Способ утилизации жидких хромовых отходов Российский патент 2020 года по МПК C02F1/28 C02F1/62 C02F1/70 C02F9/04 C02F9/10 C01G37/33 F23G7/04 B22F9/02 B22F9/24 B22F9/30 C02F101/22 C02F103/16 

Изобретение относится к технологии утилизации гальванических растворов, содержащих ионы шестивалентного хрома, и может быть использовано в машиностроительной, радиоэлектронной, электротехнической промышленности, приборостроении, гальванотехнике.

Основные поставщики ионов тяжелых металлов - гальванические производства. Из всех ионов тяжелых металлов выделяют одни из самых опасных - это ионы шестивалентного хрома (+6). Сейчас очистка сточных вод гальванического производства выполняется в основном с помощью реагентного метода. Суть этого метода заключается в переводе шестивалентного хрома в трехвалентный, его последующего осаждения с помощью соды и захоронения осадка на специальных полигонах. Но в настоящее время специальных полигонов крайне мало, и осадок с очистных сооружений выбрасывается на свалки, в водоемы, леса, несмотря на то, что это запрещает законодательство. Далее при воздействии на осадок кислотных дождей, он растворяется и загрязняет окружающую среду. Таким образом, очистка сточных вод проводилась зря. В связи с вышесказанным, большой проблемой промышленных предприятий является утилизация отработанных хромсодержащих растворов.

Известен способ очистки водных растворов от примесей соединений хрома (VI) по патенту SU 1623974, опубликованный 30.01.1991 г., согласно которому отработанный раствор, содержащий хром (+6) смешивают с реагентом-восстановителем, в качестве которого используют древесные опилки.

Известен способ очистки концентрированных отработанных водных растворов от соединений хрома (VI) по патенту RU 2109691, опубликованному 27.04.1998г., включающий восстановление шестивалентного хрома в кислой среде древесными опилками и последующее введение серной кислоты.

Недостатком указанных способов является то, что они позволяет лишь перевести шестивалентный хром в трехвалентный в растворах и не использует опилки для полного цикла утилизации.

Способ очистки водных растворов от примесей соединений хрома (VI) по патенту SU 1623974 является наиболее близким аналогом к изобретению.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа эффективной утилизации жидких хромовых отходов с применением древесных опилок для получения полного цикла утилизации.

Техническим результатом является полная эффективная утилизации жидких хромовых отходов с применением древесных опилок.

Дополнительным техническим результатом является получение из жидких хромовых отходов ценного химического материала: оксида хрома (III).

Для достижения технического результата способ утилизации жидких хромовых отходов включает погружение древесных опилок в емкость с жидкими хромовыми отходами, выдерживание древесных опилок в емкости с жидкими хромовыми отходами не менее 36 часов, просушивание древесных опилок, впитавших жидкие хромовые отходы, и последующее сжигание древесных опилок до полного их сгорания с получением порошка, содержащего Cr₂O₃.

Также для достижения технического результата древесные опилки перед погружением в емкость с жидкими хромовыми отходами предварительно помещают в мешок из полипропилена, количество древесных опилок берут из расчета того, что 1 кг древесных опилок может впитать около 3-х литров жидких хромовых отходов.

Выдерживание древесных опилок в емкости с жидкими хромовыми отходами не менее 36 часов, просушивание древесных опилок, впитавших жидкие хромовые отходы, и последующее сжигание древесных опилок позволяет получить полный цикл утилизации жидких хромовых отходов, и полную очистку как от ионов шестивалентного хрома, так и от ионов трехвалентного хрома.

Кроме того, в результате применения указанного способа получается ценный химический материал: оксида хрома (III).

Сущность изобретения поясняется фигурами:

Фиг. 1 - График зависимости количества впитываемого древесными опилками раствора от времени их нахождения в растворе,

Фиг. 2 - График зависимости выделения хрома (6+) от времени,

Фиг. 3 - Установка для термообработки древесных опилок.

Способ осуществляют следующим образом.

