电镀污泥的材料化处理技术综述
张雁江1,2，李锋锋1,2，郑晓华1，王伟3，孙志成4，张明熹1,2,*，王传璐1，杨文毅1，沈毅2
（1.河北联合大学轻工学院，河北唐山063000；2.河北联合大学材料科学与工程学院，河北省无机非金属材料重点实验室，河北唐山063009；3.唐山科技职业技术学院冶金系，河北唐山063000；4.河北唐山今实达科贸有限公司，河北唐山063000）
摘要：介绍了电镀污泥的形成及其危害，综述了目前电镀污泥的材料化处理技术，包括制成磁性材料，制砖，烧制陶粒，生产水泥、颜料以及改性塑料等，系统地分析和总结了现有电镀污泥材料化技术的优劣。
关键词：电镀；污泥；重金属；处理；材料化
中图分类号：X781.1文献标志码：A
文章编号：1004–227X(2013)12–0049–03
随着我国制造业的不断发展，电镀污泥的产量也不断增加，这些电镀污泥中含有许多重要的重金属，如铬、铁、镍、铜、锌等，其中大部分是我国所短缺的资源，其潜在价值很高。但如果处置不当，有毒的重金属元素会对自然环境和人体健康造成严重危害。就目前而言，电镀污泥的处理方法有多种，如固化稳定化技术、热处理技术、微生物法、填海与堆放、材料化利用技术等[1]。其中电镀污泥的材料化利用技术是一种新兴的处理手段，能实现经济和环境的可持续发展，既使电镀污泥的危害有效降低并消除，又在经济和环境上有良好的效益，是今后电镀污泥处理技术研究和发展的热点。
1·电镀污泥的形成与危害
电镀污泥主要来源于工业电镀厂生产所产生的固体废料，这些废料主要是通过液相化学处理各种电镀废液和电解槽液所产生[2]。
电镀污泥的化学组成较为复杂，主要成分为铁、铜、锌等重金属的化合物及其可溶性盐类[3]。电镀污泥含水量大，成分复杂，其中的重金属组分受热相对稳定并且容易迁移。如果不进行处理而将污泥直接堆放在自然界，重金属元素将会在自然界中迁移和循环，引发污染，直接或间接地危及人类健康[4]。
对电镀污泥进行减量化、无害化、资源化处置是目前电镀污泥处置的重点。最大限度地回收其中的有用资源并严格控制加工利用过程中的二次污染，才是符合循环经济理念和科学发展观的处理技术[5]。
2·材料化利用技术
电镀污泥的材料化技术是指在生产建筑材料或其他材料的生产过程中，加入电镀污泥充当部分原料或辅料的方法。目前，常见的电镀污泥材料化技术有制成磁性材料、制砖、烧制陶粒、生产水泥等。
2.1制磁性材料
电镀污泥是经电镀废水投加铁盐等絮凝剂使重金属离子发生沉淀后的产物[6]，大量的铁离子滞留其中，可以通过合成复合型铁氧体的方法将铁进行回收利用。其原理是利用在合成过程中生成的反尖晶石面心立方结构的四氧化三铁晶格将铁离子限制在格点上，形成的晶体结构相对稳定，消除了二次污染。
陈丹等[7]以电镀污泥为原料，采用水热法合成复合铁氧体。在过程中投加氯化铁和沉淀剂，获得的铁氧体粉体磁性较强，分散性好，粒度分布均匀，且浸出毒性低于TCLP(毒性特征浸出程序)的毒性鉴别标准值。
贾金平等[8]用电镀污泥为原料，分别采用湿法合成及干法还原的工艺，获得了性能优良的磁性探伤粉。对比了干法和湿法2种方法得到的污泥，就加大污泥消纳量和降低成本而言，干法还原改造过的产品最有发展前途。
2.2制建筑材料
2.2.1砖
烧砖法[9]将电镀污泥掺入煤渣、黏土等烧制成砖，能够大量消耗污泥。龙军等[10]将电镀污泥与黏土按一定比例制成砖胚，然后采用不同工艺烧制成红砖和青砖，并进行浸出实验。实验表明，烧制红砖时铬由Cr(III)转化为Cr(VI)，使Cr(VI)的浸出含量超过国家标准。
