一种从粉煤灰中分离回收金属的方法

本发明涉及一种对废物中的有害金属进行处理的方法，属于一种作为固体废弃物再资源化利用的节能环保领域的技术，尤其涉及用电化学分离方法回收粉煤灰中的金属的方法，具体是从粉煤灰中分离回收铜、铝、锌、铅等有害金属类的电化学方法。

背景技术：

1、粉煤灰是煤炭燃烧后的固体废弃物，燃煤火电厂废弃物粉煤灰年排放量近4亿吨，而煤炭作为矿物质其中必然含有多种金属矿元素，包括al、si、fe、k、na、ti、ca、mg、pb、cu、zn、cd等，金属矿物质燃烧后就变成了金属氧化物，金属变成了金属离子，因此粉煤灰中有多种金属氧化物。粉煤灰是悬浮颗粒物的主要来源，造成区域性空气污染，危害人体的健康。因此工业废物的无害化处理是当前人们关注较多的问题，去除粉煤灰中金属元素不但能减少污染，而且还可能将金属回收利用，开辟金属材料的新来源，节约矿产资源。对于工业废物中含有的金属的处理的方法一般有沉淀法、物理化学法、电化学法和生物化学法等。

2、上述的通常的处理工业废物中的有害金属的方法中，沉淀法需要向废物中加入不同种类的药品，因此可能造成原料浪费，并且无法分离粉煤灰中的有害金属；物理化学法的处理过程较为麻烦，并且无法有效的对有害金属进行分离回收；生物化学法更适用于有害金属的去除，以净化被污染水域，但不适于粉煤灰灰浆中分离回收有害金属。

3、分离回收粉煤灰中的金属时，电化学法比较适用。电化学法一般是先将粉煤灰等废弃物进行溶解制成含有金属离子的溶液，然后在溶液加入正负电极并通以直流电，使金属离子移动聚集吸附在负电极上并转变成金属分子，从而完成金属的分离回收。电化学法能去除有害金属，甚至把它们进行回收利用。例如，中国专利文献cn111041193a公开的一种利用离子液体从粉煤灰中制取铝的方法、cn107475523a公开的一种从粉煤灰中回收铟的方法、cn107128927a公开的一种粉煤灰造球氯化电解制备金属铝及综合利用的方法、cn103820646b从粉煤灰中提取镓的方法、cn103805794b酸法粉煤灰提取氧化铝粗精液中镓的回收方法等均涉及到使用电化学方法提取分离粉煤灰中金属。但这些方法均是针对分离一种金属的所使用的方法，并且往往需要向粉煤灰中加入除酸和水以外的其它物质，所采用的工艺比较复杂，成本较高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种从粉煤灰中分离回收金属的方法，以解决粉煤灰中有害金属富集而无法统一处理、会对人体及生态环境造成损害的问题，并且在此基础上回收金属。本发明的方法工艺简单，能够一次性的分离回收多种金属，并降低成本。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种从粉煤灰中分离回收金属的方法，包括用酸液将粉煤灰溶解的过程和对溶液进行电解的过程，分离不同的金属时，将粉煤灰溶液的酸碱度调整成不同的ph值，并控制阴极电流密度和使用针对不同金属的不同的阴极电压。

4、本发明的技术方案的进一步改进在于：溶解和电离镍、铜、镉、锌、钛、铝时，将粉煤灰溶液的酸碱度调整为ph＝1～5；溶解和电离pb时，将粉煤灰溶液的酸碱度调整为ph＜1。

5、本发明的技术方案的进一步改进在于：溶解粉煤灰使用的酸是盐酸、硝酸、硫酸中一种或者几种的混合，酸的浓度控制在0.01～0.2mol，优选浓度为0.1mol的hcl。

