DE4119485C2 - Verfahren zur Reinigung von Schwermetallionen enthaltenden Gasen und Flüssigkeiten - Google Patents

Verfahren zur Reinigung von Schwermetallionen enthaltenden Gasen und Flüssigkeiten

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Abstract

Verfahren zur Reinigung von Schwermetallen enthaltenden Gasen und Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeiten oder Gase mit wäßrigen Lösungen eines oder mehrerer in Wasser löslicher Aluminate bei einer Hydroxylionen-Konzentration, die die Ausfällung von Aluminiumhydroxid ausschließt, in Kontakt gebracht werden, um die Schwermetalle in schwerlösliche Verbindungen überzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Schwermetallionen, insbesondere zweiwertige Schwermetallionen enthaltenden Gasen und Flüssigkeiten.
Industrielle Abgase und Abwässer, beispielsweise Galvanik-Abwässer, sowie Rauchgase und. Abwässer von Verbrennungsanlagen enthalten häufig Schwermetalle, die vor der Abgabe in die Umwelt einer sorgfältigen Entfernung bedürfen.
Bisher war es bekannt, Schwermetalle durch Adsorption in Kalksuspensionen aus Abgasen zu entfernen. Beispielsweise wird in der DE-OS 39 15 934 ein mit oberflächenaktiven Substanzen behandeltes Calciumhydroxid-Adsorbens beschrieben, das zur Entfernung von Quecksilber aus Gasen geeignet ist.
Es ist auch bekannt, Schwermetalle durch Ausfällung als Sulfide oder Hydroxide aus Lösungen zu entfernen. In dem einen Fall erfordert es den Einsatz von toxischen Sulfidverbindungen. Im anderen Fall, bei der Hydroxidfällung, entstehen voluminöse, schwer filtrierbare Niederschläge, die außerdem dazu neigen, in Form von Hydroxylkomplexen wieder in Lösung zu gehen. Hierduch erfolgt die Schwermetallausfällung nicht quantitativ.
Zum Stand der Technik gehört auch das Verfahren nach DE 34 38 140. Hiernach werden Schwermetalle aus Abwässern dadurch entfernt, daß Natriumaluminat bei einem pH-Wert von ca. 7 einer Schwermetalle enthaltenden Lösung zugesetzt wird. Bei diesem pH-Wert bildet sich Aluminiumhydroxid, das aus der Lösung ausfällt. Die Schwermetalle werden adsorptiv an den Aluminiumhydroxidflocken mitausgefällt. Dieses Verfahren ist gegenüber den anderen Verfahren deshalb vorteilhaft, weil es keine fremden Anionen, wie Chlorid oder Sulfid hinzugibt. Nachteilhaft ist bei diesem Verfahren der geringe Abscheidungswirkungsgrad, wie zum Beispiel von ca. 70% bei dem Schwermetall Cadmium. Ferner bleibt der Nachteil der leichten Wiederauflösbarkeit der Schwermetallhydroxide, bzw. die leichte Desorption der an den Aluminiumhydroxid anhaftenden Schwermetallionen bestehen. Auch die schlechte Filtrierbarkeit der Niederschläge kann durch dieses Verfahren nicht verbessert werden. Deshalb müssen vor der Filtration Polyelektrolyte hinzugesetzt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Entfernung von Schwermetallen aus Lösungen und Gasen, das eine nahezu quantitative Ausfällung der Schwermetalle als annähernd unlösliche und gut filtrierbare Niederschläge ermöglicht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst der pH-Wert der Schwermetallionen enthaltenden Lösungen auf Werte von mindestens 8 angehoben. Hierdurch wird die Ausfällung von Aluminumhydroxid vermieden, wenn anschließend ein lösliches Aluminat, wie z. B. Natriumaluminat zur Lösung hinzugegeben wird. Zur pH-Wertanhebung können Laugen, wie Alkalihydroxide, z. B. Natronlauge, Kalilauge oder Ammoniumhydroxid verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet bei pH-Werten von 8 bis 14, also in einem Bereich, in dem Aluminium solange komplex als Aluminat gelöst bleibt, bis es mit Schwermetallionen reagiert und als Schwermetallaluminat ausfällt.
