Phương pháp hoà tách thu hồi triệt để niken trong bã thải công nghiệp mạ điện niken

Tạp chí Hóa học, T. 47 (6), Tr. 763 - 767, 2009 
PHƯƠNG PHáP HOμ TáCH THU HồI TRIệT Để NIKEN 
TRONG Bã THảI CÔNG NGHIệP Mạ ĐIệN NIKEN 
Đến Tòa soạn 10-6-2009 
Phạm Đức Thắng, Ngô Huy Khoa, Đỗ Thị Duyên, Nguyễn Phúc Hải, 
Nguyễn Thị Kim Chi 
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học vμ Công nghệ Việt Nam 
Abstract 
The article describes the nickel recovery process by using dissolving method in order to 
dissolve alternately the hydroxide typed indissoluble ones from Nickel contained galvanization 
waste. The ICP-MS results show that, after some dissolving steps at room temperature the last 
one with boiling temperature at 100oC permits to recovery almost whole of nickel quantity. In this 
case the nickel recovery rate can reach up to 98.61%. Thus for better recovery efficiency the 
process should be rather conducted at 100oC than at room temperature. 
I - Giới thiệu 
Hiện nay ở n−ớc ta có nhiều cơ sở sản xuất 
có các dây chuyền mạ điện với công suất lớn, 
hμng năm phát sinh ra hμng ngμn tấn bã thải 
công nghiệp. Bã thải mạ điện lμ chất thải nguy 
hại do chứa rất nhiều các nguyên tố kim loại 
nặng nh− Ni, Cr, Cu, ZnTheo quy định của 
nhμ n−ớc, các chất thải nguy hại đều phải đ−ợc 
xử lý hoặc đ−ợc l−u giữ trong các điều kiện 
quản lý chặt chẽ để tránh nguy cơ phát tán gây ô 
nhiễm môi tr−ờng, môi sinh [1]. Tuy nhiên, một 
số nguyên tố kim loại có trong chất thải mạ điện 
lại có giá trị kinh tế cao nh− niken, đồng, crôm 
cho nên việc xử lý tái chế để thu hồi các kim 
loại nμy có ý nghĩa thiết thực về nhiều mặt. 
Trong khuôn khổ bμi báo nμy chúng tôi đề cập 
đến ph−ơng pháp hoμ tách thu hồi kim loại 
niken từ bã thải mạ điện của Công ty Phụ tùng 
ôtô vμ xe máy Ghosi Thăng long với khối l−ợng 
bã thải mạ điện lên đến 500 tấn mỗi năm. 
2. Thμnh phần vμ cấu tạo pha của bã thải mạ 
điện 
Bã thải mạ điện của các cơ sở sản xuất đ−ợc
thu hồi từ các dây chuyền khác nhau: mùn cặn 
đ−ợc lọc tách từ dung dịch điện phân các loại, từ 
các công đoạn tẩy rửa vμ đánh bóng bề các phôi 
mạ tr−ớc vμ sau khi mạ; than hoạt tính vμ các 
loại bùn cát lọc đã hết tác dụng v.v.. Các loại 
mùn cặn nμy đa phần đ−ợc tập trung vμo một bể 
lắng, trung hoμ bằng vôi tôi vμ đ−ợc ép thμnh 
bánh cho ráo n−ớc. Bã thải mạ điện của Công ty 
Goshi Thăng long cũng đ−ợc hình thμnh nh− 
vậy. Kết quả phân tích thμnh phần cho thấy bã 
thải của công ty nμy có các nguyên tố chủ yếu 
nh−: O2, S, Ni, Fe, C, Cr, Si, Ca, Mg, Na. 
Trong đó các nguyên tố kim loại có thμnh phần 
dao động trong một khoảng nhất định (xem 
bảng 1). 
Về cấu trúc pha, kết quả phân tích pha bằng 
ph−ơng pháp X–Ray đã cho thấy sự tồn tại của 
hình thái vô định hình trong cấu trúc pha của 
phần lớn các hợp chất trong bã thải (hình 1). 
Từ đó có thể thấy rằng các hợp chất chứa 
các kim loại đa phần ở dạng hydroxyt, đây lμ 
tiền đề thuận lợi để tiến hμnh khâu hoμ tách 
chúng bằng các axit vô cơ. 
