UA148183U - Технологічна схема реагентної утилізації відходів гальванічного виробництва - Google Patents

Abstract

Технологічна схема реагентної утилізації відходів гальванічного виробництва включає виконання операцій: гальванічний шлам піддається розчиненню в сірчаній кислоті з утворенням гідроксидів металів, що переходять в розчинні сульфати, а нерозчинні домішки і сульфат кальцію залишаються в осаді, які після фільтрації та сушіння відправляють на склад. При цьому сульфати металів цинку, нікелю, міді, заліза спрямовують дозовано через мірник до реактора з мішалкою, куди за допомогою мірника подається 25 %-ий розчин гідрооксиду амонію з одночасним нагнітанням компресором в розчин стиснутого повітря, що в сукупності призводить до утворення розчину гідроксидів металів та сульфату амонію, який потім відокремлюють на барабанному фільтрі з наступним упарюванням у випарному апараті та висушуванням у вакуум-сушильній камері, а утворений при цьому осад, що містить гідроксиди металів, після фільтрації на барабанному фільтрі направляється до накопичувача, звідкіля через мірник надходить до реактора, де внаслідок реакції з розчином гідрооксиду натрію, поданого через мірник, утворюється розчин з нерозчинних гідроксидів міді, нікелю та заліза та розчиненого комплексу двозаміщеної натрієвої солі метацинкової кислоти з наступним його фільтруванням на барабанному фільтрі. При цьому утворений фільтрат - комплекс двозаміщеної натрієвої солі метацинкової кислоти - надходить до випарного апарату та вакуум-сушильної камери і зневоднюється, а осад обробляють 25 %-им розчином гідроксиду амонію, поданого через мірник, утворюються нерозчинний гідрооксид заліза та розчинні аміачні комплекси міді та нікелю, що відокремлюються на барабанному фільтрі, при цьому осад - гідроксид заліза - висушується в вакуум-сушильній камері та прокалюється в печі, а фільтрат випаровується у випарному апараті з наступним висушуванням у вакуум-сушильній камері з отриманням кристалічної суміші комплексів міді та нікелю.

Description

Корисна модель належить до гальванотехніки та промислової екології, зокрема до технологічних підходів з переробки шламів, що утворюються в процесах гальванічного способу нанесення на деталі нікелевого покриття.

Відома технологічна схема після виробничої обробки електролітів (Лурье Ю.Ю., Рьібникова

А.И. Химический анализ производственньіїх вод. Изд. 4-е. - М.: Химия, 1974. - С. 50-65), що передбачає змішування відпрацьованих електролітів, що містять солі важких металів, з травильними розчинами гальванічного виробництва з додаванням гідроксиду кальцію чи іншими реагентами без утилізації компонентів.

У результаті отримують шлам з гідроксидів металів і сульфату кальцію, який складується на поверхні і в надрах землі і є стабільним джерелом забруднення навколишнього середовища, що призводить практично до втрати металовмісної сировини.

Дана технологічна схема обробки є неефективною, не економічною та завдає суттєвої шкоди навколишньому середовищу.

Також відома технологічна схема за способом (Запольский А.К. Комплексная переработка сточньїх вод гальванического производства. - К.: Техніка, 1989. - С. 40-47) з виокремленням металів з гальванічного шламу, що передбачає, після переведення усіх компонентів у розчинний стан, застосування таких способів розділення, як зворотній осмос, ультрафільтрація, електродіаліз, іонний обмін тощо.

Проте даний підхід вимагає використання складної апаратури та технічних засобів розділення, значних витрат енергії і не є економічно виправданим.

Відома технологічна схема за способом добування металів з гальваношламів (Патент ОА 4407Б А кл. 6 С22В 7/00, опубл.15.01.2002, бюл. Мо 1|), що включає введення у вихідний шлам твердого відновника у кількості, необхідній для відновлення всіх металів, що містяться у шламі, створення із шлакоутворюючих компонентів шламу шлакової системи з температурою плавлення 1550-1600 "С, завантаження шихти у відновний реактор на шар кускового вуглецевого відновника, розігрітого до 1890-1950 "С за рахунок джоулева тепла, розплавлення матеріалу, фільтрацію розплаву крізь шар відновника, відвід возгонів відновлених металів нижче верхнього рівня кускового вуглецевого шару і видалення розплавлених металів з реактора на рівні подини безперервно в міру надходження розплаву.

