离子在镍电极上的实际析出电位为：-0.226 V，-0.291 V，-0.317 V，-0.343 V。

　　不难看出，当pH<4时，氢在镍电极上释放要比镍在电极上析出容易得多，且氢的电极电位可随pH值的升高而变小，因此，必须严格控制电解液的pH值。增大PH值可以抑制氢气的析出，提高回收镍的效率，但实际上溶液的pH值的提高是有限的，由于Ni(OH)₂在室温下的溶度积为2.5×10^-15，当[OH^-]增大到一定的程度就会有镍的氢氧化物沉淀生成而破坏电解的正常状态，使得镀层上的镍含有大量的杂质。一般镍溶液的pH值在4左右较适宜金属镍的回收，但控制合适的酸度在常规电解中是不易做到的，原因在于阳极反应是以水电解生成氧气和H+为主，导致电解液中[H⁺]不断升高，阴极上的H₂的释放，降低了金属镍析出效率。对酸性电解液而言电解时在阳极产生大量的氯气是，有害的，它污染环境且影响工作人员的身体健康。为抑制氢气的产生，提高金属镍的回收量和纯度，同时减少氯气的危害，采用阴阳极室膜分隔就可以有意的控制电极反应，为此进行了膜电解法研究。

　　3.2 膜电解法

　　3.2.1 单阴膜二极室电解法

　　在室温下采用异相型3362A型阴膜为异相型3361C型阴将Ni²⁺富集，树脂，交换速度vg=13m／h，交换容量E=1.6mmol／mL，采用顺流再生，再生比耗B=1.2，再生流速vz=5 m／h，得到洗脱液水质为pH=1，ρ(Ni2+)=1 400mg／L，再采用单阴膜电解法对洗脱液进行电解，电解时间控制在8～10h，膜电解和富集后，再进行电解。

　　作者简介：唐玉霖(1977-)，湖北随州人，硕士研究生，研究污<LABEL class=lb `废水处理，兰州交通大学环境与市政工程学院409信箱，电话(0931)3647497，tyl01097.student@sina.com