本发明涉及一种从含镍废水中回收镍的方法。
背景技术：
镍、镍化合物及镍合金在很多工商业中都有广泛的应用。镍大部分用于生产不锈钢、有色合金及镍基高温合金，具有良好的耐腐蚀性和耐高温性。镍合金在工业机械、精密电子方面有广泛的应用。一些镍化合物及配合物用作各种合成的高效催化剂。金属镍还用于电池领域，如MH-NI电池是早期镍镉电池的替代品，是目前最环保的电池，不再使用有毒的镉，可消除重金属元素对环境造成的污染问题。巨大的镍需求带动国际镍价一路走高，镍均价早已达到10万元/吨。世界镍资源十分丰富，储量达8900万吨，但分布很不均衡，近60%的镍资源集中在澳大利亚、新喀里多尼亚、巴西和俄罗斯，中国仅占3.93%。 我国每年需进口大量镍矿及精矿才能满足国内需求，原料国外依存度连续多年持续超过80%，因此能够直接从废水中回收镍对我国具有十分重要的意义。
镍（ni）位于第四周期第八族，常见价数为+2和+3，在水溶液中通常只以+2离子形式存在。环境中镍污染主要来自镍矿开采和冶炼、合金钢生产加工、镀镍所排出的含镍废水；石油和大多数煤炭中也含有微量的镍，因此煤炭和石油燃烧时所排放的烟尘中也含有微量的镍。镍虽然是人类生命所必需的元素，但其在人体内含量极少，环境中的镍污染可能对人体健康造成危害。环境中的镍会被植物吸收，通过食物链对人体造成危害。人体通过口服、吸入和表皮吸收等方式对镍进行蓄积。实验和观察表明，肺、脾、肝中长期蓄积镍，有可能诱发鼻咽癌和肺癌。 镍及其化合物对人体皮肤黏膜和呼吸道有强烈的刺激作用，可引起皮炎、气管炎，甚至引起肺炎。镍是国际公认的致癌物，在（-1996）《污水综合排放标准》中被列为一级污染物。2008年国家《电镀工业污染物排放标准》（-2008）中，含镍废水最新排放标准为总镍含量小于0.5毫克/升。2010年《铜镍钴工业污染物排放标准》（-2010）中，含镍废水最新排放标准为总镍含量为0.5毫克/升。
目前去除镍的方法有化学沉淀法、离子交换法、膜过滤法和电化学法等，处理含镍废水最常用的方法是化学沉淀法，但效果不佳且产生大量污泥，其他方法存在成本较高或需要进一步处理的缺点。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有含镍废水处理时间长、成本高、产生污泥量大或需进一步处理的技术问题，提供一种从含镍废水中回收镍的电化学方法。
本发明的从含镍废水中电化学回收镍的方法按照以下步骤进行：
将含镍废水通入电化学工作站的电解池，调节电解池中含镍废水的pH为5～9，采用三电极体系，采用恒电位法电沉积，工作电极电压调节为-1V--1.1V，电沉积时间为55min～60min，然后用去离子水冲洗工作电极2～4次，在工作电极上即可得到沉积的金属镍；
含镍废水中的金属元素仅有镍；
三电极系统中的工作电极是清洁的硬质导电亲水碳布。
本发明具有如下优点和积极意义：
(1)本发明可以在60分钟内回收含镍废水中95％以上的金属镍，使废水中的镍含量低于0.5mg/l，达到排放标准；
(2)本发明可以在通电状态下回收工作电极碳布上的金属镍，提高经济效益；且碳布价格低廉(每片尺寸为32cm×16cm，售价为160元/片)，适合大规模应用；
(3)本发明采用的电化学还原技术反应速度快、绿色环保、不产生二次污染。
附图的简要说明
图1为实验1中采用不同工作电极端电压对二价镍离子溶液中镍的去除表征图；
图2为实验2中镍电沉积的劣化数据图。
详细方法
具体实施方法一：本实施方法为一种电化学方法从含镍废水中回收镍，具体按照以下步骤进行：
将含镍废水通入电化学工作站的电解池，调节电解池中含镍废水的pH为5～9，采用三电极体系，采用恒电位法电沉积，工作电极电压调节为-1V--1.1V，电沉积时间为55min～60min，然后用去离子水冲洗工作电极2～4次，在工作电极上即可得到沉积的金属镍；
含镍废水中的金属元素仅有镍；
三电极系统中的工作电极是清洁的硬质导电亲水碳布。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同之处在于，电化学工作站的型号为。其他方面与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的区别在于，电化学工作站中的对电极为铂电极，参比电极为银/氯化银。其余与具体实施方式一或二相同。
具体实施例4：本实施例与具体实施例1至3的区别在于：清洗后的硬质导电亲水碳布的清洗方法为：将硬质导电亲水碳布浸泡在丙酮中12小时，再浸泡在去离子水中30分钟，最后在80℃下烘干4小时。其它与具体实施例1至3相同。
具体实施例5：本实施例与具体实施例4的不同之处在于，调节电解槽中含镍废水pH为5-9的方法为采用0.1mol/l NaOH水溶液、0.1mol/l H2SO4水溶液、1mol/l H2SO4水溶液进行调节，其余与具体实施例4相同。
本发明通过如下试验进行验证：