Зо Дана схема характеризується доволі великими витратами енергії на процес термічного плавлення та має значні потреби у витратах праці, що є негативними рисами даного способу.

Відома технологічна схема за способом утилізації гальваношламів, що включає добавку до шламу кварцового піску, грануляцію, сушіння і відновне електроплавлення. В результаті такої переробки одержують чавун, шлак і пил зі вмістом оксиду цинку 50 95 (Баранов Л.М., Тимофеев

С.С. Пірометалургійна технологія утилізації осадів стічних вод гальванічних виробництв // Хімія і технологія води, 1996, - Т. 18, Мо 4, - С. 388-391).

У наведеному способі коштовні кольорові метали, що містяться в шламі, такі як нікель, мідь, хром, не витягаються, а розчиняються в чавуні, в результаті чого відбувається як втрата якості вказаних металів, так і погіршення якості чавуну, у якому зазначені метали є небажаними домішками.

Відома технологічна схема за способом обробки твердих відходів гальванічного виробництва шляхом двохступеневого гідрометалургійного вилучення міді зі шламу. |(Пальгунов

ПП., Сумароков М.В. Утилизация промьішленньїх отходов. - М.: Стройиздат, 1990. - 352 с.|.

Суть способу полягає у кислотному розчиненні мідьвмісної фракції з подальшим електроосадженням з вилуженого розчину металу на електроді. Для практично повного видалення міді зі шламу (299 95) необхідним є не менш ніж 5-кратний надлишок розчину по відношенню до маси шламу, та витрата 5кВт год./кг електроенергії на електроосадження міді при тривалості процесу 3-5 діб.

Недоліком цієї технологічної схеми за способом є тривалий час обробки, велика витрата вилуговуючого реагенту, що спричиняє утворення значної кількості вторинних забруднень у вигляді стічних вод, а також досить велика витрата електроенергії на електроосадження міді.

Найближчим аналогом корисної моделі є комплексна технологія утилізації поліметалічних осадів стічних вод гальванічного виробництва з низьким вмістом кольорових металів (Рашевская, И.В. Разработка комплексной технологии обработки и утилизации осадков сточньмх вод гальванических производств: автореф. дис. канд. техн. наук / И.В. Рашевская - Пенза, 2006. - 20 с.). На першій стадії в результаті вилуговування іонів важких металів з шламу розчином сірчаної кислоти концентрацією 95-100 г/дм3 в розчин переходять катіони міді, нікелю, цинку, хрому та заліза, а малорозчинний осад СазоО»ї, після фільтрування і багаторазового промивання, може використовуватися для виготовлення гіпсових будівельних виробів. Для вилучення іонів важких металів (ІВМ) з розчинів вилуговування використовували електрохімічний метод - цементацію і метод виборчого осадження гідроксидів металів.

Технологічна схема аналогу включає осадження міді з розчинів вилуговування цементацією системі "алюміній - активоване вугілля" при рН-1,6-1,7 до випадання в осад гідроксиду і основних солей Рец). Далі, використовуючи ступеневу зміну рнН, з розчину виділяли гідроксиди металів. При рН-3,3-3,5 осаджується і відокремлюється від розчину гідроксид заліза (ІІ). Щоб зменшити втрати ІВМ в результаті сорбції їх гідроксидом алюмінію, що накопився після цементації, і підвищення чистоти виділених гідроксидів важких металів, рН розчину далі доводили до значення 10,5-10,86, при якому алюміній був присутній у вигляді розчинних комплексів (АКОН)І(НгО)»гі і (АКОН) ві)», а нікель, залізо (ІІ), хром (ІІІ) ії цинк - у вигляді гідроксидів в осаді. На цій стадії цинк концентрується у результаті накопичення декількох порцій осаду на фільтрі. Далі, після поділу розчину і осаду фільтруванням, гідроксид цинку знову розчиняли в розчині лугу при рН-13,5. При цьому деяка частина іонів хрому (ІІЇ) також переходить в розчин у вигляді (С((ОН)вЇз разом з розчинними цинковмісними гідрокомплексами, але більша частина іонів хрому (І) залишається в осаді у вигляді гідроксиду. Цинк з розчину витягували цементацією на алюмінії при рНе-13-13,5 у збірнику з відфільтрованим розчином, куди вставляється каркас із сітчастим фільтром з полімерного матеріалу, на якому за допомогою штанг кріпляться аноди і катоди.

