NL9500065A - Werkwijze voor het selectief verwijderen van zink uit zure afvalstromen. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het selectief verwijderen van zink uit zure afvalstromen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het selectief verwijderen van zink uit een zure oplossing, met name uit beitsbaden zoals deze worden toegepast in verzinkerijen. Deze beitsbaden op basis van zuur omvatten een hoog gehalte aan zink- en ijzerionen, terwijl bovendien sporen van andere metaalionen aanwezig zijn.

Thermisch verzinken is een werkwijze waarbij het oppervlak van stalen constructies wordt behandeld en van een zinklaag wordt voorzien. Deze werkwijze omvat een dompelproces waarbij de totale constructie wordt ondergedompeld in een bad met vloeibaar zink. De thermische verzinkingswerkwijze kan in drie typen worden onderscheiden, te weten droog-verzinken, nat-verzinken en continu-verzinken. Bij continu-verzinken wordt staal rechtstreeks vanuit de walserij door een verzinkbad getrokken. Voordat het wordt verzinkt, wordt het gewalste staal door een reducerende atmosfeer geleid. In dit proces wordt geen gebruik gemaakt van beitsbaden, zodat de onderhavige uitvinding niet op dit continue verzinkproces van toepassing is.

Nat-verzinken is een techniek die met name in de Verenigde Staten van Amerika wordt toegepast. Droog-verzinken wordt in Europa het meest toegepast.

Beide technieken omvatten in het algemeen de volgende processtappen. Een te verzinken materiaal of constructie wordt ontvet in een daarvoor geschikt bad bij een temperatuur van ongeveer 70-80°C, waarna het ontvette produkt veelal wordt gespoeld. Daarna wordt gebeitst in een oplossing van een sterk zuur, bij voorkeur zoutzuur, hoewel bijvoorbeeld ook zwavelzuur en fosforzuur worden toegepast. Ook na de beitsstap wordt gebruikelijk gespoeld. Teneinde oxidatie aan de lucht of andere ongewenste processen te voorkomen wordt het gebeitste materiaal gefluxt. Dit houdt in dat het materiaal wordt onder-gedompeld in een oplossing die een of meer beschermende zouten bevat. Deze oplossing kan zowel van omgevingstemperatuur zijn als een hogere temperatuur van bijvoorbeeld 70°C bezitten. Na onderdompeling in het fluxbad wordt het materiaal aansluitend gedroogd, waarbij de beschermende zouten op het materiaal achterblijven. Tenslotte kan het materiaal worden verzinkt. In een veel toegepaste uitvoeringsvorm geschiedt dit thermisch bij ongeveer 450°C. Een alternatief is bijvoorbeeld hoge-ter^eratuur-verzinken, waarbij de verzinkstap wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 530-570°C of hoger.

Constructiestaal wordt in het algemeen aangeleverd in de vorm van blank constructiestaal dat een walshuid bezit en/of is aangeroest. De walshuid ontstaat bij warmwalsen van het staal en wordt gevormd door een moeilijk te verwijderen oxidelaag. Aanroesten vindt plaats onder atmosferische omstandigheden bij zowel hoge als lage temperatuur. Blank constructiestaal wordt bovendien in sommige gevallen beschermd door een dun laagje conserveerolie dat tot doel heeft roest-vorming tijdens opslag en transport te voorkomen. Deze olielaag kan bijvoorbeeld door alkalisch ontvetten worden verwijderd.

Het ontvetten wordt in het algemeen bewerkstelligd door een dompelbewerking in een alkalische oplossing ofwel door een sproeibewerking, waarbij een alkalische oplossing op het te verzinken materiaal wordt gesproeid. Overigens kan de alkalische ontvetstap worden vervangen door andere aan de deskundige bekende ontvettingsstappen, bijvoorbeeld door ontvetten met zuur of neutraal reinigen.

Na het ontvetten moeten oxidelagen worden verwijderd.

