摘要：基于含镍废液成分复杂、络合态比例高及杂质干扰显著的情况，对水解中和法在镍离子高效回收中的应用进行了研究。阐述了分段pH控制、复合碱缓释及种晶诱导等关键工艺措施，介绍了工艺参数优化、沉淀物结构与纯度分析以及连续运行稳定性与能耗评价的方法。研究结果表明，在pH=10.8±0.1、温度50℃、m（MgO）:m（NaOH）=60:40及种晶1.5 g/L条件下，镍离子回收率可达99.5%以上，沉淀物β-Ni（OH）2纯度≥95%，运行能耗低且稳定性优良。

　　关键词：水解中和法；含镍废液；镍离子回收；沉淀物性质

　　0引言

　　镍废液的高效资源化处理是电镀及湿法冶金行业实现绿色生产的重要环节。传统单段中和法在络合镍破络效率、沉淀物可滤性及杂质控制方面存在不足，难以兼顾回收率与运行经济性。水解中和法通过分段pH调控与缓释碱源投加，可有效去除伴生杂质并促成Ni（OH）2晶体有序生长，从而提升沉淀质量与过滤性能[1]。本研究围绕镍废液中镍离子回收的关键参数优化，结合沉淀物结构与纯度分析，探讨工艺稳定性与能耗特征，为工业化推广提供可行的技术路径与数据支撑。

　　1实验部分

　　1.1实验材料

　　实验废液来源于某镍电镀车间综合废水调节池上清液，取样后经0.45μm滤膜去除悬浮固体以稳定成分分析。原液pH为1.9±0.1，Ni2+质量浓度为486.3 mg/L±15.7 mg/L，伴生质量浓度21.4 mg/L的Fe3+、质量浓度12.8 mg/L的Al3+，氨氮质量浓度约为55.6 mg/L，Cl-和SO42-质量浓度分别为1.82 g/L和1.24 g/L。金属离子及杂质组分采用ICP-OES（Agilent 5110）定量，有机物以总有机碳（TOC-L，岛津）分析评估络合影响[2]。

　　主要药剂包括轻烧氧化镁（MgO，纯度≥95%，粒径D50=5.2μm）、工业片碱（NaOH，质量分数≥96%）、氢氧化钙［Ca（OH）2，对比使用］和聚丙烯酰胺（PAM，相对分子质量8×106，阴离子型）。实验所用去离子水电导率≤0.1μS/cm。镍氢氧化物种晶由前批沉淀物低温干燥（40℃)后研磨获得，纯度≥95%，粒径D50约为6.1μm。

　　1.2实验装置

　　实验系统由反应单元、固液分离单元和分析检测单元构成。反应单元为10 L夹套式耐碱玻璃反应釜，配机械搅拌器（可调转速50~600 r/min，功率0.25 kW）、恒温循环水浴（温控范围20~80℃,精度±0.5℃)及在线pH计（梅特勒FE28，精度±0.01）和温度探头（PT100，精度±0.1℃)。加药采用双路蠕动泵（兰格BT100-2J，流量0.5~500 mL/min），分别输送MgO浆液和NaOH溶液，控制精度±1%。

　　固液分离单元由有机玻璃锥形沉降筒（容积2 L，带取样阀）和板框压滤机（滤布孔径5μm）组成，过滤压力控制在0.3~0.4 MPa。分析检测仪器包括ICP-OES、TOC分析仪、激光粒度仪（Mastersizer 3000）、X射线衍射仪（XRD，PANalytical X'Pert PRO）和扫描电子显微镜（SEM，JEOL JSM-7800F）[3]。

　　1.3实验方法

　　实验采用两段式水解中和工艺处理含镍废液。第一段（水解/除杂阶段）：将原废液注入反应釜，控制温度为50℃±1℃,在搅拌转速300 r/min下，缓慢加入MgO浆液（固体质量分数10%），控制加料速率1.5~2.0 mL/min，使pH稳定上升至5.0±0.1，保温搅拌20 min以促使Fe3+、Al3+水解沉降，同时部分破坏络合镍的稳定结构。沉降后弃去上清液，取澄清液进入第二段。

