(1.南昌大學(xué)資源與化工學(xué)院，江西南昌330031;2.天津城市建設(shè)大學(xué)與市政工程學(xué)院，天津300380)

　　摘要：采用鹽酸和雙氧水構(gòu)建的溶液對廢ABS塑料電鍍件進(jìn)行退鍍，退鍍液中含銅、鎳等金屬，采用電解法回收退鍍液中的銅。通過單因素及正交試驗法，考察了電流密度、電解液循環(huán)流量、電極距、電解時間等工藝條件對電流效率及銅回收率的影響，確定了銅回收過程的最佳工藝參數(shù):電流密度416．0A/m2、電極距1．4cm、溶液循環(huán)流量3．0L/h、電解時間40min。

　　ABS塑料電鍍件是一種以ABS工程塑料為基體，表面均勻地鍍上金屬的鍍件［1］。由于具備較高的強度、耐高溫、較好的剛性、易加工成型等優(yōu)異的綜合性能，使得ABS塑料電鍍件在汽車車身、電器、手機與日用品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用［2］。隨著大量的ABS塑料電鍍件在很多行業(yè)中的廣泛運用，每年都會產(chǎn)生大量的廢舊ABS塑料電鍍件。回收廢舊ABS塑料電鍍件既了，又可實現(xiàn)資源循環(huán)利用。

　　在對廢舊ABS塑料電鍍件鍍層的處理中，采用H2O2、HCl構(gòu)建的混合液將ABS電鍍件退鍍，退鍍后的溶液稱為退鍍液，退鍍液中含有高濃度的Cu2+、Ni2+及微量的Cr3+［3］。對于退鍍液中銅的回收，一般有化學(xué)沉淀法、電解法、吸附法、離子交換法、離子螯［4］?；瘜W(xué)沉淀法缺點在于回收過程中容易產(chǎn)生含重金屬的污泥，如果不能有效地處理污泥，則會造成二次污染;吸附法缺點在于吸附劑使用壽命短，不易再生，同時不易吸附銅離子;離子交換法不足之處在于有限的交換容量與較高的樹脂成本。采用電解法回收退鍍液中的金屬銅，原因在于電解法具有設(shè)備自動化程度高、經(jīng)濟性能好的優(yōu)點，適合用來從含銅量高的溶液中回收金屬銅［5－6］。本實驗采用電解法回收退鍍液中的金屬銅，考察電流密度、電極距、溶液循環(huán)流量、電解時間等對電解過程中的電流效率與銅回收率的影響。

　　實驗儀器及材料:PS－305D直流穩(wěn)壓電源(龍威儀器儀表有限公司);84－1型磁力攪拌器(上海司樂有限公司);BT－100M型蠕動泵(創(chuàng)銳泵業(yè)有限公司);SHZ－D型循環(huán)水式真空抽濾機(鞏義市英峪予華儀器廠);FA2104型電子分析天秤(上海民橋精密科學(xué)儀器公司);通風(fēng)櫥(浙江三和科教儀器有限公司);GZX－9140MBE型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(深圳市瑞鑫達(dá)儀器有限公司);Optima210DV型等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)(PerkinElmer);HS10磁力攪拌加熱器(艾卡集團);燒杯，玻璃杯等(上海申誼玻璃儀器)。

　　實驗藥品:鹽酸、過氧化氫、乙醇、丙酮均為分析純(上海試劑一廠);活性炭，化學(xué)純(常州圣泉凈化材料有限公司);去離子水，實驗室自制。

　　將廢舊ABS塑料電鍍件經(jīng)由鹽酸和雙氧水按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)比組成的溶液進(jìn)行退鍍，退鍍后的退鍍液經(jīng)原子吸收光譜測試，其鉻的含量為0．009g/mL左右。在電解前對退鍍液進(jìn)行活性炭過濾吸附預(yù)處理:在退鍍液中加入一定量的活性炭，室溫下攪拌24h，過濾［7］。

　　在電解實驗中，如果有副反應(yīng)發(fā)生，副反應(yīng)也會消耗部分電量，實際得到的產(chǎn)物少于理論值，因此在電解實驗中存在電流效率的問題。電流效率η的計算如式(1):