De genoemde walshuid bestaat uit FeO, Fe2Ü3 en Fe304 en gaat bij langdurige opslag over in roest. Door het staal te beitsen wordt deze ijzeroxidelaag verwijderd. Beitsen omvat in de regel het behandelen van het staal met een geconcentreerde zoutzuuroplossing, hoewel eveneens zwavelzuur- en fosforzuur-baden worden aangewend. De beitsbaden bevatten inhibitoren ofwel beitsremmers die aantasting van staal door het zuur uit het beitsbad moeten voorkomen. Gebruikelijk worden tertiaire en secundaire aminen als inhibitor toegepast.

Wanneer zoutzuuroplossingen worden gébruikt in het beitsbad moet de concentratie aan HC1 niet te hoog zijn. Emissie van waterstofchloride in de vorm van zoutzuurdampen moet worden voorkomen, althans worden beperkt.

Het fluxen van het gebeitste staal heeft twee belangrijke functies. Op de eerste plaats voorkomt fluxen snelle roestvorming (vliegroest). De tweede functie van fluxzouten is het functioneren als vloeimiddel, waardoor het zink beter met het staaloppervlak kan interacteren.

Het verschil tussen nat- en droog-verzinken is uitsluitend gelegen in de wijze waarop wordt gefluxt. Bij nat-verzinken drijft een fluxlaag als een schuimdeken op het zinkbad met vloeibare zink. Bij droog-verzinken is voor het zinkbad een fluxbad geplaatst. Dit fluxbad kan van omgevingstemperatuur zijn ofwel een temperatuur van ongeveer 70°C bezitten. Na het verwijderen van de staalconstructie uit een warm fluxbad verdampt het water; indien een koud fluxbad wordt toegepast, moet de flux in een droogoven worden gedroogd. In beide gevallen wordt een fluxlaag gevormd voordat deze bij het zinkbad is gekomen. Bij nat-verzinken is over de schuimdeken een temperatuurgradiênt aanwezig, waardoor met name dun materiaal geleidelijker opwarmt en minder snel kromtrekt.

Fluxen wordt bij droog-verzinken gebruikelijk uitgevoerd met een vloeimiddel op basis van een ZnCl2/NH4cl-mengsel, welk vloeimiddel een reinigende werking bezit en een oppervlaktespanning-verlagend effect heeft. De schuimdeken die in het nat-verzinkproces wordt gebruikt kan bestaan uit een glycerol-NH4CI mengsel.

Verzinken vindt plaats bij een temperatuur van ongeveer 450°C; hoge-tempera tuur-ver zinken bij 530-600°C of hoger, in het bad met gesmolten zink is een aantal additieven aanwezig voor het beïnvloeden van de laagdikte en het bevorderen van de afvloei. Het gefluxte materiaal wordt in het zinkbad gedompeld en daar even gehandhaafd om vervolgens langzaam uit het zinkbad te worden getrokken. De laagdikte van het zink op het staal wordt, zoals de deskundige weet, onder andere bepaald door de temperatuur van het zinkbad, de dompeltijd, de reactiviteit van het staal en de samenstelling van het zinkbad.

Zoals gezegd heeft het beitsen tot doel het staal vrij te maken van ijzeroxiden, zoals eventueel aanwezige wals-huiden. Een beitsbad bestaat in de regel uit een oplossing van geconcentreerd zoutzuur waaraan beitsremmers en detergentia zijn toegevoegd. In de loop van de tijd daalt de zuur-concentratie in het beitsbad en nemen de concentraties aan ijzer-, zink- en sporenmetaalionen toe. Ten gevolge van de verandering van de samenstelling van het beitsbad daalt de beitssnelheid en/of raakt het bad verzadigd, en zal op den duur het bad vervangen moeten worden.

De zinkionen zijn in hoofdzaak afkomstig van strippen van reeds verzinkte materialen of constructies die tijdens de kwaliteitscontrole werden afgekeurd en van gecontamineerd hijs- en hangmateriaal, bijvoorbeeld traversecellen en kabels. De overige metaalionen zijn voornamelijk afkomstig uit het te beitsen staal, uit legeringslagen en uit het zinkbad, waarin deze metalen als additief aanwezig zijn.