 763
3. Hoá chất, thiết bị vμ thực nghiệm hoμ tách 
thu hồi ion niken 
Để hoμ tách các hydroxyt Ni sử dụng dung 
dịch axit sulfuric công nghiệp H2SO4 có hμm 
l−ợng 30 g/lit. Ban đầu quá trình hoμ tách đ−ợc 
tiến hμnh một số lần ở nhiệt độ trong phòng (25 
- 35oC), tỷ lệ giữa dung dịch axit vμ bã thải 
(Lỏng/rắn) lμ L/R = 15 - 20, khuấy trộn hỗn hợp 
trong bể có máy khuấy với tốc độ khoảng 200-
300 vòng/phút, thời gian khuấy 6 h vμ thời gian 
ngâm sau khuấy hơn 12h [2, 3]. Sau mỗi lần hoμ 
tách dịch lắng trong đ−ợc chắt riêng ra để phân 
tích vμ thu hồi. Bùn đã tách n−ớc lại đ−ợc hoμ 
tách quay vòng cho đến lần cuối cùng. ở lần 
hoμ tách cuối cùng bùn đ−ợc hoμ tách với các 
điều kiện nh− trên nh−ng hỗn hợp dung dịch 
bùn – axit đ−ợc gia nhiệt đến 100oC. 
4. Kết quả phân tích vμ thảo luận 
Tất cả các dịch thu hồi đều đ−ợc đem đi 
phân tích bằng ph−ơng pháp quang phổ phát xạ 
nguyên tử plasma ghép nối cảm ứng (ICP – 
MS) hoặc quang phổ hấp phụ AAS. Kết quả 
phân tích đ−ợc trình bμy trong bảng 2. 
Bảng 1: Khoảng dao động thμnh phần của một 
số nguyên tố chính trong bã thải Goshi [2] 
Nguyên tố Trọng l−ợng, % 
Ni 10 - 20 
C 4 - 15 
Fe 3 - 6 
Cr 3 - 20 
Si 2 - 4 
Ca 2 - 5 
S 1 – 3 
Na 1 - 2 
Hình 1: Kết quả phân tích pha của bã thải của công ty Goshi Thăng Long 
bằng ph−ơng pháp X-Ray [1] 
Từ bảng 2 thấy rằng ở nhiệt độ th−ờng hiệu 
quả của các hoμ tách lặp lại cμng về sau cμng 
kém dần đi. Điều nμy cho thấy l−ợng hợp chất ở 
dạng hydroxyt dễ tan trong axit đã bị cạn kiệt. 
Còn lần cuối hoμ tách ở 100oC lại thu đ−ợc gần 
hết l−ợng niken còn sót lại (xem kết quả các 
 764
thực nghiệm 1,2,3 ở bảng 2). Từ đó một câu hỏi 
đặt ra lμ ngoμi các hợp chất của niken trong bã 
thải ở dạng hydroxyt dễ bị hoμ tách còn có hợp 
chất nμo của nó khó hoμ tan ở nhiệt độ th−ờng ? 
Điều nμy có thể đ−ợc hé mở khi ta xem xét các 
khả năng kết tủa hợp chất của niken trong bã 
thải dựa vμo biểu đồ Pourbaix về thế điện cực ϕ-
pH cân bằng của hệ Niken-N−ớc ở nhiệt độ 
25oC (xem hình 2). Theo [4] Trong quá trình 
điện phân, nồng độ ion niken Ni2+ trong lớp 
dung dịch sát anôt th−ờng tích tụ khá lớn, dễ 
lắng kết lên bề mặt anôt thμnh mμng xốp. Mμng 
nμy che khuất một phần bề mặt anôt, phần hoạt 
động còn lại bị thu hẹp, nên mật độ dòng điện 
cục bộ tại đó tăng vọt lên, điện thế anốt cũng 
tăng theo vμ đạt đến điện thế đủ cho ion OH- 
phóng điện vμ giải phóng ra oxy: 
4OH − - 4e → 2H2O + O2 ↑ 
Phản ứng tạo vμ thoát oxy xảy ra liên tục ở 
khu vực quanh điện cực anôt, lμm oxy hoá một 
l−ợng cation Ni2+ nằm sát d−ơng cực. Đồng thời 
anion OH- cũng tiến đến sát d−ơng cực vμ một 
phần từ đó kết hợp với cation Ni2+ tạo ra niken 
hydroxit. Các hợp chất phát sinh nμy ở dạng hạt 
nằm lơ lửng trong dung dịch điện ly tạo thμnh 
cặn bùn. Ng−ời ta đã dùng hệ thống lọc tuần 
hoμn để lọc các loại cặn bùn trong dung dịch. Số 
l−ợng mùn cặn nμy đã kéo theo một l−ợng dịch 
điện phân nhất định chứa niken sunfat dính bám 
theo trong quá trình lọc tách cặn bùn, để rồi sau 
đó muối niken sunfat bị kết tủa ở giai đoạn trung 
hoμ các dịch bùn thải. 
