【摘 要】
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铜是一种战略性的金属资源,涉及国民经济的众多领域。中国作为全球最大的铜消费国,铜的年消耗量接近全球50%,而储备量却不足世界3%,二次铜资源的循环利用不容忽视。另一方面,产生于电镀行业的电镀污泥,因其富含铜等重金属,毒性较高,是世界公认的危险固体废弃物。对电镀污泥中的重金属进行分离、提取研究,被认为是解决环境问题,同时回收重金属资源的关键。此外,污泥中的铜品位远高于世界年开采铜矿的平均品位,加之污
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铜是一种战略性的金属资源,涉及国民经济的众多领域。中国作为全球最大的铜消费国,铜的年消耗量接近全球50%,而储备量却不足世界3%,二次铜资源的循环利用不容忽视。另一方面,产生于电镀行业的电镀污泥,因其富含铜等重金属,毒性较高,是世界公认的危险固体废弃物。对电镀污泥中的重金属进行分离、提取研究,被认为是解决环境问题,同时回收重金属资源的关键。此外,污泥中的铜品位远高于世界年开采铜矿的平均品位,加之污泥年排放量巨大,故对其中的铜进行回收具有重要意义。而污泥成分复杂,现有提取方法很难平衡分离效率与反应能耗间的问题。因此,合理降低能耗,将铜高效地、选择性地从电镀污泥中提取出来,是迫切需要研究的。基于金属氯化物具有易溶解、易挥发的特点,能有效降低金属回收温度。而将铜以氯化物形式直接回收,在电镀污泥处置领域鲜有报道。本文基于氯化物的相转化原理在800℃下,分别针对分质污泥和混合污泥,将其中的铜以氯化物的形式定向选择性提取,合理降低了火法提取方法的能耗,同时克服了湿法不具选择性和废水处理的难题。主要的研究内容如下:（1）采用氯化-挥发方法对分质含铜电镀污泥进行处理,将污泥中的铜以Cu Cl2·2H2O的形式一步提取。探究了氯化剂种类、反应时间、反应温度及药剂加入比例对铜提取过程的影响。原始污泥中的主要成分为Ca CO3、Si O2、Mg3Si O10（OH）2、Cu（OH）2、Fe（OH）2及Fe（OH）3,经处理,在800℃将污泥中97%的铜以氯化物的形式挥发,大幅降低传统火法的处置温度。而其余金属杂质转化为稳定的金属盐（Ca SO4、Ca Mg Si2O6）及氧化物（Fe2O3、Fe3O4）,克服了湿法不能将铜与其他金属单独分离的缺点。所获产物纯度高达95%。并从热力学方面解释了铜挥发过程的机理。最后,从经济、技术、环境的角度评估了此方法的可行性。（2）采用氯化-挥发的方法对铜镍混合电镀污泥进行处理,通过温度及调控剂Si O2的调控,以Cu Cl2·2H2O的形式选择性地回收了混合电镀污泥中的铜。探究了反应温度、反应时间、氯化剂加入量及Si O2的加入对铜选择性分离的影响。原始污泥中主要含Ca、P、Cu、Ni、Fe、Al,其中重金属铜和镍的含量分别为6.9 wt%和5.5wt%最佳条件下,铜的提取率可达到93%,而镍的挥发率被稳定控制在3.5%以左右。实现了混合污泥中铜的选择性深度分离。并从热力学角度分析了铜与镍选择性分离的机理。（3）基于前两章的研究,已经关注到铜的分离过程主要是基于氯化物的挥发。为了深刻认识铜挥发过程的机理,并为氯化-挥发处置含铜电镀污泥的优化及应用提供更多理论支撑。进而引入了热分析动力学的方法,分析了氯化铜挥发的动力学过程。结果表明随升温速率提高TG曲线向高温方向移动,铜的挥发率也有所提高,为铜含量偏低的污泥处置提供率研究思路。氯化铜挥发的表观活化能(（6）的平均值为94.20 k J/mol,此过程遵循单一的动力学机制,可用幂函数法则描述,机理函数为（）=1/15,属于α-t加速型曲线。
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