Wanneer de beitsende capaciteit van het beitsbad onvoldoende wordt, moet de samenstelling van het bad worden veranderd of vervangen. Vanwege het hoge zinkgehalte van de daarbij optredende afvalstroom, valt dit produkt wettelijk onder chemisch afval en/of kan het nergens ter verwerking worden aangeboden. Het te vervangen bad wordt hierom aangeduid met de term "afvalzuur" ofwel "verzadigd beitszuur".

De verwerking van dit zinkbevattend afvalzuur geeft de laatste jaren in toenemende mate problemen. Het transport en het deponeren van dit afvalprodukt wordt van overheidswege meer en meer aan banden gelegd. Bedrijven moeten alternatieven zoeken in de vorm van opwerkingsmethoden teneinde zoveel mogelijk afvalprodukten te hergebruiken zodat de afvalstroom afneemt.

De onderhavige uitvinding beoogt het afvalzuurprobleem op te lossen dan wel te verminderen. Met andere woorden heeft de onderhavige uitvinding tot doel een werkwijze te verschaffen voor het verwijderen van zinkionen uit een gebruikt beitsbad, waarbij de resulterende stromen zoveel mogelijk kunnen worden hergebruikt en de uiteindelijke afvalstroom een zo laag mogelijk volume heeft.

Voor zover het de samenstelling betreft, bestaat een beitsbad in hoofdzaak uit een waterige oplossing waarin tot ongeveer 150 g/1 HC1 aanwezig is naast Fe(II)-ionen en zinkionen in hoeveelheden tot maximaal hun verzadigingswaarden. Tijdens bedrijf wordt de zuurconcentratie in het bad hooggehouden door het bad aan te sterken met een geconcentreerde zoutzuuroplossing (bijvoorbeeld 30%-ig), zodat na verloop van tijd de chlorideconcentratie in het bad toeneemt. Daarnaast omvat het beitsbad sporen zware metalen (Mn, Cr, Ni, Cu, Pb, Sn, etc.) en kleine hoeveelheden detergentia en beitsremmers.

Het is bekend dat de verwijdering van metalen uit een oplossing kan worden bewerkstelligd onder toepassing van kationenwisselaars. Het is echter moeilijk een kationen-wisselaar te vinden waarmee selectief ionen van een bepaald metaal kunnen worden verwijderd, zelfs indien de uitwisse-lingsomstandigheden kritisch worden ingesteld. Bovendien zullen kationenwisselaars in een zeer zuur milieu vrijwel uitsluitend in de H+-vorm zijn.

Betrokken op de uitwisseling van zinkionen, is de opnamecapaciteit van kationenwisselaars voor zinkionen uit een ijzerionen-bevattende oplossing bij een pH van 0,5-4,0 relatief laag. Daarnaast is de opnamecapaciteit voor zink in veel gevallen sterk afhankelijk van de pH, waarbij pas bij pH-waarden van ongeveer 3 een goede capaciteit wordt verkregen. Verder wordt opgemerkt dat de aanwezigheid van Fe2+-ionen de capaciteit van de kationenwisselaar voor zink aanzienlijk vermindert.

Thans is gevonden dat onder toepassing van een anionenwisselaar zinkionen selectief uit een sterk zure oplossing met een hoge ijzerionenconcentratie kunnen worden verwijderd. De uitvinding maakt gebruik van het principe dat zink een goede complexvormer is. zink is in staat met chlorideionen een naar wordt aangenomen negatief geladen zink- chloridecomplex te vormen, volgens de uitvinding wordt een anionenwisselaar toegepast die geen positieve metaalionen maar negatief geladen metaalcomplexen absorberen dan wel chemisch binden. Het zink-chloridecomplex blijkt selectief te kunnen worden gebonden aan een anionenwisselaar.

Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een werkwijze voor het selectief verwijderen van zink uit een afvalstroom, bijvoorbeeld verzadigd beitszuur, waarbij de afvalstroom over een anionenwisselaarskolom wordt gevoerd onder omstandigheden waarbij voomoemde zinkcomplexen aan het kolommateriaal worden gebonden.