Bảng 2: Kết quả phân tích các mẫu n−ớc dung dịch thu hồi theo 
ph−ơng pháp ICP-AES trên máy của Hãng Agilent model 7500a 
tại Trung tâm phân tích thuộc Viện công nghệ xạ hiếm 
Hμm l−ợng các nguyên tố trong 
dung dịch thu hồi theo thứ tự 
 hoμ tách lặp lại, mg/lit TT thực 
nghiệm 
1 2 3 4 
Tổng l−ợng Ni 
thu hồi, 
(μmg)xN 
Tỷ lệ 
thu hồi, % 
1 12.525 3.436 947 3.218 20.126 98,61 
2 - nt - - nt - 4.132 20.093 98,45 
3 - nt - 7.088 19.631 96,17 
4 14.158 14.158 69,36 
Ghi chú: 
* Những ô mμu xám lμ kết quả những lần hoμ tách cuối cùng ở nhiệt độ t0 = 100oC 
** N-L−ợng dung dịch trung bình thu đ−ợc sau mỗi lần hoμ tách ( ở đây, N = 1 lit). 
Trong quá trình trung hoμ dịch bùn thải, với 
sự có mặt của các chất kiềm NaOH hoặc 
Ca(OH)2 thế điện cực của niken đang từ 1,8V bị 
giảm dần vμ bắt đầu tr−ợt theo đoạn thẳng nối 
các điểm A–B–C (xem hình 2) do phản ứng 
kết tủa hợp chất của niken gây ra mμ sản phẩm 
kết tủa của nó lμ các phức chất oxy-hydroxyt 
niken hoá trị 3 [NiOOH] hoặc hydrat-dioxit 
niken hoá trị 4 [NiO2(H2O)]). Khi tr−ợt đến 
điểm C, thế điện cực của ion niken giảm đột ngột 
theo chiều thẳng đứng trên đoạn thẳng CD do 
phản ứng kết tủa mạnh mẽ hơn gây ra mμ sản 
phẩm của nó lμ hydroxyt niken hoá trị 2 
[Ni(OH)2]. Nh− vậy có khả năng tồn tại 3 loại 
hợp chất chứa niken trong bã thải lμ hydroxyt, 
oxy-hydroxyt vμ hyđrat-dioxyt. Tất cả các hợp 
 765
chất nμy đều ở dạng vô định hình vμ hiện nay kết 
quả phân tích pha bằng ph−ơng pháp X-Ray 
ch−a phân biệt đ−ợc rõ nét các hợp chất nμy khi 
chúng bị trộn lẫn với nhau vμ với nhiều hợp chất 
vô định hình khác.
A 
Hình 2: Biểu đồ thế điện cực ϕ-pH cân bằng của hệ 
Niken-N−ớc ở nhiệt độ 25oC với các nồng độ niken khác nhau [5] 
Cũng căn cứ vμo biểu đồ ở hình 2, việc hoμ 
tan các hợp chất niken để tạo ra dung dịch chứa 
ion Ni2+ luôn luôn đ−ợc bắt đầu với hydroxyt 
niken. Khi l−ợng hợp chất nμy ch−a bị cạn kiệt 
thì các quá trình hoμ tách bằng axit ở nhiệt độ 
th−ờng hầu nh− chỉ xảy ra với nó. Còn các hợp 
chất NiOOH vμ NiO2(H2O) chắc chắn khó bị 
hoμ tách hơn ở nhiệt độ th−ờng vμ nó sẽ chỉ dễ 
dμng bị hoμ tách khi quá trình nμy đ−ợc tăng 
c−ờng bằng cách gia nhiệt đến 100oC. Nh− vậy 
có thể cho rằng chính các hợp chất NiOOH vμ 
NiO2(H2O) có mặt trong bã thải khiến cho việc 
hoμ tách ở nhiệt độ th−ờng không thể triệt để. 