Als wasserlösliche Aluminate können erfindungsgemäß insbesondere Alkalialuminate, wie Natrium oder Kaliumaluminat, Ammoniumaluminat oder Erdalkalialuminate eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise werden Metallaluminate hergestellt, die äußerst geringe Löslichkeitsprodukte aufweisen, damit quasi vollständig aus der Lösung entfernt werden. Diese Verbindungen kristallisieren in einer Schichtstruktur mit einer Hauptschicht und einer Nebenschicht. Bei zweiwertigen Schwermetallen ergibt sich folgende Formel:
Hauptschicht: [X4Al2(OH)12]2+
Nebenschicht: [Y × aq]2-
Hierbei kann X sein: Cd, Cu, Ni, Co, Zn, Pb als zweiwertiges Ion
Y kann sein: Cl, SO4, CO3 als Anion
aq stellt das Kristallwasser dar, dessen Menge je nach Reaktionsbedingungen zwischen 8 und 14 Mol liegen kann.
Bei dreiwertigen Schwermetallen bildet sich folgende Verbindung aus:
[X4Al2(OH)12]6+ mit X für As, Sb oder einem anderen dreiwertigen Metallion und [Y × aq]6- mit beliebigen Anionen wie oben angegeben.
Bei einwertigen Schwermetallen entsteht die Verbindung:
[X8Al2(OH)12]2+ mit X für Quecksilber, Thallium oder einem anderen einwertigen Metallion und [Y × aq]2- mit beliebigen Anionen wie oben angegeben.
Vorteil dieser Metallaluminate ist ihre gute Kristallisation, die die Niederschläge ohne weitere Zusätze leicht filtrierbar macht. Ferner sind sie sehr stabil gegenüber pH-Wertänderungen. Das heißt, sowohl hohe wie niedrige pH-Werte führen zu keiner Wiederauflösung der Schwermetalle.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung:
Eine Cadmiumsulfat enthaltende Lösung (13489 mg/l Cd) mit einem pH-Wert von 8 wurde auf 70°C erwärmt. Dann wurde eine Lösung von Natriumaluminat zugesetzt, bis ein pH-Wert von 12 erreicht war. Dabei bildete sich eine Ausfällung, die nach 60 min. abfiltiert wurde. In der Lösung konnte kein Cadmium mehr (unterhalb der Nachweisgrenze von 10 mg/l) nachgewiesen werden. Der Abscheidegrad betrug hiermit mind. 99,9%.
Der Niederschlag wies folgende Zusammensetzung auf:
[Cd4Al2(OH)12]2+[SO4 × 14 H2O]2-
Der röntgenographische Nachweis ergab die Gitterkonstanten:
A0 = 9,85 Å, b0 = 5,68 Å, c0 = 22,52 Å

Claims (3)

1. Verfahren zur Beseitigung von Schwermetallionen durch Überführen in wasserunlösliche Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man Schwermetallionen enthaltende Flüssigkeiten oder Gase mit wäßrigen Lösungen eines oder mehrerer in Wasser löslicher Aluminate in Kontakt bringt, wobei vor Zusatz der Aluminate der pH-Wert durch Zugabe von Laugen auf 8 bis 14 eingestellt wird, wodurch die Ausfällung von Aluminiumhydroxid ausgeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserlösliche Aluminate Alkalialuminate oder Erdalkalialuminate verwendet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserlösliches Aluminat Natriumaluminat verwendet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3438140A1 (de) * 1984-10-18 1986-04-24 Giulini Chemie Gmbh, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur entfernung von schwermetallen aus abwaessern
EP0250626A1 (de) * 1986-06-30 1988-01-07 Walhalla-Kalk Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH Verfahren zur Abtrennung von Sulfationen aus Abwässern

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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Schwermetallelimination aus dem Abwasser von Rauchgasentschwefelungsanlagen, Referat bei der Int. Wassertagung der Giulini Chemie GmbH, Ludwigshafen, 17./18.5.1988 *
Übersetzung der japanischen Patentanmeldung 56-1 44 620 *

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