Bij voorkeur worden c carpi exen van zink- en chloride-ionen aan de anionenwisselaar geadsorbeerd. Dergelijke complexen worden gevormd in een chloride-bevattende afvalstroom. In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt een vloeistof uit een beitsbad, zoals dat bijvoorbeeld wordt toegepast in verzinkerijen, over de anionenwisselaarskolom gevoerd.

Zonder aan een theorie te willen zijn gebonden, wordt aangenomen dat de volgende reacties optreden in de oplossing in het beitsbad:

Zn2+ + Cl' <=> ZnCl+ (l)

Zn2+ + 2 Cl' <=> ZnCl2 (2)

Zn2+ + 3 Cl' <=> ZnCl3- (3)

Zn2+ + 4 Cl' <=> ZnCl42- (4)

Bovendien kunnen complexen van zink-, waterstof- en chloor-ionen worden gevormd.

Uit onderzoek is gebleken dat met name reactie (3) in belangrijke mate optreedt en dat het eenwaardig negatieve zinktrichloride-complex de meest voorkomende zinkverbinding in het beitsbadmedium vormt.

Anionenwisselaars bestaan in hoofdzaak uit een dragermateriaal waaraan actieve groepen zijn gebonden. Het dragermateriaal kan bijvoorbeeld worden gevormd door polymeren en copolymeren van styreen en divinylbenzeen, welke polymere materialen van chloormethylgroepen zijn voorzien. Anionen-wisselaars zijn niet oplosbaar in water.

Basische anionenwisselaars bevatten quatemaire, tertiaire, secundaire of primaire anmoniumgroepen alsmede mengsels daarvan. Dergelijke anionenwisselaars kunnen worden verkregen door de chlooratomen van de ingebrachte chloormethylgroepen uit te wisselen tegen genoemde ammoniumgroepen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt dat als kolommateriaal een basische anionenwisselaar wordt toegepast, met name een materiaal dat als functionele groepen tertiaire en/of quatemaire aminen omvat. Deze anionenwisselaars kunnen volgens de leveranciersspecificaties worden toegepast in een pH gebied van 0-8. Het is verrassend dat dergelijke anionenwisselaars in een medium dat veel zuurder is (pH < 0) en waarin veel negatief geladen chloride-ionen aanwezig zijn toch selectief zinkionen kunnen verwijderen.

Geschikte anionenwisselaars die in de werkwijze volgens de uitvinding kunnen worden toegepast zijn Lewatit MP-64, MP-64 WS, MP-64 ST, MP-62 (handelsprodukten van Bayer), Amberlite IRA-420, Amberjet 4200 Cl, Duolite A368S (handelsprodukten van Rohm en Haas), Purolite A-100 en Purolite A-845 (handelsprodukten van Purolite). Bij voorkeur worden Lewatit MP-64, MP-64 WS, Duolite A368S en Purolite A-100 als anionenwisselaar gekozen.

in de vorm waarin de anionenwisselaar zich voor het beladen bevindt, kunnen als tegenionen alle tegenionen worden toegepast die kunnen uitwisselen met zink-chloride-complexen. Voorbeelden hiervan zijn chloride-ionen en hydroxylionen. Het levert praktische voordelen wanneer de te gebruiken anionenwisselaar voor beladen in de OH'-vorm is.

Nadat de afvalstroom die hoge concentraties zink- en ijzerionen bevatte de kolom is gepasseerd, blijkt de door-stroomvloeistof in hoofdzaak vrij van zink te zijn. Aldus blijkt een scheidingswerkwijze te zijn gevonden waarmee het zink in de afvalstroom in hoofdzaak kan worden verwijderd. De verkregen doorstroomvloeistof bestaat in hoofdzaak uit een zure, waterige oplossing van ijzerchloride, waarin sporen zware metalen aanwezig zijn. Zolang deze vloeistof beitsend vermogen heeft kan deze worden teruggevoerd in het beitsbad.

