从含铜废水中回收电解铜的工艺及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种从含铜废水中回收电解铜的工艺及 装置。
【背景技术】
[0002] 目前国内外用于处理镀镍废水的技术方法主要有化学法、膜法和离子交换法。按 照清洁生产法的要求，电镀企业的金属资源利用率和节水率都有严格要求，实现电镀废水 处理的同时有效回收其中的重金属和废水循环利用已经是目前电镀废水处理基本要求。
[0003] (一）化学法：目前部分电镀企业还是采用化学法处理镀铜废水，化学处理法就是 向含铜废水中加入氢氧化钠或石灰乳（氢氧化钙），将废水的PH调节到8-9,再加入絮凝 剂，使废水中的金属铜以污泥的形式从废水中沉降下来，为了使废水中的铜离子含量进一 步降低，还需加入重金属捕捉剂（多硫化物）。因此化学处理法从废水产生的含铜污泥无法 直接回用于镀槽，而是送交污泥回收企业进行处理，由于固体危废运输、处理的管理日益严 格，该处理方法的铜回收成本高。
[0004] 由于电镀废水的特点在于各种废水排放浓度和排放量的不稳定，废水中受控物浓 度和流量变化很大。即使理论上可以做到用化学药剂将废水中的重金属等受控物完全去 除，但限于目前的检测技术手段，难以即时跟踪污染物浓度及流量变化，从而加药量不能及 时跟上受控物浓度和量的变化，导致不是出水不达标，就是药量过度，运行成本上升。因此 采用单一化学法处理电镀废水的问题就是废水处理难以实现稳定达标。因此化学法目前逐 渐被其他处理方法替代。
[0005] (二）离子交换法：离子交换法可以直接回收低浓度含铜废水中的铜，而且可以保 证出水中的铜离子含量达标，通过对饱和树脂的再生得到含铜20-60g/L的液体硫酸铜溶 液，提取铜后的废水可采用膜或离子交换树脂处理，得到纯净水返回生产线使用。但是根据 镀铜的技术特点，镀铜槽温度低，前道工序带入的水大于蒸发量，因此离子交换法得到的硫 酸铜溶液不能直接返回镀铜槽。大部分情况下，用离子交换法得到的硫酸铜回收液还是用 化学法变成含铜污泥或委外处理。另外用离子交换树脂处理含铜废水时，树脂饱和用酸再 生后，需要用大量的酸/碱进行处理，要用大量的水清洗树脂，因此处理成本也较高。
[0006] (三）膜法：使用膜法回收镀镍废水中的镍和废水目前已在电镀和PCB企业得到 广泛应用。但采用膜技术回收镀铜废水中的铜的情况很少，原因之一是膜法回收的浓缩液 难以排除其中的杂质成分，造成槽液有害杂质积累，因此不能直接返镀槽使用，原因之二是 对于膜法回收酸性镀铜废水，得到的浓缩硫酸铜溶液和上述离子交换法一样，依然无法直 接返回镀铜槽使用。
【发明内容】
[0007] 解决的技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种从含铜废水 中回收电解铜的工艺及装置，实现回收高纯度的电解铜、资源回收率高、连续稳定自动化运 行、综合效益好。
[0008] 技术方案：
[0009] 从含铜废水中回收电解铜的工艺过程及原理如下：
[0010] (1)前处理：含铜废水经集水槽沉降，袋式过滤器过滤去除绝大部分固体杂质，然 后进入活性炭砂滤柱净化，主要去除废水中的悬浮物、部分有机物（主要是小分子有机物 /烃类/油类）和强氧化性物质如氯、双氧水等，经过活性炭砂滤柱后的废水，其中悬浮物 < 5mg/L，达到净化要求，净化后的含铜废水送入装有大孔吸附树脂的交换柱，去除含铜废 水中的各类有机助剂，如光亮剂、整平剂、润湿剂、光亮剂载体、着色剂，同时去除经活性炭 处理后残余的悬浮物；
