전기도금 슬러지 처리 및 재활용 기술
전기도금 슬러지는 전기도금 폐수 처리 과정에서 발생하는 배출물로서 크롬, 카드뮴, 니켈 등 독성 중금속이 다량 함유되어 있으며, 아연 성분은 매우 복잡합니다. 우리 나라의 "국가 유해 폐기물 목록"(Huanfa [1998] No. 89)에 나열된 47개 위험 폐기물 범주 중 전기도금 슬러지는 7가지 주요 범주를 차지하며 전형적인 위험 폐기물입니다. 현재 우리나라 전기도금 산업은 많은 공장, 소규모, 낮은 장비 수준, 낮은 오염 관리 수준 등 많은 문제로 인해 대부분의 전기도금 슬러지는 여전히 단순히 매립되거나 심지어 무작위로 쌓여 환경에 심각한 오염을 초래하고 있습니다. . 따라서 전기도금 슬러지의 효과적인 기술 처리 및 처리 방법을 채택하고 안정화, 무해성 및 자원 활용을 달성하는 방법은 항상 국내외 연구의 초점이었습니다.
1. 전기도금 슬러지의 응고/안정화 기술
현재 전기도금 슬러지의 응고/안정화에 관한 연구는 주로 응고블록 안정화 공정의 메커니즘과 미시적 메커니즘에 중점을 두고 있다. 등. Roy 등은 일반 포틀랜드 시멘트를 경화제로 사용하여 구리 함유 전기도금 슬러지 및 방해 물질인 질산구리를 첨가하면 시멘트 수화 생성물의 장기적인 변화 거동에 미치는 영향을 체계적으로 연구했습니다. 구리 함유 전기도금 슬러지는 시멘트 수화 생성물에 영향을 미칩니다. 중금속의 형태, 수화 생성물의 pH는 미량의 화학적 및 미세구조적 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 응고체의 pH가 나타납니다. 첨가된 구리 질산염의 양이 증가함에 따라 명백한 감소 추세인 반면, 다공성은 첨가된 구리 질산염의 양이 증가함에 따라 증가합니다. Asavapisit 등[3]은 전기도금 슬러지에 대한 시멘트, 시멘트 및 플라이애시 응고 시스템의 응고 효과를 연구하고, 압축 강도의 변화 특성, 침출 특성 및 응고체의 미세 구조를 분석하여 전기도금 슬러지가 두 시스템의 최종 경화된 블록의 압축강도는 시멘트질 재료의 표면을 덮고 있는 전기도금 슬러지가 경화 시스템의 수화를 방해하기 때문에 감소합니다. 그러나 비산회를 첨가하면 이러한 억제 효과를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 그 이유는 비산회가 고알칼리성 시멘트를 부분적으로 대체하여 혼합 시스템의 알칼리성을 중금속 수산화물의 안정화에 도움이 되는 수준으로 감소시키기 때문일 수 있습니다.
Sophia 등은 단일 시멘트로 처리한 전기도금 슬러지의 압축강도가 시멘트와 플라이애시의 혼합 시스템보다 우수하다고 생각하지만, 시멘트와 플라이애시의 비율이 적절하다면 , 크롬의 응고도 충족될 수 있습니다. 경화 과정에서 비산회를 사용하면 구리의 장기적인 안정성에 도움이 되지 않습니다.
첨가제를 사용하면 전기도금 슬러지의 응고 효과를 향상시킬 수 있습니다. 전기도금 슬러지의 응고처리시 유해물질의 성질에 따라 적절한 첨가제를 첨가하면 응고효과를 높이고 유해물질의 용출속도를 감소시키며 시멘트 사용량을 절약하고 응고블록의 강도를 높일 수 있다. 시멘트를 경화제로 사용하는 양생방법에 사용되는 첨가제의 종류는 다양하며, 그 기능도 다양하며, 대표적인 것으로는 활성알루미나, 규산나트륨, 황산칼슘, 탄산나트륨, 활성 왕겨 등이 있다.
2. 전기도금 슬러지의 열화학적 처리 기술
열화학적 처리 기술(소각, 이온아크, 마이크로웨이브 등)은 폐기물을 고온 조건에서 분해하여 독성을 감소시키는 기술이다. 독성이 강한 일부 성분의 경우 신속하고 상당한 양의 감소를 달성하고 폐기물의 유용한 성분을 활용합니다. 최근에는 유해 폐기물 전기도금 슬러지의 전처리 또는 안전한 처리를 달성하기 위해 열화학 처리 기술을 사용하는 것이 사람들의 관심을 끌고 있습니다.