而青砖浸出液中未检出Cr(VI)。另外，为了防止其他金属含量超过国家标准，需要采用合适的配比。吴秀英[11]为了消除电镀污泥中Cr(III)的污染，将含铬污泥掺入含煤渣的砖坯中，通过高温煅烧，利用碳将其中的Cr(III)转变为金属铬，从而消除Cr(III)对周围环境的污染。此法工艺简单，操作方便，不需额外增加设备，Cr(III)的转变效率高，且可加强砖的抗压能力。电镀污泥掺入黏土中烧砖的技术已得到广泛应用，但从长远来看，烧砖需要大量土地资源，因此，应寻找新的污泥处置方法。
2.2.2陶粒
我国的陶粒主要以黏土陶粒为主，其主要原料来源于耕地。以电镀污泥为主要原料制成烧结陶粒，可消耗大量电镀污泥，避免其对环境的二次污染，还可节约土地资源。
张静文等[12]以电镀污泥、粉煤灰为主要原料，生活污泥和广西白泥为添加剂，通过正交试验对陶粒的生产工艺进行优化。结果表明，适量生活污泥的加入可提高气孔的形成率，并提高吸水率和陶粒的强度；加入广西白泥则可同时降低成本和烧成温度。
严悍东[13]利用电镀污泥和海滩淤泥作原料烧制陶粒，系统地分析了高温烧制陶粒工艺对电镀污泥中Cu、Zn、Cr、Ni等重金属的固化效率，并探索了生产中电镀污泥的掺量对陶粒的影响规律。在海滩污泥中惨杂30%电镀污泥，可以满足陶粒塑性造粒的工艺要求，还可提高电镀污泥的铜、锌、镍等金属的固化率，不会在生产和使用过程中产生二次污染。
东华大学的刁炳祥[14]遵循循环经济理念，提出了将电镀污泥作为原料，混于粉煤灰、活性污泥和广西白泥中焙烧陶粒的方案，并对产物进行了测试，同时通过理论计算对其经济效益进行了分析比较，认为生产电镀污泥型陶粒的经济效益比较显著。
以电镀污泥做原料烧制陶粒，为电镀污泥的资源化利用提供了一条合理而有效的途径。
2.2.3水泥
目前电镀污泥的材料化技术以用于生产水泥方面的研究最为广泛。P.G.Ract等[15]以电镀污泥取代部分原料生产水泥，并通过对原料和产品的化学分析、差热分析(DTA)和热重分析(TG)，发现在原料中加入适量的电镀污泥，可以保证烧结过程正常进行，并且这些残留的金属不会造成环境污染。
P.H.Shih等[16]在对表面精加工和电镀等行业的可行性调查的基础上，提出使用含有重金属污泥作为替代原料来生产水泥。分析了水泥原料中的重金属含量对水泥生产过程中结晶形成的影响。沥出试验表明，所用水合样品中的元素不会在酸性条件下沥出，不会造成烧结熟料浸出危险。使用含重金属的污泥替代水泥原料生产水泥是一个很有前途的方法。
2.3其他
电镀污泥中的成分──铬、锌、铁的氧化物，是生产颜料大火棕所需要的。李世良[17]将不同工厂的污泥进行调配或进行补充，使其达到颜料配方要求，然后经混合均匀、磨碎处理，在1100~1200°C的工业窖炉中焙烧而制成了大火棕颜料产品。此产品可用于陶瓷行业及建筑行业，作为颜料、着色剂或内墙、外墙涂料。
J.M.MagalhãesS等[18]利用电镀污泥与黏土混合物烧制陶瓷并分析得出，长时间强搅拌可促进结块体的分离，有利于残余颗粒与黏土间的烧结反应。
利用电镀污泥与废塑料联合生产改性塑料制品[19]是一项国内独创的新技术，主要是以电镀污泥作为填充料与废塑料混炼，制成改性塑料。在高温干燥后，重金属成分稳定，其浸出试验的浸出量低于国家标准。为了得到更好的材料性能，采用表面活性剂(如油酸钠)进行处理，处理后产品的疏水性能得以提高，接触角达到了100%，有较好的相容性，机械强度也达到了规定指标。
3·结语
通过材料化技术将电镀污泥加工成各类工业原料和产品，真正做到废物利用，减少了对环境的危害。重金属含量较低的污泥可以用于生产水泥、烧制陶粒及制砖，但这几种方法得到的产品基本不对重金属进行回收，这无疑增加了人体暴露于重金属中的可能性[20]，而且附加值大多不高，利润空间较小。用铁氧体法处置电镀污泥能够获得良好的环境和经济效益，将电镀污泥制成改性塑料也是一种很好的资源化利用方法。
电镀污泥材料化技术虽然可行，但重金属的二次污染问题以及产品的经济效益等方面仍存在瓶颈。如何解决这些问题，更好地对电镀污泥进行减量化、无害化、资源化处理是今后研究的重点。
参考文献：略