Meer in detail ontstaat een ijzerionen-bevattende stroom, waaruit zink in hoofdzaak is verwijderd, welke stroom naast een grote hoeveelheid chloride-ionen sporen van zware metalen zoals lood, nikkel en tin bevat. De concentraties van deze zware metalen variëren tussen 0 en 2 g/1. Indien de beitsende werking onvoldoende is geworden kan de ijzer-bevattende oplossing voor een aantal verschillende toepassingen worden aangewend. Zo kan uit deze oplossing een nieuwe verse beitsbadvloeistof worden aangemaakt. Voorts kan deze oplossing worden toegepast in de waterzuivering, in het bijzonder voor het defosfateren en het verwijderen van H2S. Industrieel kan deze oplossing verder worden gebruikt als flocculant bij precipitatieprocessen, bijvoorbeeld voor het neerslaan van Ag2S en in de vervaardiging van ijzeroxide voor bijvoorbeeld cassettebanden. Overigens zijn voor de verwijdering van sporenmetalen uit een ijzerhoudende afvalstroom technieken aan de deskundige bekend.

De anionenwisselaar kan zolang worden beladen, totdat de concentratie aan zinkionen in de doorstroomvloeistof merkbaar toeneemt. Deze toename in de zinkionenconcentratie kan op elke aan de deskundige bekende wijze worden gedetecteerd, bijvoorbeeld onder toepassing van atomaire absorptie of ICP.

Afhankelijk van het kolommateriaal en de constructie van de kolom alsmede de overige procesjomstandigheden kan het debiet van de kolom door de deskundige worden geoptimaliseerd.

Bij voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding uitgevoerd bij een temperatuur van 37°C of hoger. De maximale temperatuur wordt bepaald door het kolommateriaal dat in de regel niet optimaal functioneert bij temperaturen boven 70°C. Het liefst wordt de anionenwisselingsstap uitgevoerd bij een temperatuur tussen 40 en 45°C. In dit voorkeurstemperatuurs-traject blijkt de verdelingscoëfficiënt voor zinkionen maximaal te zijn. De verdelingcoëfficiënt wordt gedefinieerd door het quotiënt van de concentratie van het te absorberen zink op de ionenwisselaar en de concentratie van die entiteit in oplossing.

De uitvinders hébben in testopstellingen gevonden dat de capaciteit van de ionenwisselaar voor zinkionen toeneemt naarmate de pH lager wordt en naarmate de chlorideconcentratie toeneemt. Deze eigenschap van de basische anionenwisselaars, die volgens de uitvinding moeten worden toegepast, verklaart de voordelen van de onderhavige werkwijze ten dele.

Wanneer de anionenwisselaar verzadigd is, wordt deze gespoeld. Deze spoelstap heeft tot doel ionen te verwijderen die bij het strippen van de kolom een neerslag zouden vormen met de stripvloeistof en aldus aanleiding geven tot verstoppingen. Dit spoelen kan worden uitgevoerd met verschillende vloeistoffen. Bij voorkeur heeft de spoelvloeistof zo min mogelijk strippend vermogen.

Wanneer men de kolom voor het spoelen eerst laat leeglopen, levert dit een extra voordelen op, zowel in strippende werking als in het verbruik aan spoelvloeistof.

Een zeer geschikte spoelvloeistof is een zoutzuur-oplossing, bijvoorbeeld een 3-4 N HC1-oplossing in water. Deze spoelvloeistof is laagstrippend en kan na de spoelstap worden gebruikt om het beitsbad aan te sterken. Teneinde te voorkomen dat in deze stroom zinkionen aanwezig zijn, is het mogelijk deze stroom voor het toevoegen aan het beitsbad een anionenwisselaar, die volgens de uitvinding wordt toegepast, te laten passeren. Water is minder geschikt als spoelvloeistof, omdat water strippend werkt.

