Способ утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов Российский патент 2017 года по МПК C22B19/30 C22B15/00 C01G9/02 C22B7/00 C22B3/06 

Изобретение относится к технологии утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, отходов цинка и может быть использовано в машиностроении и гальванотехнике.

Сточные воды гальванических производств весьма вредно влияют на экосистему: водоем-почва-растение-животный мир-человек. Широко применяемый реагентный способ очистки гальванических стоков прост и дешев, однако не решает проблему утилизации ценных компонентов, которые безвозвратно теряются с осадками. Эти осадки должны быть захоронены на спецполигонах, но в большинстве случаев их просто нет. Захоронение отходов производится на городских бытовых свалках, несмотря на то, что отходы оказывают негативное влияние на экологию, так как в форме растворимых соединений переходят в грунтовые воды. Поэтому большой проблемой промышленных предприятий является утилизации отработанных гальванических растворов, в том числе и травильных растворов.

Предприятия, которые изготавливают детали из латуни, имеют большой объем отработанного материала, в частности латунной стружки, который требует утилизации.

Известен способ переработки латунного лома и стружки на медный купорос и хлористый цинк, описанный в патенте SU 7008 патентообладателя Н.Ф. Юшкевича, опубликованном 10.11.1928 года, согласно которому стружка обрабатывается в 7 этапов:

1) образование сплавов хлористых металлов действием газообразного хлора в шахтной печи,

2) растворение полученных сплавов в слабом растворе соляной кислоты при продувке воздуха,

3) осаждение меди окисью цинка при нагревании и отделении осадка от раствора,

4) упаривание раствора хлористого цинка до нормальной концентрации,

5) растворение осадка серной кислотой,

6) упаривание раствора, содержащего соли меди, и выделение медного купороса,

7) очистка маточного раствора действием хлористой меди, возвращение раствора в производство на этап №3.

Существенными недостатками описанного способа являются необходимость применения дополнительных химических реагентов и создания специального сложного производства.

Известен способ переработки латунной стружки (http://pererabotka.ucoz.ru/index/primery_pererabotki_otkhodov/ ) методом ее плавления в условиях пиролиза (без доступа воздуха) без угара цинка и меди. Пары цинка конденсируются в слое стружки, находящейся в камере пиролиза выше рабочей зоны печи. По мере плавления слой оседает и оказывается в рабочей зоне печи, где плавится вместе с уловленным цинком. Перед разливом металла остатки стружки кратковременно перемешивались с жидким металлом с их плавлением, после чего разлив металла осуществлялся через нижнее основание камеры пиролиза. Стружка предварительно отжигалась. При загрузке стружки в нее вводился полукокс.

Недостатками указанного способа является его неэффективность, поскольку при плавлении теряется большое количество латунной стружки, а также сложность, поскольку существует необходимость применения дополнительного оборудования и химических материалов.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка эффективного способа совместной утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, а также отходов цинка с помощью простых химических процессов.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, а также отходов цинка и повышение его эффективности.

Дополнительным техническим результатом является получение из отходов латуни, отходов цинка, отработанных травильных растворов ценных химических материалов в виде контактной меди и гидроксида цинка.

Для достижения технического результата в способе утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов согласно изобретению в емкость с отработанными травильными растворами вносят отходы латуни и выдерживают при периодическом перемешивании до достижения максимального значения рН, после чего в емкость добавляют отходы цинка и выдерживают до достижения рН порядка 7, затем отделяют осажденную на дне емкости медь, в оставшиеся в емкости растворенные соли цинка добавляют кальцинированную или каустическую соду, перемешивают и отстаивают до получения осадка в виде карбоната или гидроксида цинка, который можно отделить от жидкости.

Также для достижения технического результата в способе утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов применяют растворы травления латуни или меди, а отходы латуни размещают в мешке из полипропилена или другого аналогичного функционального материала, например хлорин-ткани.

Патентные исследования не выявили технических решений, характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение осуществляется следующим образом.

В емкость заливают отработанные травильные растворы. Допускается применение растворов травления латуни либо меди на основе любых кислот, в частности серной, азотной, соляной и других. В отработанные травильные растворы закладывают отходы латуни, в частности используется латунная стружка. Отходы латуни могут быть размещены в мешке из полипропилена или другого аналогичного функционального материала, например хлорин-ткани. Отходы латуни выдерживают в отработанных травильных растворах при периодическом перемешивании до достижения максимального значения рН. После этого в емкость добавляют отработанные цинковые аноды (также допускается применение любых отходов цинка) и выдерживают до достижения рН порядка 7. Осажденная медь собирается на дне емкости, ее отделяют в другую емкость. На следующем этапе в первоначальную емкость, содержащую растворенные соли цинка, добавляют кальцинированную или каустическую соду (допускается применение любой щелочи), перемешивают и отстаивают до получения осадка в виде карбоната или гидроксида цинка. После отстаивания растворы фильтруются для отделения полученного осадка. Таким образом, с помощью простых химических процессов и совместного использования отходов производства: отходов латуни, отработанных травильных растворов, а также отходов цинка разработан способ утилизации указанных отходов, кроме того, получены ценные химические материалы в виде контактной меди и гидроксида (карбоната) цинка.