현재 전기도금 슬러지의 열화학적 처리 기술에 대한 연구는 전기도금 슬러지 소각 처리 시 중금속의 이동 특성에 초점을 맞추고 있다. Espinosa 등은 용해로 내 전기도금 슬러지 소각 공정의 열적 특성과 중금속의 이동 패턴을 연구하여 소각이 전기도금 슬러지의 크롬 잔류율을 효과적으로 증가시킬 수 있음을 발견했습니다. 소각 과정에서 대부분의 슬러지 성분은 CO2, H2O, SO2 등의 형태로 손실됩니다. 따라서 부피 및 중량 감소 효과가 매우 뚜렷하며 중량 감소가 가능합니다. 34%에 도달한다.
Barros 등은 전기도금 슬러지의 혼합 소각 과정을 연구하기 위해 시멘트 회전 가마를 사용했으며, 전기도금 슬러지의 Cr2O3 및 NiO 이동 패턴에 대한 염화물(KCl, NaCl 등) 첨가의 영향을 분석했습니다. 염화물은 소각 시 Cr2O3와 NiO에 영향을 미치지 않습니다. 회분의 잔류물은 소각 과정에서 소각 잔류물에 효과적으로 응고될 수 있습니다. Liu Gang 등은 전기도금 슬러지의 열처리 특성을 연구하기 위해 소각로를 시뮬레이션할 때 크롬, 아연, 납, 구리 등과 같은 다양한 중금속의 이동 특성을 분석하고 다음과 같은 결론을 내렸습니다. 소각 온도가 700°C 미만이면 슬러지의 수분, 유기물 및 휘발성 물질이 잘 제거될 수 있으며, 고온은 슬러지 중금속의 용출을 효과적으로 억제할 수 있지만 이러한 억제는 다양한 중금속에 다른 영향을 미칩니다. 예를 들어, 니켈은 비휘발성 중금속으로, 소각재의 슬래그 잔류율은 100이며, 재의 크롬 잔류율도 97 이상으로 높다. 아연, 납의 석출율은 100%이다. , 그리고 구리는 소각 온도가 증가함에 따라 다양한 정도로 증가합니다.
이온 아크, 마이크로파 등 기타 열화학 처리에 대한 연구에서는 Ramachandran 등이 DC 플라즈마 아크를 이용해 다양한 분위기에서 전기도금 슬러지를 처리하고 처리 중 발생하는 처리 잔사 및 분말을 분석했습니다. 연구가 진행되어 왔으며, 이 방법은 구리, 크롬과 같은 유가 금속의 회수를 실현하는 동시에 잔류물을 안정적인 불활성 슬래그로 전환할 수 있는 것으로 믿어집니다. Gan 등은 마이크로파 조사를 통해 전기도금 슬러지에 대한 해독 및 중금속 응고 실험을 수행한 결과, 마이크로파 조사 처리가 전기도금 슬러지 내 중금속 이온의 응고에 상당한 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 온도 건조 및 전자파의 작용으로 중금속 이온과 양극성 폴리머 분자 사이의 강한 상호 작용에 도움이 되어 마이크로파로 처리된 전기도금 슬러지는 미세한 입자 크기, 높은 비표면적, 그리고 쉬운 응집.
또한 열화학 처리는 전기도금 슬러지의 크롬 독성을 줄이는 데 도움이 됩니다. Ku 등은 전기도금 슬러지의 고온 열처리 시 크롬의 독성 원자가 상태 변화를 연구한 결과, 고온 열처리를 통해 크롬(VI)이 크롬(III)으로 전환될 수 있으며, 온도가 높아질수록 고온 처리된 전기도금 슬러지에서 변환 효과가 더욱 뚜렷해지며, 진흙에서는 주로 크롬(III)입니다. Cheng 등(16)은 전기로에서 900°C와 1100°C에서 4시간 동안 열경화시킨 후 전기도금 슬러지와 점토 혼합물 내 크롬의 원자가 상태를 분석한 결과, 열경화 처리된 혼합물에서 900°C에서는 크롬(VI)이 절대 우위를 가지며, 1100°C에서 열경화한 혼합물에서는 크롬이 주로 크롬(III)으로 존재합니다.