[0011] (2)超滤膜系统处理：经步骤（1)处理后的废水进入超滤膜系统进行过滤，超滤 膜系统按错流设计，循环流量等于5-20倍产水流量，运行压力< 0. 3MPa，超滤用于去除废 水中的胶体物质和经吸附树脂处理后废水中残余的分子量3000-20000道尔顿的有机聚合 物，以避免该类物质污染纳滤膜，保证纳滤膜的稳定运行；
[0012] (3)纳滤膜截留浓缩硫酸铜：经步骤（2)处理后的废水进入纳滤膜系统，纳滤膜 系统采用错流设计，循环流量等于5-20倍产水流量，使用2级耐酸纳滤膜，第1级纳滤膜 在I. 0-2. OMPa的压力下，将截留的硫酸铜溶液中铜离子浓度提高到5-10g/L后进入第2 级纳滤膜继续浓缩，第1级纳滤膜透过液进入反渗透系统回收废水和酸，第2级纳滤膜在 2. 0-4. OMPa的压力下将硫酸铜溶液中铜离子的浓度提高到20-40g/L，浓缩后的硫酸铜送 入旋流电解系统产金属铜，第2级纳滤膜透过液返回作为第1级纳滤膜的进水循环，采用2 级纳滤膜可在获取高浓度硫酸铜溶液的同时，保证水和酸的回收率；
[0013] (4)反渗透膜回收废水和酸：反渗透膜系统采用错流设计，循环流量等于5-20倍 产水流量，采用2级高脱盐率的反渗透膜回收酸性含铜废水中的水和酸，在保证回收水品 质（电导率< 〇.〇〇5S/m)以及水和酸回收率（水90%，酸90% )的同时，得到较高浓度的 酸（3-10% )，第1级反渗透膜在I. 0-4. 5MPa压力下，将第1级纳滤膜透过液中的硫酸截留 浓缩到30-100g/L，回收的酸直接返回镀铜生产线使用，第1级反渗透膜透过液进入第2级 反渗透膜处理，第2级反渗透膜运行压力为0. 5-2. 5MPa，第2级反渗透膜透过液为纯净的 水，直接作为漂洗水回用于镀铜生产线，第2级反渗透膜的浓缩液进入第1级反渗透膜的进 水循环；
[0014] (5)旋流电解产铜：经纳滤膜浓缩后的硫酸铜进入循环储槽，由循环泵送入旋流 电解系统生产铜，再返回循环储槽，通过强制循环实现溶液的高速流动，并使溶液中铜离子 持续地吸附到阴极表面，根据初始的硫酸铜原始浓度和电流确定的累积电解时间，当阴极 上的铜长到一定重量（30-40kg)，取出电解铜，旋流电解装置系统，一般3-5个旋流电解装 置为一组，循环储槽中的硫酸铜溶液通过输送泵送到第一个电解装置内，然后从最后一个 电解装置再返回到循环储槽内，在高流速、高电流密度等技术条件控制下高选择性地将溶 液中的金属铜贫化至非常低的浓度，同时得到高品质金属铜产品。
[0015] 所述超滤膜材质为聚丙烯或聚丙烯腈类，便于膜被污染后的化学清洗；所述纳滤 膜材质为聚丙烯腈类，具有极高的化学稳定性，可在PH值0-14的范围工作，当发生金属、有 机物或硅酸盐等的污染堵塞时，采用质量浓度1-20%的硫酸、盐酸、碱或络合剂对其进行化 学清洗，因此可以长期保持纳滤膜的性能和寿命，另外将其作为反渗透膜的前端，纳滤膜将 废水中的光亮剂、着色剂等有机物截留，为长期保持反渗透膜的性能和寿命提供了保证；所 述反渗透膜材质为聚四氟乙烯。
[0016] 所述循环储槽中随着铜电积过程的进行，硫酸铜含量不断下降，当铜离子浓度 < lg/L时，该循环储槽中的溶液成为电解贫液，由于其中含有大量的光剂、着色剂等有机 物和杂质金属离子不能继续利用，因此将其排入废水处理站处理。
[0017] 实现从含铜废水中回收电解铜的工艺的装置，包括前处理单元、膜系统处理单元 和电解产铜单元，所述前处理单元包括集水槽、袋式过滤器、活性炭砂滤柱、第一中转槽、第 一交换柱、第二交换柱、第二中转槽，其中集水槽出口接袋式过滤器入口，袋式过滤器出口 接活性炭砂滤柱入口，活性炭砂滤柱通过第一中转槽接第一交换柱入口，第一交换柱和第 二交换柱串联连接，第