6、本发明的技术方案的进一步改进在于：溶解粉煤灰时的温度为25℃-100℃；优选50℃。

7、本发明的技术方案的进一步改进在于：阴极的电流密度控制在0.001～0.2a/cm2，优选为0.01a/cm2以下。

8、本发明的上述技术方案的进一步改进在于：电离镍时，阴极电位限定为-0.23v～-0.246v；电离铜时，阴极电位限定-0.246v～-0.30v；电离镉时，阴极电位为-0.30～-0.4029v；电离铅时，阴极电位-0.4029v～-0.69v；电离锌时，阴极电为-0.69v～-1.21v；电离钛时，阴极电位限定为-1.21v～-1.628v；电离铝时，阴极电位为-1.628v～-1.662v。

9、本发明的技术方案的进一步改进在于：分离不同的金属时使用与该金属种类相同的阴极或需要电镀该金属的零件做阴极；使用镀金钛板作为阳极，优选镀氧化铱的钛板。

10、本发明的技术方案的进一步改进在于：从粉煤灰中分离金属时的操作方法是：

11、(一)在25℃-100℃的温度下将粉煤灰用浓度为0.01～0.2mol的酸水溶液溶解并调整粉煤灰溶液的酸碱度为ph＝1～5之间，搅拌后过滤分离得到固体物和电解液；

12、(二)将(一)分离所得的电解液放入电解池中，用镀金钛板作为阳极，用ni板或需要镀ni的金属零件作阴极，调整阴极电流密度在0.001～0.2a/cm2之间，调整阴极电位不高于-0.23v，并保持阴极电位不低于-0.246v，将电解液中的镍电离到阴极上；

13、(三)更换阴极板为铜板，调整阴极电位不高于-0.246v，并保持阴极电位不低于-0.30v，电离密度保持不变，将电解液中的cu电离到阴极上；

14、(四)更换阴极板为镉板，电离密度保持不变，调整阴极电位不高于-0.30v并使其保持在-0.4029v以上，将镉从电解液中分离出来；

15、(五)更换阴极板为zn板或需镀锌的钢材零件，调整阴极电位不高于-0.69v，并保持阴极电位不低于-1.21v，电离密度保持不变，将电解液中的zn电离到阴极上；

16、(六)更换阴极板为钛板，调整阴极电位不高于-1.21v，并保持阴极电位不低于-1.628v，电离密度保持不变，将电解液中的ti电离到阴极上；

17、(七)更换阴极板为铝板，将阴极电位调整到不高于-1.628v，并保持阴极电位不低于-1.662v，电离密度保持不变，将电解液中的ti电离到阴极上；

18、(八)将(一)过滤分离后的固体物在25℃-100℃的温度下用浓度为0.01～0.2mol的酸水溶液溶解并调整溶液的酸碱度为ph＜1，搅拌后过滤分离得到含铅电解液；

19、(九)将(八)分离所得的含铅电解液放入电解池中，用镀金钛板作为阳极，用铅板作阴极板，调整阴极电流密度为0.001～0.2a/cm2之间，调整阴极电位不高于-0.4029v，并保持阴极电位不低于-0.69v，将电解液中的pb电离到阴极上。

20、本发明的上述技术方案的进一步改进在于：将经过(一)过滤分离后的固体物再按照(一)的方法处理若干次，并将过滤分离所得的电解液合并进入(二)～(七)步骤；将上述处理后所得的固体物再按照(八)的方法处理若干次，并将过滤分离所得的含铅电解液合并按照(九)的方法处理。

21、本发明与现有技术相比具有以下优点：

22、本发明的从粉煤灰中分离回收金属的方法，本发明的方法工艺简单，只经过溶解和电离的过程，就能够将粉煤灰中多种金属分离出来并加以回收利用，使处理粉煤灰中有害金属的成本大大降低。溶解过程中只需调整好溶液的酸碱度，就可以溶解出不同的金属元素，电离时只需调整好阴极上的电流密度和电压，就能分别将粉煤灰溶解形成的电解液中不同的金属离子电离成金属元素而聚集在负极上，从而充分去除粉煤灰中金属并达到回收金属的目的。