3. 전기도금 슬러지 내 유가금속 회수 기술
3.1 산침출법 및 암모니아 침출법
산침출법은 고형폐기물 침출법 중 하나이다. 가장 널리 사용되는 방법인 침출에 사용되는 특정 산은 고형 폐기물의 특성에 따라 다릅니다. 황산은 전기도금, 주조, 제련 등 산업폐기물의 처리에 가장 효과적인 침출시약으로 가격이 저렴하고 휘발성이 낮으며 분해에 강하기 때문에 널리 사용됩니다. Silva 등은 전기도금 슬러지의 황산 침출을 통한 니켈 및 아연 회수에 관한 연구 실험을 수행하기 위해 추출제로 디이소옥틸 인산염을 사용했습니다. Vegli 등의 연구에 따르면 황산을 사용한 구리 및 니켈의 침출 속도는 95-100에 도달할 수 있으며 전해 회수 공정에서 구리와 니켈의 회수율도 94-99만큼 높습니다.
기타 산성 추출제(예: 산성 티오우레아)를 사용하여 전기도금 슬러지에서 중금속을 침출할 수도 있습니다. Paula 등은 전기도금 슬러지로부터 크롬을 침출하기 위해 값싼 공업용 염산을 사용하였다. 침출 과정에서 미리 준비된 시료 약 1g에 공업용 염산(순도: 25.8, 질량 농도: 1.13g/mL)을 첨가한 후 150r/에서 침출됨 min shaker에서 30분간 진탕한 후 크롬 침출률은 97.6으로 높았습니다.
암모니아 침출에 의한 금속 추출 기술은 일정한 역사를 가지고 있지만, 산 침출에 비해 암모니아 침출을 이용한 전기도금 슬러지 처리에 관한 연구 보고는 상대적으로 적고, 대부분 국내 연구 보고이다.
암모니아 침출법은 일반적으로 암모니아 용액을 침출제로 사용하는데, 이는 암모니아가 적당한 알칼리도, 사용 용이성, 재활용성의 장점을 갖고 있기 때문이다. 암모니아 착체군 침출-증기 암모니아-가수분해 잔류물 황산 침출-용제 추출-금속염 결정화 회수 공정을 이용하여 구리, 아연, 니켈, 크롬, 철의 전 회수를 포함하여 전기도금 슬러지로부터 대부분의 유가 금속을 회수할 수 있습니다. 비율은 각각 93, 91, 88, 98 및 99보다 큽니다. 암모니아 침출 액체 시스템에서 구리를 분리하는 데 적합한 추출제 선택의 어려움에 대응하여 Zhu Wanpeng 등은 등유-H2SO4 시스템에서 전기도금 슬러지 암모니아 침출을 효과적으로 회수할 수 있는 N510이라는 추출제를 개발했습니다. 액체, 회복율은 99만큼 높습니다. Wang Haodong 등(26)은 전기도금 슬러지에서 니켈을 회수하기 위한 암모니아 침출 방법을 연구했는데, 니켈 함유 슬러지를 산화 및 연소시켜 소성된 모래를 대량의 암모니아수로 채웠음을 보여주었다. NH3의 질량 분율은 5~7입니다. 산소를 교반하고 침출하여 Ni(NH3)4CO3를 함유한 용액을 얻은 다음 용액을 증발시켜 NiCO3·3Ni(OH)로 전환합니다. 2, 800°C에서 하소하여 상업용 분홍색 산화니켈을 얻습니다.
전기도금 슬러지를 처리하기 위해 산침출 또는 암모니아 침출을 이용하는 경우 유가금속의 전체 회수율과 기타 불순물과의 분리 용이성은 주로 침출속도 및 유가금속의 침출속도에 영향을 받는다. 침출 공정. 액체의 유가 금속 및 불순물을 선택적으로 제어합니다. 산 침출 방법의 주요 특징은 구리, 아연, 니켈과 같은 유가 금속에 대한 침출 효과가 우수하다는 것입니다. 그러나 불순물에 대한 선택도는 낮으며, 특히 암모니아 침출 과정에서 크롬, 철 및 기타 불순물에 대한 선택도가 낮습니다. 크롬, 철 등의 불순물에 대한 선택성은 높으나, 구리, 아연, 니켈 등에 대한 침출률은 낮습니다.
3.2 생물학적 침출 방법
생물학적 침출 방법의 주요 원리는 화학독립영양성 Thiobacillus acidophilus의 생물학적 산 생성을 이용하여 고체상에서 불용성 중금속을 제거하고 액체에 유입시키는 것입니다. 용해성 금속 이온이 된 후 적절한 방법을 사용하여 침출 용액에서 회수됩니다. 작용 메커니즘은 미생물 성장 대사, 흡착 및 변형을 포함하여 비교적 복잡합니다. 현재까지 수집된 문헌에 따르면 전기도금 슬러지 처리에 생물학적 침출법을 적용한 연구 보고는 상대적으로 적은데, 그 이유는 전기도금 슬러지의 높은 중금속 함량이 미생물에 독성 영향을 미치기 때문이다. 이 분야에서는 이 기술의 적용이 제한됩니다. 따라서 전기도금 슬러지 내 고농도 중금속이 미생물에 미치는 독성 영향을 어떻게 감소시킬 것인지, 적응성이 강하고 폐기물 처리 효율이 높은 박테리아 균주를 어떻게 배양할 것인지는 여전히 생물학적 침출법이 직면한 주요 과제이지만[30], 또한 이 기술을 이 분야에 적용하는 문제를 해결하는 열쇠입니다.
