СПОСОБ ОБРАБОТКИ КИСЛЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1994 года по МПК C02F1/64 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано, в основном, в радиотехнической промышленности (участки травления печатных плат), химической и других отраслях.

В металлургической и химической отраслях промышленности известны способы переработки или очистки отработанных травильных растворов и кислых железосодержащих сточных вод. Известен способ переработки отработанных травильных растворов, включающий усреднение, нейтрализацию и выпаривание, при котором, с целью предотвращения выпадания труднорастворимых фосфорных солей кальция, нейтрализация осуществляют аммиаком до рН 6-6,5.

Упаренный раствор можно использовать в виде удобрений, так как он содержит ряд микроэлементов и биогенных веществ в хорошо усваиваемой растениями форме.

Но этим способом нельзя обеспечить полную утилизацию отработанного травильного раствора (полученный осадок после фильтрования отправляется на захоронение).

Наиболее близким техническим решением является способ обработки кислых железохлоридсодержащих сточных вод, заключающийся в том, что сначала сточную воду нейтрализуют 20% избытка карбоната кальция до образования гидроксида железа (II), дополнительно вводят гидроксид кальция в мольном соотношении (3-4):2 и образующегося гидроксида железа (II), окисляют железо (II) до железа (III) и полученную смесь выдерживают до достижения метастабильного равновесия (28 суток). В результате образуется осадок железосодержащих кальцевых гидратов - добавки к строительным материалам.

Известный способ имеет следующие недостатки:
большая длительность процесса получения конечного продукта - 28 суток, что создает трудность в организации технологического процесса;
остается нерешенным вопрос утилизации фильтрата, остающегося после использования осадка - железосодержащих кальцевых гидратов, представляющего собой жесткую воду; значительный расход реагентов: карбоната кальция и гидроксида кальция. Карбоната кальция для нейтрализации требуется 20% избыток по массе. Гидроксида кальция требуется 3 моль на 2 моль образовавшегося Fe(OH)₂, т.е. 50%-ный избыток. Таким образом, суммарный избыток составляет 70%.

Целью предложенного способа является сокращение времени процесса обработки и полная утилизация полученных продуктов (твердой и жидкой фаз).

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обработки кислых железохлоридосодержащих сточных вод, включающем нейтрализацию и осаждение щелочным компонентов, окисление перекисью водорода гидроксида железа (III) с последующим отделением осадка, согласно изобретению, нейтрализацию и осаждение проводят раствором гидроксида калия при рН 9-10.

Процесс обработки сточных вод с применением щелочного агента в виде раствора гидроксида калия существенно ускоряется, так как скорость реакции осаждения гидроксидов железа определяется, при прочих равных условиях, лишь скоростью приливания раствора гидроксида калия. При этом расход щелочного агента не превышает 5-10%-ного избытка, требуемого для нейтрализации. После окисления перекисью водорода железа (II) до трехвалентного (III) полученные гидроксиды отфильтровываются и подвергаются сушке. В процессе сушки гидроксиды переходят в оксиды железа и являются исходным продуктом для приготовления красок и эмалей (железоокисные пигменты). Фильтрат, представляющий собой раствор хлорида калия с рН 9-10, после добавки раствора ортофосфорной кислоты до рН 8-8,5 утилизируется в виде жидких удобрений или сельскохозяйственных культур. Таким образом, использование в процессе обработки кислых железохлоридсодержащих сточных вод щелочного агента в виде раствора гидроксида калия ускоряет ≈ в 10 раз процесс обработки с получением твердой (гидроксида железа) и жидкой (раствор хлорида калия) фазы, которые полностью утилизируются в виде ценных продуктов для народного хозяйства. Какие-либо сливы отсутствуют.

Предлагаемый химический способ полной утилизации отработанных травильных железохлоридных растворов для травления меди и кислых железохлоридсодержащих сточных вод реализуют следующим образом.

П р и м е р. Берут 500 мл отработанного раствора треххлорного железа для травления меди (с начальной концентрацией 300 г FeCl₃ на 1000 мл воды). Медь высаживают на железной стружке известным способом, отфильтровывают и промывают. Промывные воды объединяют с раствором (1200 мл). Объединенный раствор разделяют на 3 пробы по 400 мл каждая. К каждой пробе при перемешивании приливают раствор гидроксида калия (15%-ный раствор) для достижения рН 7,5-8,5. Затем к каждой пробе для перевода двухвалентного железа в трехвалентное добавляют по 70 мл 3%-ной перекиси водорода и перемешивают в течение 5 мин. После чего дополнительно к каждой пробе приливают раствор гидроксида калия для достижения определенных уровней рН пробы (см. таблицу) и полученные суспензии фильтруют. Фильтрат проверяют на присутствие растворимых солей железа качественными аналитическими методами с помощью растворов K₃[Fe(CN)₆] феррицианида калия (красная кровяная соль). K₄[Fe(CN)₆] ферроцианида калия (желтая кровяная соль) и KCNS роданида калия с чувствительностью метода 0,2 мкг.

Из результатов табл. 1 следует, что, начиная с рН 9 и выше (до рН 11), ионы железа и меди практически полностью осаждаются гидроксидом калия (реакция на ионы отрицательная).

Оптимальное значение водородного показателя выбирается из условий: с одной стороны, необходимо обеспечить полноту осаждения, с другой - не допустить чрезмерного расхода гидроксида калия. Таким оптимальным значением рН является 9-10. При этом обеспечивается полнота осаждения, а расход гидроксида калия составляет 5-10% избытка от количества, необходимого для нейтрализации.

Содержание ионов железа и меди в фильтрате на несколько порядков ниже, чем допускаемое по СНИИГ-6-67.

Ниже приведены операционное и общее время обработки сточных вод.

Использование предлагаемого способа обработки отработанных травильных железохлоридных растворов для травления меди и кислых железохлоридсодержащих сточных вод, по сравнению с прототипом, обеспечивает следующие преимущества:
решена задача экологической защиты окружающей среды от загрязнения солями железа и меди, находящихся в промышленных стоках;
получаемые продукты обработки сточных вод полностью утилизируются в виде продуктов, ценных для народного хозяйства:
а) твердая фаза - в виде железоокисных пигментов;
б) жидкая фаза - в виде жидких калийных удобрений;
способ прост, процесс обработки легко организовать на обычном технологическом оборудовании;
существенно ( в 1,6 раза) снижен расход щелочного реагента;
существенно ( в 8-10 раз) сокращено время обработки растворов, что позволяет повысить производительность процесса обработки сточных вод.

Использование: очистка травильных растворов. Сточные воды обрабатывают раствором гидроксида калия при Ph 9 - 10 с последующим окислением железа (II) до железа (III) раствором 3%-ной перекиси водорода. Осадок фильтруют и подвергают сушке при температуре <120°С, получая железоокисные пигменты как основу для приготовления красок, эмалей и пр. Фильтрат утилизируется в виде жидких калийных удобрений. 1 табл.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ КИСЛЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД, включающий нейтрализацию и осаждение щелочным реагентом, окисление образующегося гидроксида железа (II) до гидроксида железа (III) перекисью водорода с последующим отделением осадка и его сушкой, отличающийся тем, что нейтрализацию и осаждение проводят при рН 9 - 10, а в качестве щелочного реагента используют раствор гидроксида калия.