Після закінчення процесу цинкову губку промивають, каркас із фільтром і електродами виймають, а розчин з гідрокомплексів алюмінію і цинку направляють на повторне використання.

Після відокремлення розчину з цинковмісних гідрокомплексів від осаду Ре(ОН)г2, Ее(ОН)»з,

СОН)», М((ОН)»: подальше розділення ІВМ здійснюється за допомогою ступеневої зміни рН при підкисленні розчином сірчаної кислоти.

Недоліками аналогу є занадто висока багатостадійність та складність реалізації.

Задачею корисної моделі поставлена розробка технологічної схеми реагентної утилізації відходів гальванічного виробництва, яка би дозволяла здійснювати сумісну утилізацію цинк-, нікель-, мідь- та залізовмісних відходів гальванічного виробництва з видобутком цінних кольорових металів при залученні незначних матеріальних ресурсів.

Поставлена задача вирішується тим, що гальванічний шлам піддається розчиненню у

Зо сірчаній кислоті з утворенням гідроксидів металів, що переходять в розчинні сульфати, а нерозчинні домішки і сульфат кальцію залишаються в осаді, які після фільтрації та сушіння відправляють на склад, при цьому, згідно з корисною моделлю, сульфати металів цинку, нікелю, міді, заліза спрямовують дозовано через мірник до реактора з мішалкою, куди за допомогою мірника подається 25 95-ий розчин гідрооксиду амонію з одночасним нагнітанням компресором в розчин стиснутого повітря, що в сукупності призводить до утворення розчину гідроксидів металів та сульфату амонію, який потім відокремлюють на барабанному фільтрі з наступним упарюванням у випарному апараті та висушуванням у вакуум-сушильній камері, а утворений при цьому осад, що містить гідроксиди металів, після фільтрації на барабанному фільтрі направляється до накопичувача, звідкіля через мірник надходить до реактора, де внаслідок реакції з розчином гідрооксиду натрію, поданого через мірник, утворюється розчин з нерозчинних гідроксидів міді, нікелю та заліза та розчиненого комплексу двозаміщеної натрієвої солі метацинкової кислоти з подальшим його фільтруванням на барабанному фільтрі, при цьому утворений фільтрат - комплекс двозаміщеної натрієвої солі метацинкової кислоти - надходить до випарного апарату та вакуум-сушильної камери і зневоднюється, а осад обробляють 25 95-им розчином гідроксиду амонію, поданого через мірник, утворюються нерозчинний гідрооксид заліза та розчинні аміачні комплекси міді та нікелю, що відокремлюються на барабанному фільтрі, при цьому осад - гідроксид заліза - висушується в вакуум-сушильній камері та прокалюється в печі, а фільтрат випарюється у випарному апараті з наступним висушуванням у вакуум-сушильній камері з отриманням кристалічної суміші комплексів міді та нікелю.

В основу запропонованої технологічної схеми закладений реагентний енерго- і ресурсозберігаючий і екологічно безпечний спосіб спільної утилізації цинк-, нікель, мідь- і залізовмісних шламів гальванічного виробництва, що не містять комплексоутворюючих добавок.

В іншому випадку осадження зазначених металів гідроксидом кальцію було б не повним через стійкість комплексів цих металів, а їх переведення в шламоподібний стан утруднене.

Спосіб заснований на розроблених умовах осадження іонів заліза (Ії) ї (ІІ), цинку, міді, нікелю та їх здатності до комплексоутворення.

Розроблений спосіб здійснюється у дві стадії.