实验一：本实验为电化学方法从含镍废水中回收镍，测试不同电压下电化学回收二价镍的效果，具体步骤如下：
将6份相同的待降解含镍废水引入电化学工作站电解池，每池100 ml，采用三电极体系，采用恒电位法进行电沉积，6份废水工作电极电压分别为-0.9v、-1v、-1.1v、-1.2v、-1.3v、-1.4v，电沉积时间为60min。然后用去离子水冲洗工作电极4次，工作电极上沉积有金属镍，采用原子吸收分光光度计测定镍含量。
所要降解的含镍废水为硫酸镍溶解于水得到的溶液，镍元素浓度为20mg/l，主要为二价镍。此时溶液的pH值为5.5左右，无需调节pH值；
三电极体系中工作电极为清洗干净的硬质导电亲水碳布；
电化学工作站型号为：
电化学工作站中对电极为铂电极，参比电极为银/氯化银；
清洗后的硬质导电亲水碳布的清洗方法为：将硬质导电亲水碳布浸泡在丙酮中12小时，再浸泡在去离子水中30分钟，最后在80℃的温度下烘干4小时。
图1为实验1中工作电极端采用不同电压对二价镍离子溶液中镍去除的表征图，曲线1至6分别为-0.9v、-1.4v、-1.3v、-1v、-1.1v、-1.2v。可计算得出电压为-1v时二价镍浓度为0.1mg/l，电压为-1.1v时二价镍浓度为0.484mg/l。可发现电压在-1v~-1.1v之间时，溶液中镍的回收率达到95%以上，镍浓度为
实验二：本实验为电化学方法从含镍废水中回收镍，试验溶液中不同pH条件下对二价镍的电化学回收效果具体按以下步骤进行：
将9份相同的待降解含镍废水分别调节pH值为1、2、3、4、5、6、7、8、9，然后将9份不同pH值的废水分别引入电化学工作站的电解池中，每池100 ml。采用三电极体系，采用恒电位法进行电沉积，工作电极电压调节为-1 V，电沉积时间为60 min，然后用去离子水冲洗工作电极4次。在工作电极上得到沉积的金属镍，每隔15 min取样一次，采用原子吸收分光光度计测定其中二价镍的含量。
所要降解的含镍废水为硫酸镍溶解于水得到的溶液，其中镍元素浓度为20mg/l，主要为二价镍，溶液pH值为5.5左右，然后分别调节pH值；调节pH值的方法为：采用0.1mol/l的NaOH水溶液、0.1mol/l的H2SO4水溶液、1mol/l的H2SO4水溶液调节pH值；
三电极体系中工作电极为清洗干净的硬质导电亲水碳布；
电化学工作站型号为：
电化学工作站中对电极为铂电极，参比电极为银/氯化银；
清洗后的硬质导电亲水碳布的清洗方法为：将硬质导电亲水碳布浸泡在丙酮中12小时，再浸泡在去离子水中30分钟，最后在80℃的温度下烘干4小时。
图2为实验2中镍电沉积降解数据表征图，可以计算出当待降解含镍废水pH值为7时，二价镍的去除率为93.957%，当待降解含镍废水pH值为8时，二价镍的去除率为90.091%，当待降解含镍废水pH值为9时，二价镍的去除率为93.978%。从图中可以发现，pH值为7~9时，镍的去除率都在90%以上，说明溶液呈弱碱性时去除效果较好。
技术特点：
1.一种从含镍废水中电化学回收镍的方法，其特征在于：所述从含镍废水中电化学回收镍的方法按照以下步骤进行：
将含镍废水通入电化学工作站的电解池，调节电解池中含镍废水的pH为5～9，采用三电极体系，采用恒电位法电沉积，工作电极电压调节为-1V--1.1V，电沉积时间为55min～60min，然后用去离子水冲洗工作电极2～4次，在工作电极上即可得到沉积的金属镍；
含镍废水中的金属元素仅有镍；
三电极系统中的工作电极是清洁的硬质导电亲水碳布。
2.根据权利要求1所述的一种从含镍废水中回收镍的电化学方法，其特征在于：所述的电化学工作站的型号为。
3.根据权利要求1所述的从含镍废水中回收镍的电化学方法，其特征在于：电化学工作站中的对电极为铂电极，参比电极为银/氯化银。
4.根据权利要求1所述的从含镍废水中电化学回收镍的方法，其特征在于：清洗后的硬质导电亲水碳布的清洗方法为：将硬质导电亲水碳布在丙酮中浸泡12小时，再在去离子水中浸泡30分钟，最后在80℃下烘干4小时。
5.根据权利要求1所述的一种从含镍废水中电化学回收镍的方法，其特征在于：调节电解池中含镍废水的pH为5～9的方法为：用0.1mol/l的NaOH水溶液、0.1mol/l的H2SO4水溶液、1mol/l的H2SO4水溶液调节。
技术摘要
一种从含镍废水中回收镍的电化学方法，涉及一种从含镍废水中回收镍的方法。本发明旨在解决现有含镍废水处理时间长、成本高、产生大量污泥或需要进一步处理的技术问题。本发明将含镍废水通入电化学工作站的电解池，采用恒电位法进行电镀，直接在工作电极上回收金属镍。本发明通过寻找合适的电压和pH值，可将废水中的镍含量降低至排放标准以下并回收镍，操作简单、经济、环保，对水污染物镍的去除和回收具有重要意义。本发明应用于废水中镍的回收。
技术研发人员：杨黎明； 冯玉发罗旭彪; 易根平; 邵鹏辉； 石晖
受保护技术用户：南昌航空大学
技术开发日：2020.02.27
技术发布日期：2020.06.30