В емкость заливают жидкие хромовые отходы, в основном, это отработанные растворы травления латуни, после чего в эту же емкость погружают древесные опилки. Древесные опилки предварительно помещают в мешок из полипропилена. Древесные опилки выдерживают в емкости с хромовыми отходами не менее 36 часов. За это время происходит процесс морения древесины. Древесные опилки вносят в количестве из расчета того, что 1 кг древесных опилок может впитать около 3-х литров жидких хромовых отходов (с концентрацией CrO₃ примерно 250 г/л). После того, как древесные опилки впитают жидкость, их высушивают в мешках, затем помещают в металлическую сетку с размером сот 1 мм² и подвергают термообработке в специальной установке до полного сгорания с получением порошка, содержащего преимущественно Cr₂O₃ (этап сжигания древесных опилок, впитавших хромовый раствор).

В результате сгорания получают оксид хрома (III). Таким образом, с помощью химических процессов разработан способ эффективной утилизации различных отходов производства на основе шестивалентного хрома с применением древесных опилок с получением ценного химического материала: оксида хрома (III).

Зависимость количества впитываемого древесными опилками раствора от времени их нахождения в растворе и определение объема впитавшегося раствора на 1 кг опилок были определены экспериментально. Для этого проведен следующий опыт.

Используемое оборудование и вещества: шесть емкостей одинакового объема, древесные опилки, отработанный раствор травления латуни на основе CrO₃ и H₂SO₄ (CrO₃ - 250 г/л).

Цель опыта: выявление зависимости количества впитываемого раствора от времени и определение объема впитавшегося раствора на 1 кг опилок.

Ход опыта:

Берут шесть пластиковых бутылок одинакового объема, наполняют их древесными опилками в количестве 15 гр., далее заливают 174 мл хромового раствора. Через 3 часа открывают пробку у первой бутылки и сливают оставшуюся жидкую часть в другую емкость. Получившийся объем жидкой части составил 150 мл. Через 24 часа проделывают тоже самое со второй бутылкой. Объем оставшейся жидкой части составил 133 мл. Далее, через 36 часов сливают жидкую часть с третей бутылки с опилками. Объем оставшейся жидкой части составил 130 мл. В следующих бутылках с течением времени объем жидкой части не уменьшался, а это значит, что опилки перестали впитывать в себя хром спустя 36 часов (фиг. 1).

Таким образом, установлено, что самое эффективное время впитывания - 36 часов, и объем впитавшегося раствора на 1 кг опилок примерно равен 2,93 л.

Непригодность для захоронения древесных опилок, впитавших хромовый раствор, без полного сжигания была выявлена экспериментальным путем. Для этого проведен следующий опыт.

Используемое оборудование и вещества: древесные опилки, впитавшие хромовый раствор, фенилантраниловая кислота, соль Мора, пипетки для титрования, Колба Эрленмейера (коническая колба), серная кислота 25%, дистиллированная вода.

Цель опыта: выявить присутствие или отсутствие утечек хрома из древесных опилок.

Ход опыта:

Опилки, впитавшие в себя хромсодержащие отходы, промывают в воде и берут водные вытяжки каждую неделю. Навеска опилок - 5 гр. Результаты:

1 неделя: Cr⁶⁺ - 1,63 г/л; 2 неделя: Cr⁶⁺ - 1,5 г/л, далее зависимость можно проследить на графике (фиг. 2).

Таким образом, выяснено, что хром сочится из опилок длительное время, а это значит, что опилки не пригодны для захоронения в данном состоянии. Поэтому возникла необходимость утилизации древесных опилок, впитавших хромовый раствор. Для этого был проведен следующий опыт.

Используемое оборудование и вещества: бочка без дна, асбестовая ткань, проволока, металлическая сетка с размером сот 1 мм² для опилок, газовая горелка, древесные опилки, впитавшие в себя жидкие хромовые отходы, и после этого просушенные.

Цель опыта: утилизация древесных опилок, впитавших жидкие хромовые отходы, в специальной установке (фиг. 3).