23、本发明在分离粉煤灰的金属时是使用酸和水溶解粉煤灰，使粉煤灰中的金属氧化物与酸反应，转变成能溶于水的金属离子，溶解镍、铜、镉、锌、钛、铝时，均是将粉煤灰溶液的酸碱度调整为ph＝1～5，这样可以防止pb生成h2pbcl4或pb(hso4)等溶解度高的络合物，并使铅形成沉淀留在固体物中，而使镍、铜、镉、锌、钛、铝等元素溶解到电解液中，以便在后续工作中提取铅。如果ph值大于5时，从灰浆中提取铜、镉、锌等金属会比较困难。酸碱度调整为ph＝1～5，一次溶解就能使粉煤灰的溶液中大部分金属离子进入溶液，在对溶液电解时，可以通过控制阴极上的电压的高低，使不同的金属离子分次吸附在阴极上，避免了去除不同的金属需要多次溶解多次电离的问题，降低了分离回收金属的成本，提高了效率。如果粉煤灰中含铅量较大需要分离时，只需将溶解粉煤灰的酸溶液的ph值调整到小于1的范围，就能将铅从粉煤灰中溶解出来，防止生成h2pbc14或pb(hso4)等溶解度高的络合物，有利于用电离方法分离回收到铅。如果粉煤灰中铅和其它金属，一般是在溶解其它金属后再向过滤后所得的固体物中加入酸将铅溶解出来。

24、使用本发明方法的过程，可以使用电压表控制观察正负极之间的电压，并控制电流密度，在电离镍、铜、镉、锌、钛、铝时，可以控制阴阳极之间的电压逐渐或分段地向负方向变化，不同的金属电离析出时对应不同的阴极电压，这样能够将这些特定的金属依次分别电离吸附在与该金属相对于的阴极上。这种针对单种元素而设置阴极电压，可以准确提取出比较纯粹的元素，减少了后续元素分离的步骤，很大程度上减少了提取元素的成本。

25、本发明可以用盐酸、硝酸、硫酸中一种或者几种的混合酸溶解粉煤灰，并调节溶液的酸碱度，优选使用浓度为0.1mol的hcl，能够达到较好的ph值调节效果和稳定性，可以减少其它金属杂质的带入，能够提高提取效率和电解效果，降低生产成本。溶解及搅拌过程中溶液的温度为25℃-100℃，优选50℃，这样能够减少酸的挥发，并能够加快溶解速度，能够粉煤灰中金属氧化物更快的转变成金属离子或易溶解电离的金属络合物，有利于后续的固液分离步骤。

26、本发明使用镀金钛板作为阳极，可以防止钛离子被氧化成为氧化钛，可以很大程度上减少电解的电力成本。使用镀氧化铱的钛板作阳极时，在阳极上会生成二氧化锰和三氧化锰，这助于增加电解效率，并且只产生氧气而不产生氯气，可以防止污染环境。分离不同的金属时使用与该金属种类相同的阴极，使被电离出的金属直接沉积吸附在同种金属上，可以得到比较纯的金属，不需要考虑电解以后把析出金属从阴极上分离的问题，避免了后续的元素分离提纯工序，可以直接利用。用需要表面电镀欲分离的金属的零件做阴极可以将电离出的金属直接电镀在零件上，如用钢等材料制成的零件作为电离锌时的阴极，还可以直接对钢件进行镀锌保护。

27、本发明将电流密度控制在0.001～0.2a/cm2，可以减少电离过程中有害物质的排放或其它金属元素的析出。将电流密度控制在0.01a/cm2以下并使用镀氧化铱的钛板作阳极时，阳极排出的气体是100％的氧气，不会产生氯气，有利于改善生产环境和环保，减少对生产操作人员的伤害。如果使用其它材料做阳极板，在阳极出生成氯气，需要将其吸引到氢氧化钠溶液中吸收。

28、本发明从粉煤灰中分离金属时的操作方法中，可以先用ph＝1～5的酸对粉煤灰溶解多次，将每次过滤后的溶液合并用于分离镍、铜、镉、锌、钛、铝；然后再用ph＜1的酸对粉煤灰溶解多次，将每次过滤后的溶液合并，用于分离铅。电离分离不同的金属的过程，也可以反复进行多次。当分离后的溶液中如果还含较高的某种金属元素时，可以再针对该种金属金属进行一次或几次电离。