　　式中:η為電流效率;W1為實驗中極板凈重，g;W2為極板及產(chǎn)物的質(zhì)量，g;K為銅離子的電化摩爾質(zhì)量，1．186g/(A·h);I為電解時的電流強度，A。

　　實驗測定方法:實驗前稱量陰極板的質(zhì)量W1，實驗后陰極板和產(chǎn)物烘干的狀態(tài)下再一次稱量質(zhì)量，記為W2［8］。電流效率的高低是電解高效與否的重要衡量指標(biāo)［9］。

　　銅回收率的計算方法為電解產(chǎn)生的銅與退鍍液中理論完全回收的銅的質(zhì)量之比。評價電解效果的優(yōu)劣由電流效率與銅回收率綜合考慮。

　　陽極材料選用釕涂層鈦板，釕涂層鈦板析氯過電位低，與本實驗在陽極產(chǎn)生氯氣的條件相符合。陰極材料通常選擇金屬材料，因電解具有很強的腐蝕性，因而選用不銹鋼板作陰極材料［10］。

　　2)室溫下，將一定體積的退鍍液加入電鍍槽中，計算退鍍液中所含金屬銅的質(zhì)量，將鈦陽極和不銹鋼板放入電解槽中，正確連接電源的正負(fù)極，打開電源，電壓保持在一定范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的電流強度，調(diào)節(jié)電解液的循環(huán)流量，記錄電解時間;

　　3)一定電解時間后，將電源關(guān)閉，關(guān)閉蠕動泵及恒溫水浴鍋，慢慢取出電解后的電極，用蒸餾水慢慢的反復(fù)沖洗電極，然后放入烘箱，干燥后稱重;

　　4)將電解液中析出的物質(zhì)進(jìn)行過濾，去離子水洗凈后放入烘箱，待干燥后稱重;電解回收操作結(jié)束后，計算出電解過程中銅的質(zhì)量、電流效率η以及銅回收率。

　　圖1為電解時間40min、電極距1．4cm、溶液循環(huán)流量2．5L/h的條件下，電解回收銅過程中的電流效率、銅回收率隨電流密度的變化。隨著電流密度的增大，回收銅的電流效率呈逐漸下降的趨勢，銅回收率卻呈逐漸增加的趨勢。隨著電流密度的增加，陰極極化使得電極電位更低，銅的實際析出電位降低。因此導(dǎo)致銅沉積電流效率下降。電流密度大，一定時間內(nèi)，提供的電量越多，回收率呈增大趨勢。

　　由圖2可知:在電解時間40min、電極距1．4cm、電流密度117．0A/m2的條件下，電流效率呈現(xiàn)出隨循環(huán)量的增大而增大的趨勢，銅回收率隨著循環(huán)量的增大呈現(xiàn)出更加明顯的趨勢，但是在流量達(dá)到一定的程度后，增長的速度有所下降。在一定的范圍內(nèi)，增大電解液的循環(huán)流量可改善電解效果。在外電場作用下，銅離子做定向移動，在陰極板上被還原成金屬銅，銅離子的傳質(zhì)速率會隨著循環(huán)流量的增大而加快，使析銅過電位降低，銅實際的析出電位升高，有利于銅的析出。

　　由圖3中可知:在電解時間40min、電流密度117．0A/m2、溶液循環(huán)流量2．5L/h的條件下，極距在1．0～1．4cm時，電流效率隨著極距的增加而上升，在1．4～1．8cm時，電流效率隨著極距的增加而下降。其中，從1．0cm到1．2cm，電極距對電流效率的影響很大，然后趨于平穩(wěn)。在電極處于1．0～1．4cm內(nèi)，金屬銅的回收率隨著極距的增加而升高，然后就開始逐漸下降。極距對回收率的影響較小。