3.3 제련 방법 및 배소 및 침출 방법
전기도금 슬러지를 제련하는 주요 목적은 함유된 구리와 니켈을 회수하는 것이다. 제련법은 석탄과 코크스를 연료와 환원제로 사용하며, 부재료로는 철광석, 구리광석, 석회석 등이 있다. 구리 기반 슬러지를 제련할 때 노 온도는 1300°C 이상이고 용융된 구리를 무광택 니켈이라고 합니다. 니켈 기반 슬러지를 제련할 때 노 온도는 1455°C 이상이며 용융된 니켈을 조(crude) 니켈이라고 합니다. . 무광 니켈과 조 니켈은 전기분해를 통해 직접 분리 및 재활용될 수 있습니다. 슬래그는 일반적으로 건축자재의 원료로 사용됩니다.
로스팅 및 침출 방법의 원리는 먼저 고온 로스팅을 사용하여 슬러지의 불순물을 전처리 한 다음 산, 물 및 기타 매체를 사용하여 로스팅 된 제품에서 유가 금속을 추출하는 것입니다. 황철석 폐기물을 산성화 원료로 사용하고 전기도금 슬러지와 혼합하여 배소한 후 탈이온수를 사용하여 배소한 제품을 상온에서 침출 및 분리한다. 아연, 니켈, 구리의 회수율은 각각 60, 50이다.
4. 전기도금 슬러지 물질화 기술
전기도금 슬러지 물질화 기술은 전기도금 슬러지를 원료 또는 부자재로 활용하여 건축자재나 기타 자재를 생산하는 공정을 말한다. Ract에서는 시멘트 원료를 전기도금 슬러지로 부분적으로 대체하는 실험을 수행하여 시멘트를 생산하였다. 또한, 소결제품의 크롬 잔류율은 99.9까지 높습니다.
Magalh es 등은 전기도금 슬러지와 점토의 혼합물이 세라믹의 소성에 영향을 미치는 요인을 분석한 결과, 전기도금 슬러지와 점토의 혼합물을 사전 제작할 때 전기도금 슬러지의 물리적, 화학적 특성과 교반 시간이 지배적이라고 믿었다. 원본과 같은 세라믹의 품질을 결정하는 요소 전기도금 슬러지(예: 알루미늄, 아연, 니켈 등)의 중금속 유형 및 함량은 조립식 제작 시 전기도금 슬러지 및 점토와의 혼합물의 침출 특성을 분명히 결정합니다. 전기도금 슬러지와 점토의 혼합물, 심한 또는 장기간의 침출 교반은 혼합물의 균질화 및 소결 반응의 진행에 유리합니다. 또한, 전기도금 슬러지를 해변 진흙과 혼합하면 적합한 세라믹을 생산할 수 있습니다.
5. 결론
전기도금 슬러지 처리는 국내외에서 항상 연구의 초점이 되어 왔다. 기존의 시멘트 기반 고형화 기술과 유가금속 회수를 위한 침출 방법으로 인한 환경 2차 오염 위험 등 시급히 해결해야 할 문제가 많다. 이러한 문제를 해결하기 위해 채택되었습니다. 최근 몇 년 동안 전기도금 슬러지의 전처리 또는 안전한 처리를 달성하기 위한 열화학 처리 기술의 사용은 미래의 전기도금 슬러지 처리에 대한 더 넓은 개발 공간과 전망을 제공합니다. 최근 연구에 따르면 열화학 처리 기술은 전기도금 슬러지의 감소, 자원 활용 및 무해성 측면에서 명백한 이점을 가지고 있으므로 향후 전기도금 슬러지 처리 분야에서 중요한 연구 방향이 될 것입니다.
그러나 전기도금 슬러지 처리에 있어 열화학 처리 기술의 적용 및 연구가 상대적으로 적기 때문에 전기도금 슬러지의 열화학 처리 시 중금속의 이동 특성, 전기도금 슬러지의 잔류 특성 등 추가적인 연구가 필요한 문제가 많다. 재 중의 중금속 함유량을 측정하기 위해서는 열화학 처리 시 중금속의 석출 특성과 증발 특성에 대한 심층적인 연구가 필요하다.