Перша стадія. Багатокомпонентний гальванічний шлам піддається подрібненню з наступним бо розчиненням диспергованої маси в сірчаній кислоті, при цьому гідроксиди цинку, нікелю, міді та заліза (І) переходять в розчинні сульфати, а нерозчинні домішки і сульфат кальцію залишаються в осаді, що після фільтрації та сушіння відправляють на склад. Після фільтрації в отриманий фільтрат поступово при перемішуванні додають 25 Фо-ий розчин гідроксиду амонію в стехіометричній кількості для осадження цинку, нікелю, міді та заліза (1).

Одночасно, для повного осадження заліза, через водний розчин сульфатів цинку, нікелю, міді, заліза (ІІ) пропускають стиснене повітря. Це необхідно для окиснення заліза (ІЇ) в залізо (ПП), так як розчинність гідроксиду заліза (ІІ) значно менша, ніж заліза (ІІ). Для перетворення заліза (ІІ) в залізо (І) рекомендовано застосовувати пероксид водню, що прискорить процес окислення в кілька разів.

Після окиснення заліза (ІІ) в залізо (ІІ) отримують розчин, що містить гідроксиди цинку, нікелю, міді та заліза (ІІ) ії сульфат амонію. Осад відокремлюють фільтруванням, одержуючи фільтрат сульфату амонію, який випарюють, сушать і подають на склад. Осад використовують для виділення з нього цинку, нікелю, міді, заліза на другій стадії.

Друга стадія. Осад обробляють надлишком розчину гідроксиду натрію, отримуючи розчинний комплекс двозаміщеної натрієвої солі метацинкової кислоти, а в осаді залишаються нерозчинні гідроксиди міді, нікелю та заліза (І). Розчин з комплексом цинку після фільтрації упарюють, сушать і отримують кристалічний комплекс цинку.

Осад з гідроксидами міді, нікелю та заліза (І) обробляють 25 55-им розчином гідроксилу амонію. Гідроксиди міді та нікелю переходять при цьому в розчинні аміачні комплекси, а гідроксид заліза (І) переходить в осад. Після фільтрування розчин з комплексами міді та нікелю упарюють, висушують, а отриману кристалічну суміш комплексів міді та нікелю відправляють на склад.

Осад, що містить гідроксид заліза (ІІ), після фільтрування виділяють в індивідуальному стані, його сушать, прокалюють і відправляють на склад.

Реалізація кожної стадії запропонованого способу проілюстровано схемою.

Приклад реалізації запропонованої технологічної схеми утилізації відходів гальванічного виробництва.

Шлам із накопичувача 1 подають до вальцьової дробарки 2 для подрібнення, після чого подрібнений продукт подають із накопичувача З транспортером 4 у мірник 5, а у мірник 6 з накопичувача 7 надходить сірчана кислота. Реагенти з мірників 5 і 6 в необхідних кількостях подають в реактор 8. Реакційну суміш перемішують мішалкою з електроприводом 9. По завершенні реакції продукт у вигляді розчину і нерозчинних домішок (сульфат кальцію, кремнезем) випускають з реактора 8 на барабанний фільтр 10. Фільтрат насосом 11 направляють в накопичувач 12, а вологий шлам з нерозчинними домішками - в шламонакопичувач (на склад).

З накопичувача 12 через мірник 13 фільтрат - водний розчин сульфатів заліза (ІІ), міді, цинк і нікелю - направляють в реактор 14, обладнаний мішалкою. У реактор через мірник 15 з накопичувача 16 подають розчин гідроксиду амонію. Через компресор 17 в реактор 14 постійно подають повітря. Осад гідроксидів цинку і заліза (ІІІ), міді і нікелю, що утворився в реакторі, разом з розчином сульфату амонію подають на барабанний фільтр 18. Фільтрат - водний розчин сульфату амонію - збирають в збірник 19, звідки подають до випарного апарату 20, потім до вакуум-сушильну камеру 21. Висушений продукт - сульфат амонію - відправляють на склад.