　　由圖4可知:在電極距1．4cm、電流密度117．0A/m2、溶液循環(huán)流量2．5L/h的條件下，在20～40min的范圍內(nèi)，回收銅的電流效率隨電解時間的增加而升高，40～60min這段時間內(nèi)，電流效率隨電解時間增加而下降。銅回收率在40min之前，隨電解時間的增加而明顯升高，在40min之后，增加趨勢放緩。時間越長，銅離子濃度逐漸減小，導(dǎo)致電流效率下降。

　　在相同電解時間內(nèi)，銅回收率的大小只與電流效率有關(guān)，因此正交實驗時，只用電流效率為指標(biāo)對電解回收銅實驗進(jìn)行最佳工藝的探索。

　　在單因素的基礎(chǔ)上，電解溫度對電解效果影響較小。選取了電極距、電解時間、電流密度、循環(huán)流量4個因素來進(jìn)行正交實驗，設(shè)計了如表1所示因素和水平的正交實驗。

　　從表2、圖5、表3可以看出:各因素對電流效率的影響程度由大到小依次為B＞A＞D＞C，即電極距和電流密度對電流效率影響程度最大，電解時間次之，循環(huán)量影響較小。從分析比較各項數(shù)據(jù)可以知道，最優(yōu)水平組合為A1B2C3D2組合，即電流密度117．0A/m2、電極距1．4cm、循環(huán)量3．0L/h、電解時間40min。

　　根據(jù)方差分析結(jié)果可知，需要對A1B2C3D2進(jìn)行實驗，實驗發(fā)現(xiàn)電流效率為0．9287，為最佳效果。

　　本實驗采用電解法回收退鍍液中的金屬銅，考察電流密度、電極距、溶液循環(huán)流量、電解時間等對電解過程中的電流效率與銅回收率的影響。通過實驗得到:電流效率隨著電流密度的增大而下降，銅回收率隨著電流密度的增大而升高;電流效率與銅回收率隨著循環(huán)流量的增大而升高;電流效率隨著電解時間的增加先升高后下降，銅回收率隨著電解時間的增加不斷升高;電流效率與銅回收率隨著電極距的增加先升高后下降;電極距和電流密度對電流效率影響程度最大，電解時間次之，循環(huán)量影響較小;最佳工藝條件為電流密度117．0A/m2、電極距1．4cm、溶液的循環(huán)量3．0L/h、電解時間40min。

　?。?］劉鐘薇，邱祖民．國內(nèi)ABS塑料電鍍件回收工藝研究進(jìn)展［J］．能源管理與研究，2010(3):1－3．

　　［3］劉鐘薇，邱祖民．廢ABS塑料電鍍件的退鍍工藝研究［J］．污染與防治，2013(3):111．

　?。?］宋春麗，陳兆文，范海明，等．含銅廢水處理技術(shù)綜述［J］．旗艦防化，2008(2):22－25．

　　［5］李博，劉述平．含銅廢水的處理技術(shù)及研究進(jìn)展［J］．礦產(chǎn)綜合利用，2008(5):33－38．

　?。?］桂冠，王湖坤，龔文琪，等．用浮選捕收劑處理電解銅廢水的試驗研究［J］．礦產(chǎn)綜合利用，2013(4):67－71．

　?。?］曾媛，趙俊學(xué)，馬紅周，等．活性炭對不銹鋼酸洗廢水中Cr3+和Fe3+的吸附特性［J］．過程工程學(xué)報，2010，10(5):911－914．

　　免責(zé)聲明:凡注明來源本網(wǎng)的所有作品，均為本網(wǎng)擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，歡迎轉(zhuǎn)載，注明出處。非本網(wǎng)作品均來自互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)。

　　出版專著“電鍍手冊”“電鍍原理與工藝”“鍍鋅”“實用鍍鉻技術(shù)”等，在國內(nèi)外發(fā)表論文40余篇。[詳細(xì)]

　　提出并促成中表協(xié)清潔生產(chǎn)指導(dǎo)委員會成立，積極開展電鍍及表面處理行業(yè)清潔生產(chǎn)審核、推廣和交流活動。[詳細(xì)]

　　研究方向：涂裝材料、涂裝工藝、涂裝設(shè)備、涂裝管理。多篇論文在國內(nèi)技術(shù)論壇或研討會上獲。[詳細(xì)]