Tuy nhiên ở đợt thực nghiệm thứ 4, việc hoμ 
tách bã thải đ−ợc tiến hμnh ở nhiệt độ 1000C 
ngay từ ban đầu lại có kết quả không cao hơn so 
với hoμ tách ở nhiệt độ th−ờng. Điều nμy có thể 
giải thích rằng khi đ−ợc đun nóng, niken 
hydroxyt đ−ợc hoμ tan tr−ớc tiên vμ hoμn toμn 
khiến nồng độ ion Ni2+ tăng cao, với mức độ đủ 
lớn để ức chế sự hoμ tan các hợp chất oxy-
hydroxyt vμ hyđrat-dioxyt niken khiến cho nồng 
độ của ion Ni2+ trong dung dịch không thể tăng 
lên đ−ợc nữa. Các kết quả ở bảng 2 cũng cho 
thấy, việc áp dụng biện pháp gia nhiệt đến 
100oC chỉ có tác dụng triệt để ở lần hoμ tách lặp 
lại thứ 2 trở đi, khi mμ nồng độ Ni2+ phát sinh từ 
sự hoμ tan hợp chất Ni(OH)2 bị sụt giảm t−ơng 
ứng với sự cạn kiệt của hợp chất nμy thì sự hoμ 
tan các hợp chất còn lại của niken mới đ−ợc 
phát huy tác dụng. Kết quả các lần thử nghiệm 
1-2-3 (bảng 2) cho thấy để phát huy tác dụng 
của việc gia nhiệt thì cần tiến hμnh hoμ tách lặp 
B 
C 
D 
 766
lại ít nhất 2 lần, trong đó việc gia nhiệt cần đ−ợc 
áp dụng cho lần hoμ tách cuối cùng. 
IV - Kết luận 
- Trong bã thải mạ điện niken, tuân theo 
biểu đồ Pourbaix về thế điện cực ϕ-pH cân bằng 
của hệ niken-n−ớc ở nhiệt độ 25oC có thể tồn tại 
ít nhất 3 dạng hợp chất chứa niken lμ hydroxyt 
Ni(OH)2, oxy-hydroxyt NiOOH vμ hydrat-
dioxyt NiO2(H2O). Trong đó chỉ có hydroxyt 
niken lμ dễ dμng bị hoμ tách bởi axit sunfuric ở 
nhiệt độ th−ờng. Hai hợp chất sau chỉ dễ dμng bị 
hoμ tách ở nhiệt độ cao (100oC). 
- Khi hoμ tách bã thải, tr−ớc tiên cần hoμ 
tách lặp lại một vμi lần ở nhiệt độ th−ờng để hoμ 
tan hết các hợp chất ở dạng hydroxyt niken 
Ni(OH)2. Sau đó tiến hμnh hoμ tách lặp lại lần 
cuối cùng ở nhiệt độ 100oC để hoμ tan hết các 
hợp chất chứa niken còn lại (ở dạng oxy-
hydroxyt NiOOH vμ hydrat-dioxyt NiO2(H2O)). 
Nhờ đó có thể thu hồi triệt để niken từ bã thải. 
- Ph−ơng pháp hoμ tách thu hồi niken từ bã 
thải nêu trên đã vμ đang đ−ợc áp dụng cho dây 
chuyền công nghệ tại x−ởng sản xuất thực 
nghiệm của Công ty cổ phần vật liệu vμ môi 
tr−ờng để xử lý bã thải mạ điện crôm, niken của 
Công ty phụ tùng ôtô – xe máy Goshi Thăng 
Long. 
TμI LIệU THAM KHảO 
1. Bộ Tμi nguyên vμ Môi tr−ờng. Hệ thống tiêu 
chuẩn về môi tr−ờng vμ các quy định mới 
nhất về bảo vệ môi tr−ờng, Nxb. Lao động 
– Xã hội, Hμ Nội (2008). 
2. Phạm Đức Thắng. Báo cáo tổng kết đề tμi 
KHCN cấp VKHCNVN: Nghiên cứu công 
nghệ xử lý vμ tái sử dụng bã thải rắn trong 
công nghiệp mạ crôm, niken, Hμ Nội 
(2008). 
3. J. E. Silva, D.Soares et al. Journal of 
Hazardous material B121 (2005) 
4. Đinh Phạm Thái, Nguyễn Kim Thiết. Lý 
thuyết các quá trình điện phân. Điện phân, 
Nxb. Giáo dục (1997). 
5. W. T. Thompson and ets. Pourbaix 
diagrams for multielement systems Uhlig’s 
corrosion Handbook. Electrochemical 
society, Newjesey (2000). 
Liên hệ: Phạm Đức Thắng 
Viện Khoa học Vật liệu 
Viện Khoa học vμ Công nghệ Việt Nam 
18 Hoμng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hμ Nội. 
 767