Способ подготовки гальваношлама к утилизации Российский патент 2018 года по МПК C22B7/00 

Изобретение относится к области подготовки гальваношламов-гидроксидов тяжелых металлов, образующихся при очистке сточных вод гальванических участков, для последующей утилизации.

Проблема утилизации гальваношламов является межотраслевой, поскольку гальванические цехи и участки имеются на большинстве крупных предприятий, но наиболее она выражена в машиностроении, где широко используется набор гальванических операций (травление, хромирование, никелирование, цинкование, меднение и др.) Отработанные рабочие растворы и промывные воды, идущие на очистку различными способами порождают различие в количественном и качественном составе гальваношламов по ионам тяжелых металлов.

Но даже при наличии полигонов, захоронение гальваношламов не является рациональным, поскольку они состоят из соединений, обладающих ценными свойствами, относящихся к исчерпаемым природным ресурсам.

Известен способ подготовки гальваношлама для агломеризации и утилизации [А.С. 1581758 СССР, МПК С22В 1/00. Способ подготовки шлама для агломерации. [Бюл. Открытия. Изобретения. 1990.28. С. 118]. Он основан на использовании отходов извести и реализации процесса ее гашения за счет влаги шлама.

В качестве недостатков и узких мест способа могут быть отмечены возможность его использования для подготовки шлама к утилизации лишь с ограниченной влажностью (не более 15-20%), обусловленная чрезмерно большими расходами дорогостоящей извести и малопригодностью полученного композита для проведения последующего термовосстановительного процесса соединений гальваношлама до металлов, в то время как фактическая влажность гальваношламов после обезвоживания не менее 45%.

Известен способ подготовки шлама к агломеризации [Заявка №98122482/02 от 15.12.98. МПК С22И 1/14, C02F 11/14. Способ подготовки шлама к агломерации]. Он отличается от предыдущего способа тем, что в качестве влагопоглощающего агента используют воздушно- сухой торф. Согласно этому способу процесс осуществляется в условиях перемешивания с подачей шлама в торф, взятый в количестве 50-80% от значения влажности шлама.

Однако указанный расход торфа, превышающий 50% от значения влажности шлама снижает практическую значимость проекта в связи с необходимостью использования значительных количеств исчерпаемого природного сырья на по нетрадиционному направлению.

Наиболее близким к заявленному является способ подготовки гальваношлама к агломеризации и утилизации. [Патент РФ №2535110. Опубликован 10.12.2014 Бюл. №34. МПК С22В 7/00 (2006.01) С22В 5/04 (2006.01)] Процесс осуществляется в условиях перемешивания компонентов, взятых в соотношении: на одномассовую долю шлама приходится 0,43 масс. долей касситеритового концентрата (36% SnO), 0,49 масс. долей угля, 0,49 масс. долей карбоната натрия, 0,3 масс. долей хлорида натрия.

Однако способ (прототип) имеет целый ряд существенных недостатков: 1) Все компоненты получаемой шихты являются дефицитными и дорогостоящими материалами; 2) Их дозировка берется из расчета на одну массовую долю шлама, что говорит о потребности больших количеств всех компонентов, используемых в настоящее время в других традиционных направлениях; 3) Значительные размеры частиц касситеритового концентрата и угля по сравнению с наночастицами гидроксидов гальваношлама не обеспечивают плотного контакта поверхностей взаимодействия при проведении термовосстановительного процесса окисленных металлов; 4) Процесс ведут при высокой температуре в течение длительного времени.

Задачей настоящего изобретения является снижение дефицитности, стоимости и сокращения времени подготовки гальваношлама к утилизации за счет использования для восстановления содержащихся в них ионов тяжелых металлов крупнотоннажных, легкодоступных отходов производства, в качестве которых выступает тонкодисперсный отход технического углерода.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ подготовки гальваношлама к утилизации, включающий перемешивание гальваношлама в реакторе с восстановителем окисленных металлов. Перед перемешиванием проводят обезвоживание гальваношлама на вакуум- или прессфильтрах, после чего перемешивание ведут при нормальной температуре в течение 20-25 мин., при этом в качестве восстановителя отходы технического углерода, которые вводят при подготовке гальваношлама в количестве 15-100% от сухого вещества гальваношлама, при этом 80-100% обезвоженного гальваношлама подают в реактор перед загрузкой отходов технического углерода, а отходы технического углерода за время перемешивания вводят тремя частями - сразу после загрузки технического углерода, через 5-10 мин от начала перемешивания и затем через 5-10 мин при остановленной мешалке. При этом получается однородный, сыпучий или тиксотропный, непылящий композит.

Исследования по формированию из обезвоженного гальваношлама сыпучего или тиксотропного композита - агломерата были проведены в лабораторных условиях. В качестве агрегата для перемешивания был использован гомогенизатор объемом 1,5 дм³ с мешалкой (скорость вращения 100 оборотов в минуту).