Na deze spoelstap wordt het anionenwisselende kolommateriaal gestript, zoals hierboven reeds is aangegeven hebben water en in mindere mate zoutzuur een strippend effect. Wanneer deze vloeistoffen worden gébruikt ontstaan echter grote volumestromen met een relatief lage concentratie aan zinkionen. Hoewel op deze manier verdunde afvalstromen ontstaan die vanuit het oogpunt van de afvalproblematiek goed kunnen worden verwerkt, heeft het grote voordelen wanneer een hoogstrippende vloeistof, dat wil zeggen een vloeistof, die een zinkbindend vermogen bezit dat aanzienlijk groter is dan het zinkbindend vermogen van de ionenwisselaar, wordt aangewend. Voorbeelden van dergelijke hoogstrippende vloeistoffen zijn ammonia en een waterige oplossing met een hoge concentratie aan kationenbindende complexerende verbindingen, zoals EDTA.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, dat de met zink-complex beladen anionenwisselaarskolom wordt gestript met ammonia. Strippen met een waterige ammoniakoplossing heeft als voordeel dat de anionenwisselaar meteen wordt geregenereerd. Bovendien worden zink-ammoniakcomplexen gevormd, welke complexvorming de strippende werking bewerkstelligt. Er worden waarschijnlijk Zn(NH3)n2+ -complexen gevormd. Deze complexen zijn goed oplosbaar. Bovendien lossen eventueel gevormde zinkhydroxide-neerslagen snel op, zodat deze vaste stoffen geen verstoppingen in de kolom geven.

Afhankelijk van de ammoniakconcentratie kunnen geconcentreerde zinkoplossingen worden verkregen. Wanneer een 8-10 molaire ammoniaoplossing wordt gebruikt, kan een zinkconcentratie van 100-150 g/1 in de stripoplossing worden verkregen. Meer in het bijzonder ontstaat een oplossing van zinkchloride- en ammoniumchloridezouten, welke oplossing kan worden hergebruikt in het fluxbad in het droog-verzinkproces. In het fluxbad wordt immers in het algemeen een zinkchloride-ammoniumchloridedubbelzout toegepast in verhoudingen van bijvoorbeeld 1:2 - 1:6.

wanneer gebruik wordt gemaakt van nat-verzinken, kan de genoemde stripoplossing niet in de fluxstap worden aangewend, in dat geval wordt bij voorkeur een praktisch zo geconcentreerd mogelijke ammonia-oplossing voor het strippen gebruikt, teneinde een zo gering mogelijk volume van de produktstroom te verkrijgen.

Indien de anionenwisselaar wordt gestript en geregenereerd met een ammonia-oplossing, wordt bij voorkeur nagespoeld met water of eventueel een zuuroplossing. De reden hiervoor is het verdrijven van ammoniakresten uit de kolom. Dit ammoniak zou anders bij de volgende beladingscharge in de ijzer-bevattende doorstroomvloeistof terechtkomen, waardoor deze oplossing problemen kan geven bij de verwerking van de verzadigde beitszuren.

- De hoeveelheid chemisch afval kan bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding aanzienlijk worden teruggebracht en onder optimale omstandigheden zelfs tot nagenoeg nul worden gereduceerd, met name doordat alle stromen in het verzinkproces kunnen worden hergebruikt.

in een geoptimaliseerd systeem wordt de beitsbad-oplossing over de anionenwisselaarskolom gevoerd, wanneer dit bad een zodanige zinkionenconcentratie bevat, dat alle processtromen in de interne totaalproceshuishouding kunnen worden hergebruikt en/of aan derden voor andere toepassingen kunnen worden aangeboden.

Thans zal de uitvinding verder worden beschreven aan de hand van een voorbeeld.

voorbeeld

In fig. 1 wordt schematisch een overzicht gegeven van de opstelling waarmee de werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgevoerd. Deze opstelling omvat in hoofdzaak 7 vloeistof -vaten 1-7 en een ionenwisselaarskolom 8, alsmede een kranen-blok 9 en een aantal leidingen.

Bij aanvang van de charge was de situatie als volgt:

Vat l: (1000 liter) Bevat onbehandeld beitszuur;

Vat 2: (1000 liter) Is leeg, hierin wordt het behandelde beitszuur opgevangen;

Vat 3: (1000 liter) Bevat spoelvloeistof (l), 3 N HC1 in water;

Vat 4: (1000 liter) Opvangvat spoelvloeistof (l), dit vat kan reeds opgevangen vloeistof van een vorige charge bevatten;

Vat 5: (500 liter) Bevat stripvloeistof. Bij aanvang van de eerste charge bevat de stripoplossing 25% ammoniak.