Гідроксиди заліза (ІП), міді, цинку їі нікелю після барабанного фільтра 18 надходять спочатку до накопичувача 22, потім в мірник 23. У реактор 24, обладнаний мішалкою 25, з накопичувача 26 через мірник 27 надходить гідроксид натрію, а з мірника 23 - суміш гідроксидів заліза (Ії), міді, цинку і нікелю. В результаті реакції в реакторі 24 утворюються розчинний у воді комплекс цинку (двозаміщена натрієва соль метацинкової кислоти) та нерозчинні гідроксид заліза (І), цинку, міді та нікелю. Продукти реакції з реактора 24 подають на барабанний фільтр 28, де відокремлюють осад гідроксиду заліза (І), цинку, міді та нікелю від розчину. Двозаміщену натрієву сіль метацинкової кислоти, що перейшла в фільтрат, направляють у збірник 29, звідки подають у випарний апарат 30, потім вакуум-сушильну камеру 31.

Осад (гідроксиди заліза (ІІ), нікелю та міді) насосом 32 подають спочатку в накопичувач 33, потім через мірник 34 - в реактор 35. Сюди ж при перемішуванні подають надлишок гідроксиду амонію з накопичувача 36 через мірник 37. В результаті реакції утворюються розчинні у воді аміачні комплекси міді та нікелю, а гідроксид заліза (І) залишається в осаді. Утворену суспензію подають на барабанний фільтр 38. Фільтрат після мірника 39 і випарного апарату 40 подають на вакуум-сушильну камеру 41 і далі на склад. Осад - гідроксид заліза (І) - після вакуум-сушильної камери 42 і прокалювання в печі 43 і відправляють на склад.

Технологічна схема реагентної утилізації відходів гальванічного виробництва є енерго- і бо ресурсозберігаючою, екологічно безпечною, характеризується відсутністю відходів і дозволяє повернути в сферу виробництва такі цінні дефіцитні кольорові метали, як цинк, нікель, мідь.

Продукти переробки - сульфат амонію, оксид заліза (ІІ), сульфат кальцію з кремнеземом - можуть представляти інтерес для сільського господарства, лакофарбової та будівельної промисловості відповідно.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Технологічна схема реагентної утилізації відходів гальванічного виробництва, згідно з якою гальванічний шлам піддається розчиненню в сірчаній кислоті з утворенням гідроксидів металів, що переходять в розчинні сульфати, а нерозчинні домішки і сульфат кальцію залишаються в осаді, які після фільтрації та сушіння відправляють на склад, яка відрізняється тим, що сульфати металів цинку, нікелю, міді, заліза спрямовують дозовано через мірник до реактора з мішалкою, куди за допомогою мірника подається 25 95-ий розчин гідрооксиду амонію з одночасним нагнітанням компресором в розчин стиснутого повітря, що в сукупності приводить до утворення розчину гідроксидів металів та сульфату амонію, який потім відокремлюють на барабанному фільтрі з наступним упарюванням у випарному апараті та висушуванням у вакуум- сушильній камері, а утворений при цьому осад, що містить гідроксиди металів, після фільтрації на барабанному фільтрі направляється до накопичувача, звідкіля через мірник надходить до реактора, де внаслідок реакції з розчином гідрооксиду натрію, поданого через мірник, утворюється розчин з нерозчинних гідроксидів міді, нікелю та заліза та розчиненого комплексу двозаміщеної натрієвої солі метацинкової кислоти з наступним його фільтруванням на барабанному фільтрі, при цьому утворений фільтрат - комплекс двозаміщеної натрієвої солі метацинкової кислоти - надходить до випарного апарату та вакуум-сушильної камери і зневоднюється, а осад обробляють 25 95-им розчином гідроксиду амонію, поданого через мірник, утворюються нерозчинний гідрооксид заліза та розчинні аміачні комплекси міді та нікелю, що відокремлюються на барабанному фільтрі, при цьому осад - гідроксид заліза - висушується в вакуум-сушильній камері та прокалюється в печі, а фільтрат випаровується у випарному апараті з наступним висушуванням у вакуум-сушильній камері з отриманням кристалічної суміші комплексів міді та нікелю.

   : мг, и ДІ ор шинки кох Ух ой х /

   ТІ. ря ід й 17 В ї Насклад 3 --, С-й нк пода ши 2, осад На склад х37/ 85, й 35 га : 28 о че Ясу аскла " 38 На склад й ни Сон 7ь32 Кв; «3 На склад 0000 КомпютернаверсткаЛ.Бурлак.їд 00000000 ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601