　　第二段（主沉镍阶段）：在澄清液中投加1.5 g/L Ni（OH）2种晶，启动搅拌（300 r/min），按m（MgO）∶m（NaOH）=60∶40的配比同步投加MgO浆液和NaOH溶液，pH控制在10.8±0.1，快速混合3 min后转入慢速搅拌（50 r/min）并添加PAM（2 mg/L）进行絮凝，絮凝时间15 min[4]。絮体经沉降筒静置30 min后上清液取样检测残镍，沉淀用板框压滤，压滤压力为0.35 MPa，滤饼进行两次逆流洗涤（洗液与原液体积比1∶3），洗涤液电导降至<1 mS/cm为合格。

　　各阶段出水及沉淀物采样分析：残镍浓度、pH、浊度、粒度分布、过滤比电阻（参照GB/T21867—2008），沉淀物经XRD和SEM分析结构与形貌，TGA用于测定结晶水含量。实验重复3次取均值，误差控制在±5%以内[5]。

　　2结果与讨论

　　2.1镍废液特性分析

　　为明确原废液中镍离子的存在状态及杂质分布特征，评估其对水解中和沉淀过程的影响，对废液进行理化指标及成分分析，结果见表1。检测结果显示，废液中Ni2+质量浓度为486.3 mg/L，处于典型电镀综合废液的中高浓度区间；伴随存在一定量的Fe3+、Al3+，易在弱酸条件下水解生成氢氧化物沉淀，有利于第一段工艺去除杂质。但废液中氨氮（NH3-N）和总有机碳（TOC）含量较高，表明部分镍离子处于络合态，需要在水解过程中通过升温与适当延长反应时间实现络合破坏。高Cl-浓度对沉淀过程无直接干扰，但增加了液体离子强度，可能影响沉淀颗粒生长速率。

　　从表1可见，废液酸度高，镍离子以游离态与络合态并存，其中络合态比例受NH3-N和有机配体影响较大。Fe3+、Al3+含量虽低，但在pH为4.8~5.5区间即可高效水解，去除后可降低后续Ni（OH）2沉淀的夹带杂质风险。高Cl-浓度在反应过程中需关注对沉淀颗粒形貌的潜在影响，必要时可通过调节搅拌强度或添加种晶改善颗粒生长条件。综合分析表明，该废液适合采用“两段式”水解中和工艺，即先在弱酸性条件下去除杂质并破络，再在强碱性条件下实现镍离子的高效沉淀与回收。为明确不同离子的沉淀起始区间与最佳pH控制窗口，结合溶度积数据和实测离子浓度绘制了镍废液中主要离子在不同pH下的沉淀趋势曲线（见图1），为“两段式”水解中和工艺的pH设定提供理论依据。

　　2.2工艺参数优化结果

　　为获得镍离子高效回收的最佳运行条件，采用单因素梯度实验分别考察第二段中和工艺中pH控制值、反应温度、MgO与NaOH配比及种晶投加量对残镍浓度和回收率的影响。实验在固定初始Ni2+质量浓度（约480 mg/L）和第一段水解条件（pH为5.0±0.1）的基础上进行，结果见表2。

　　从表2可见，pH控制在10.8±0.1时残镍最低（0.18 mg/L），回收率达到99.6%，同时避免了pH过高引起的杂质共沉和碱耗增加；温度提升至50℃显著降低了残镍质量浓度并缩短了反应时间，高于55℃无明显额外收益。m（MgO）∶m（NaOH）=60∶40时既能缓释OH-避免瞬时过饱和，又能提供快速pH调节，形成粒径均匀、易过滤的Ni（OH）2沉淀；全NaOH组颗粒细小，过滤比电阻偏高。种晶投加在1.5 g/L时沉淀结晶最为致密，残镍最低，继续增加至2.0 g/L改善不明显且增加了循环负荷。