Op het vat zit een roerder (niet getoond) gemonteerd; Vat 6: (1000 liter) Bevat spoelvloeistof (2), leidingwater;

Vat 7: (1000 liter) Opvangvat spoelvloeistof (2), dit vat kan reeds opgevangen vloeistof van een vorige charge bevatten.

De ionenwisselaarskolom 8 heeft de volgende dimensies: Diameter 0,28 meter; hoogte 1,5 meter; lengte/diameter 5,4; inhoud 92 liter; max. overdruk 1,1 bar.

De kolom bevat onder en boven een filterplaat met 50 gaten. De boring van de gaten in de onderste filterplaat is circa 7 mm. De boring in de bovenste filterplaat is circa 15 mm. De platen zijn afgedekt met een polypropyleen filter doek. De doorlaatbaarheid van het filter doek is 185 μπι.

In de top en in de bodemdeksel bevindt zich midden op de afdekplaat een toevoer-/afvoeropening (16 mm). Afhankelijk van de procesfasen wordt de opening voor toevoer of afvoer gebruikt. Aan de onderzijde en bovenzijde van de kolom bevindt zich een "bourdon" manometer. De drukmeter heeft een bereik van 0-2,5 bar overdruk. Aan de bovenzijde van de kolom wordt de temperatuur gemeten met een alcoholthermomometer (-10 tot 100°C).

5 De kolom is gevuld met 100 kg Lewatit MP-64 (Bayer).

Alle vloeistoffen worden met dezelfde slangenpomp 21 verpompt. De toevoer van de vloeistoffen wordt met behulp van een kranenblok 9 geregeld (fig. 2). De toevoerleidingen zijn permanent aangesloten op het kranenblok 9.

) In vat 1 is het te behandelen beitszuur aanwezig dat de volgende samenstelling heeft:

) De verwijdering van zink uit beitszuur met behulp van de ionenwisselaar vindt plaats in vier stappen, beladen, spoel (l), strippen en spoel (2). Alle stappen behalve het strippen worden volgens het "once through" principe uitgevoerd. Het strippen vindt plaats volgens een recirculerend systeem.

> De kolom 8 werd beladen door beitszuur van onder naar boven door de kolom 8 te pompen. Het eerste bedvolume dat zich in de kolom 8 bevond, was spoelvloeistof (2) van de vorige charge. Dit volume werd naar het opvangvat 7 gepompt. Nadat één bedvolume beitszuur was doorgepompt werd de uitgaande i stroom omgeschakeld naar het opvangvat van de voeding. Het behandelde beitszuur werd in vat 2 opgevangen. De hoeveelheid van het te behandelen beitszuur is afhankelijk van de begin-concentratie zink in het beitszuur. De beladingssnelheid bedroeg 1,5 liter per minuut en is afhankelijk van de afmeting i van de kolom. De uitgaande stroom van kolom 8 werd op bekende wijze bewaakt op de aanwezigheid van zinkionen, zodra de [Zn] merkbaar steeg werd het beladen gestopt.

Het doel van spoel (l) is het verwijderen van ijzer uit de kolom. Dit bleek noodzakelijk omdat ijzer neersloeg wanneer het in aanraking kwam met de stripvloeistof.

Na de belading werd de kolom daarom gespoeld met 3 N HC1. Deze spoel werd van boven naar beneden uitgevoerd.

Het eerste bedvolume dat zich in de kolom bevond, was beladingsvloeistof. Tijdens spoel (1) werd het eerste bedvolume naar het opvangvat 2 van het behandelde beitszuur gepompt. Nadat een bedvolume spoelvloeistof was doorgepompt werd de uitgaande stroom omgeschakeld naar het opvangvat 4 van spoel (1). Van spoel (l) was 1,1 bedvolume nodig om alle ijzer uit de kolom te verdrijven. Het spoeldebiet was hierbij 1,5 liter per minuut. Na de spoel werd de kolom met dezelfde pompsnelheid leeggepompt. De vloeistof ging naar opvangvat 4 van spoel (l) .