В гомогенизатор при скорости вращения мешалки 20 оборотов в минуту загружался весь гальваношлам, после чего скорость вращения мешалки увеличивалась до 100 оборотов в минуту. На момент подачи первой трети общего количества отхода технического углерода мешалка останавливалась, а после его загрузки скорость вращения увеличивалась до 100 оборотов в минуту и поддерживалась до момента второй загрузки через 5-10 минут после полного выполнения первой. Таким же образом производилась загрузка третьей порции через 10-15 минут при остановленной мешалке. Общее время перемешивания при 100 оборотах в минуту составляло 20-25 минут, не считая времени на загрузку отхода технического углерода.

Полученный композит выгружался в емкость. В зависимости от дозировки отхода технического углерода в пределах 15-100% от сухого вещества гальваношлама композит представлял сыпучую или тиксотропную массу. Достижение максимальной степени однородности структуры композита за установленное время смешения определялось аналитически по определению минимального разброса концентрации катиона в пробах, взятых в разных микрообъемах полученного композита.

Композит пригоден для последующей термо-восстановительной утилизации как добавка в металлургическую шихту в зависимости от катионного состава гальваношлама.

Способ включает обезвоживание гальваношламов на вакуум- или пресс- фильтрах (выполняется у владельцев гальваношламов) и его перемешивание в реакторе с мешалкой с отходами технического углерода, обеспечивающие восстановление окислительных металлов и их возврат для повторного использования [Отход технического углерода, образующиеся при его производстве (Федеральный классификационный каталог отходов - ФККО, Код 3.12.112.91.29.3 «Смет углерода технического в его производстве»), отход технического углерода при его подготовке для производства резиновых смесей (ФККО, Код 3.31.055.12.40.4), отход технического углерода в виде пыли при производстве резиновых смесей (ФККО, Код 3.31.115.11.42.4), пыль технического углерода при газоочистке в производстве резиновых смесей (ФККО, Код 3.31.713.11.42.4)].

Полученный однородный, непылящий композит пригоден для проведения дальнейшей тепловой обработки с восстановлением окисленных металлов гальваношлама.

Миллионы тонн ежегодно образующихся неутилизируемых гальваношламов, содержащих токсичные тяжелые металлы, представляют угрозу населению вследствие их неконтролируемого распространения по территории регионов, у которых отсутствуют полигоны захоронения, соответствующие СНиП 2.01.28-85 и СанПиН 2.1.7.1322-03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления»

Одновременно решение проблемы утилизации гальваношламов связано с социальным эффектом - улучшением среды обитания человека и экономическим эффектом - отсутствием необходимых огромных затрат на строительство полигонов - могильников, опасных в экологическом отношении, экономией природных ресурсов за счет превращения гальваношламов в востребованный обществом продукт - восстановленные металлы. По своей сущности сухой остаток гальваношлама представляет собой агломерат - смесь различных руд, который необходимо наименее затратным способом готовить к термовосстановительному процессу. По требованию санитарных правил и норм владелец отходов - гальваношламов обязан для направления на дальнейшую переработку обезводить их, превратив в пасту, то есть у владельца гальваношлама должен быть вакуум- или пресс- фильтр. К сожалению, утилизация гальваношлама не получила распространения, поскольку предлагаемые технологии были весьма сложными и затратными, что заставляло владельцев данного вида отходов искать обходные пути.

Изобретение относится к подготовке гальваношламов - гидроксидов тяжелых металлов, образующихся при очистке сточных вод гальванических участков, для последующей утилизации. Гальваношлам перемешивают в реакторе с восстановителем окисленных металлов. Перед перемешиванием проводят обезвоживание гальваношлама на вакуум- или прессфильтрах. Перемешивают при нормальной температуре в течение 20-25 мин. В качестве восстановителя используют отходы технического углерода, которые вводят при подготовке гальваношлама в количестве 15-100% от сухого вещества гальваношлама. При этом 80-100% обезвоженного гальваношлама подают в реактор перед загрузкой отходов технического углерода, а отходы технического углерода за время перемешивания вводят тремя частями - сразу после загрузки технического углерода, через 5-10 мин от начала перемешивания и затем через 5-10 мин при остановленной мешалке. Способ обеспечивает восстановление окисленных металлов и их возврат для повторного использования.

Способ подготовки гальваношлама к утилизации, включающий перемешивание гальваношлама в реакторе с восстановителем окисленных металлов, отличающийся тем, что перед перемешиванием проводят обезвоживание гальваношлама на вакуум- или прессфильтрах, после чего перемешивание ведут при нормальной температуре в течение 20-25 мин, при этом в качестве восстановителя используют отходы технического углерода, которые вводят при подготовке гальваношлама в количестве 15-100% от сухого вещества гальваношлама, при этом 80-100% обезвоженного гальваношлама подают в реактор перед загрузкой отходов технического углерода, а отходы технического углерода за время перемешивания вводят тремя частями - сразу после загрузки технического углерода, через 5-10 мин от начала перемешивания и затем через 5-10 мин при остановленной мешалке.