　　综合分析，最优工艺条件为：第二段pH=10.8±0.1，温度50℃,m（MgO）∶m（NaOH）=60∶40，种晶投加量1.5 g/L。在该条件下，镍离子回收率≥99.5%，沉淀过滤性优良，单位碱耗较全NaOH工艺降低约15%。为直观评估pH、温度及种晶投加量对镍离子回收率的影响趋势，将优化实验结果绘制成多参数影响曲线（见图2），以辅助确定最佳操作窗口并指导工艺控制。

　　2.3沉淀物性质与纯度分析

　　为评估水解中和工艺所得Ni（OH）2沉淀的结构特性及纯度，对在最优条件（第二段pH=10.8±0.1，温度50℃,m（MgO）∶m（NaOH）=60∶40，种晶量1.5 g/L）下所得滤饼进行XRD、SEM、TGA及化学成分分析，结果见表3。

　　由表3可见，沉淀物以β-Ni（OH）2为主相(≥95%），晶型规整，无明显杂质峰，证明“两段式”控制与种晶诱导有效抑制了异相沉积与碱式盐生成。Ni质量分数为60.8%，与理论值（约63%）接近，说明杂质夹带少、洗涤效果良好。粒径D50为6.4μm，比表面积12.3 m2/g，既有利于过滤脱水，也有利于后续溶解或活化。滤饼含水率约32.5%，在板框压滤工况下可直接满足工业转运与干燥需求。杂质离子（Na+、Cl-）残留低于0.2%，对后续硫酸镍或碳酸镍制备无显著干扰。

　　从表4可见，连续运行过程中出水Ni2+质量浓度始终保持在0.3 mg/L以下，回收率波动范围不超过0.3%，说明在进水质量浓度波动和温度扰动条件下，pH-自动加药控制策略能有效维持反应体系稳定。滤饼含水率及可滤性指标波动较小，保证了后续物料转运与干燥环节的稳定性。单位碱耗与能耗均处于低水平，且波动幅度小，表明该工艺在规模化应用中具备成本可控性与能源友好性。为直观反映优化工艺在72 h连续运行中的稳定性与能耗水平，绘制了出水Ni2+质量浓度、回收率、pH及单位能耗的实时波动趋势图（见图3），以验证在扰动条件下的运行可靠性与成本可控性。

　　3结论

　　水解中和法在含镍废液处理中的应用，通过分段pH控制、复合碱缓释及种晶诱导，实现了镍离子高回收率与沉淀物高纯度的兼顾，兼具可滤性与运行能效优势。工艺在连续运行条件下表现出优良的稳定性与低能耗特征，为规模化推广提供了技术支撑。后续可针对多组分复杂废液的适应性、沉淀物结构调控及副产物综合利用等方向开展深入研究，以拓展工艺的工业化应用价值。

参考文献

　　[1]王晶，周红艳，石鹏远，等.水解中和法制备镍单质的后处理工艺研究[J].天津化工，2025，39（2）：51-55.

　　[2]王晶，周红艳，高林华，等.水解中和法制备镍过程废液处理回收的工艺研究[J].当代化工研究，2024（21）：163-165.

　　[3]汪快兵，张红林，卢文杰，等.融合废旧镍氢电池回收及镍含量检测分析的实验设计与实践[J].大学化学，2024，39（11）：335-341.

　　[4]林庆绪，陈深培，韦华磊，等.含钴和镍离子高铵盐废水的回收处理[J].广州化工，2023，51（11）：164-166.

　　[5]熊慧欣，梁剑茹，徐轶群，等.不同因素影响下Fe(Ⅲ)水解中和法制备FeOOH矿相的光谱分析[J].光谱学与光谱分析，2009，29（7）：2005-2009.