Het doel van het strippen is het verwijderen van het zink van de kolom en het regeneren van de kolom. Het strippen vond in de kolom plaats van onder naar boven. De stripvloeistof die de kolom aan de bovenzijde verliet werd teruggepompt naar het stripvoedingsvat 5. Tijdens het strippen werd het vat continu geroerd. De ingaande stroom werd daarbij gefiltreerd met een kaarstfilter om eventueel neergeslagen ijzerhydroxidedeeltjes op te vangen. Het stripdebiet was 3,0 liter per minuut. Er werd 3 uur gestript. Na het strippen werd de kolom leeggepompt.

De stripvloeistof bestond bij aanvang van de eerste charge uit een 25%-ige ammoniakoplossing. Deze oplossing werd bij iedere charge voor een deel geneutraliseerd door het zuur uit spoel (1). De maximale oplosbaarheid van zink in de stripoplossing is getoond in fig. 3. Indien deze maximale oplosbaarheid is bereikt, dient de stripoplossing te worden ververst.

Het doel van spoel 2 is het verwijderen van de stripvloeistof. Stripvloeistof mag niet contamineren met beitsvloeistof.

Na het strippen werd gespoeld met leidingwater. Deze spoel werd in de kolom van beneden naar boven uitgevoerd. Het spoeldebiet was 1,5 liter per minuut. Voor de tweede spoel werden twee bedvolumes gebruikt. Aan het einde van spoel 2 bevond zich in de kolom een bedvolume spoelvloeistof. Dit bedvolume verliet de kolom bij de belading van de volgende charge.

Tijdens alle fasen van het proces werd de uitgaande stroom op bekende wijze bemonsterd en geanalyseerd. Van alle fasen werd het voedings- en opvangvat bemonsterd. In onder-staand overzicht is vermeld welke analyses werden uitgevoerd ( + ) .

Het verwijderen van zink uit beitszuur met behulp van ionenwisseling leverde een aantal deelstromen op. Deze deelstromen kunnen binnen de verzinkerij worden verwerkt, mits het totale volume niet te groot is. De maximale deelstromen die kunnen worden verwerkt binnen de verzinkerijen is afhankelijk van een aantal factoren. De belangrijkste zijn: - Temperatuur van de in het verzinkproces toe te passen baden (verdamping van de baden), - Oversleep van vloeistof uit de bakken (hoeveelheid te verzinken materiaal).

De opvang van spoel (l) bevatte zuur (3N HC1), ijzer en zink. Met deze vloeistof konden de beitsbaden aangesterkt worden. De opvang van spoel (1) kan, indien nodig, zink-vrij worden gemaakt met behulp van de ionenwisselaar.

De opvang van spoel (2) bevatte ammoniak en zink. Dit kan worden gebruikt om de verdampingsverliezen in de fluxbak te compenseren.

De stripvloeistof bevatte ammoniak en zink. Indien deze vloeistof wordt geneutraliseerd is deze geschikt om als grondstof te worden gebruikt in de fluxbak. Eventueel dient de oplossing te worden aangesterkt met ammoniumchloride.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het selectief verwijderen van zink uit een afvalstroom waarbij de afvalstroom over een anionen-wisselaarskolom wordt gevoerd onder omstandigheden waarbij negatief geladen zinkcomplexen aan het kolommateriaal worden geadsorbeerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij een chloride-bevattende afvalstroom over de anionenwisselaarskolom wordt gevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie l of 2, waarbij een vloeistof uit een beitsbad over de anionenwisselaarskolom wordt gevoerd.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij als kolommateriaal een materiaal wordt toegepast, dat als functionele groepen tertiaire en/of quatemaire aminen omvat.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij de anionen-wisselaar in de OH'-vorm of Cl'-vorm wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, welke wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 37°C of hoger.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de met zinkcomplex beladen anionenwisselaarskolom wordt gestript met ammonia.

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de ijzerhoudende doorstroomvloeistof wordt toegepast in een beitsbad van een verzinkproces.

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de zinkbevattende stripoplossing wordt toegepast in een fluxbad bij een droog-verzinkproces.