Примеры осуществления предложенного способа утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов.

Опыт №1

Используемые вещества:

- латунная стружка,

- отработанный раствор травления латуни на основе НNО₃ и Н₂SО₄.

Цель опыта: насытить медью и цинком из латунной стружки отработанные травильные растворы, содержащие соли цинка и меди, нейтрализовав остатки кислоты.

В стеклянную емкость объемом 2 л засыпают 500 г латунной стружки и добавляют до полного объема разбавленный в пропорции 1:1 отработанный раствор травления латуни на основе НNО₃ и Н₂SО₄ (допускаются растворы на любых кислотах). Раствор выдерживают 24 часа до достижения максимального значения рН, в данном случае рН≈2,4. После фильтрации раствора через полипропиленовый мешок и промывки под проточной водой остатков латунной стружки полученный состав стружки анализируют.

Полученные результаты: из результатов анализа видно, что цинк растворяется быстрее, чем медь, и максимальное значение достигнутого рН≈2,4.

Опыт №2

Используемые вещества:

- слитый раствор, полученный в опыте №1,

- отработанные цинковые аноды,

- дистиллированная вода.

Цель опыта: осадить медь путем добавления в слитый раствор из опыта №1 отработанных цинковых анодов.

В слитую жидкую фракцию, полученную в опыте №1, добавляют 2 отработанных цинковых анода. Раствор выдерживают 24 часа до рН≈7, на поверхность выделяется медь. Отфильтрованную медь промывают дистиллированной водой. После отстаивания раствор сливают через воронку и фильтровальную бумагу, отделив медь, которую после сушки направляют на спектральный анализ.

Полученные результаты: получен осадок в виде порошковой меди, но с примесями цинка, которые достаточно легко удаляются.

Опыт №3

Используемые вещества:

- слитый раствор, полученный в опыте №2,

- кальцинированная сода,

- дистиллированная вода.

Цель опыта: осадить карбонат цинка путем добавления кальцинированной соды в слитый раствор из опыта №2.

Жидкую фракцию из опыта №2 постепенно смешивают с кальцинированной содой до рН≈7,5-8,3. Раствор отстаивают 30 минут для осаждения осадка. После фильтрации полученного осадка через фильтровальную бумагу и воронку получают чистый карбонат цинка, который анализируют.

Полученные результаты: осажден чистый карбонат цинка.

Опытно-промышленная отработка

Опытно-промышленный способ совместной утилизации отходов латуни, отходов цинка и отработанных травильных растворов заключается в следующем.

В ванну №1 заливается промывная вода после травления латуни и закладывается латунная стружка в полипропиленовом мешке. По окончании реакции мешок перемещается в ванну №2, куда сливают следующие промывные травильные воды, а в первую ванну помещают новый мешок со свежей латунной стружкой. После окончания реакции мешки перемещают в следующие ванны и так до полного растворения латунной стружки.

После этого в ванны добавляют отходы цинка, выдерживают до достижения рН ≈ 7, а осажденная медь собирается на дне ванн. После этого жидкая фракция отделяется декантацией сифоном в отдельную емкость.

На следующем этапе в ванны, содержащие растворенные соли цинка, добавляют кальцинированную или каустическую соду, перемешивают. После отстаивания растворы фильтруют для отделения полученного осадка.

Таким образом, предложенный способ утилизации латунной стружки, отработанных травильных растворов и отходов цинка с получением ценных вторичных химических материалов (порошковой меди и гидроксида (карбоната) цинка) может быть реализован на действующих предприятиях без дополнительных капиталовложений и может найти применение в машиностроении и гальванотехнике для утилизации отходов, поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к технологии утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, отходов цинка и может быть использовано в машиностроении и гальванотехнике. Способ утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов заключается в том, что в емкость с отработанными травильными растворами вносят отходы латуни и выдерживают при периодическом перемешивании. После выдержки в емкость добавляют отходы цинка и выдерживают до достижения рН порядка 7. Далее отделяют осажденную на дне емкости медь, а в оставшийся в емкости раствор добавляют кальцинированную или каустическую соду, перемешивают и отстаивают до получения осадка в виде карбоната или гидроксида цинка, который отделяют от раствора. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, а также отходов цинка и повышение его эффективности. 3 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ утилизации отходов латуни, цинка и отработанных травильных растворов, характеризующийся тем, что в емкость с отработанным травильным раствором добавляют отходы латуни и проводят выдержку при периодическом перемешивании, после чего в емкость добавляют отходы цинка и выдерживают до достижения рН порядка 7, далее отделяют осажденную на дне емкости медь, а в оставшийся в емкости раствор, содержащий соли цинка, добавляют кальцинированную или каустическую соду, перемешивают и отстаивают до получения осадка в виде карбоната или гидроксида цинка, который отделяют от раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют отработанные растворы травления латуни.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют отработанные растворы травления меди.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы латуни размещают в мешке из полипропилена или хлорин-ткани.