Ход опыта:

Берут металлическую бочку 1 без дна, дополнительно наматывают несколько слоев утеплителя 2 для сохранения тепла, в качестве утеплителя 2 используют асбестовое полотно. В бочку 1 погружают древесные опилки, предварительно помещенные в металлическую сетку 3 с размером сот 1 мм². Сетка 3 с опилками прикрепляется на проволоке 4 к бортам бочки 1. Для сжигания опилок используют огонь, получаемый от костра или газовой горелки 5 под бочкой. Было загружено в сетку 12,5 кг опилок, и в результате получено 2,5 кг порошка. Время интенсивного горения опилок составило 2 часа, но процесс продолжался до полного окончания тления сгоревших опилок.

Пример осуществления изобретения.

Способ утилизации отработанных растворов травления латуни с помощью древесных опилок с последующей термообработкой был отработан на производстве ОАО «Златоустовский часовой завод».

Отработанные хромовые растворы, в частности, раствор травления латуни разливают по емкостям, после чего в емкости вносят древесные опилки в количестве, рассчитанном из того, что 1 кг древесных опилок может впитать около 3-х литров жидких хромовых отходов. Древесные опилки выдерживают в хромовых отходах не менее 36 часов. Древесные опилки предварительно помещают в мешок из полипропилена. После впитывания жидкости в опилки, их просушивают и подвергают термообработке в специальной установке до полного сгорания с получением порошка, содержащего Cr₂O₃. Специальная установка представляет собой металлическую бочку 1 без дна объемом 200л. Для большей эффективности сжигания бочка 1 теплоизолируется утеплителем 2, в качестве утеплителя 2 используют асбестовое полотно. В бочку 1 погружают древесные опилки, предварительно помещенные в металлическую сетку 3. Сетка 3 с опилками прикрепляется на проволоке 4 к бортам бочки 1. Сетка 3 выполнена из металла, имеет размер сот 1 мм². Для термообработки опилок под бочкой 1 разводится костер либо устанавливается газовая горелка 5. После термообработки получается порошок со следующим содержанием: оксид хрома (III) 74%, оксид меди 13%, оксид железа (II) 5%, оксид цинка 6%, остальные 2% составляют такие вещества как: оксид кальция, оксид кремния, фосфор, оксид марганца, оксид алюминия, никель. Полученный порошок использовался для изготовления полировочной пасты (пасты ГОИ) производства ОАО "Златоустовский Часовой Завод". Согласно протоколу исследования №60-424 от 03.06.2019 года, содержание оксида хрома в порошке составляет 74%, и данный порошок рекомендован при производстве феррохрома, силикохрома, хрома металлического на ферросплавных предприятиях.

Таким образом, предложен способ не просто обезвреживания жидких хромовых отходов, а их полной утилизации. Данный способ позволяет эффективно утилизировать хромовые отходы, при этом достоинствами способа являются: дешевизна, простота, доступность, возможность вторичного использования ресурсов, локальное действие (отсутствие дополнительных производств, переносящих загрязнения из одной сферы в другую, и отсутствие дополнительных рабочих площадей), возможность обезвреживания разлитых на пол или на землю отходов при чрезвычайных ситуациях (жидкость может быть заполнена древесными опилками на полу или земле без предварительно ее сбора в емкость), сохранение эффективности при наличии веществ, попавших в раствор случайно или по невнимательности работников.

Изобретение относится к технологии утилизации гальванических растворов, содержащих ионы шестивалентного хрома, и может быть использовано в машиностроительной, радиоэлектронной, электротехнической промышленности, приборостроении, гальванотехнике. Способ утилизации жидких хромовых отходов включает погружение древесных опилок в емкость с жидкими хромовыми отходами, выдерживание древесных опилок в емкости с жидкими хромовыми отходами не менее 36 ч, просушивание древесных опилок, впитавших жидкие хромовые отходы, и последующее сжигание древесных опилок до полного их сгорания с получением порошка, содержащего Cr₂O₃. Техническим результатом является полная эффективная утилизация жидких хромовых отходов с применением древесных опилок и получение из жидких хромовых отходов ценного химического материала: оксида хрома(III). 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ утилизации жидких хромовых отходов, включающий погружение древесных опилок в емкость с жидкими хромовыми отходами, выдерживание древесных опилок в емкости с жидкими хромовыми отходами не менее 36 ч, просушивание древесных опилок, впитавших жидкие хромовые отходы, и последующее сжигание древесных опилок до полного их сгорания с получением порошка, содержащего Cr₂O₃.

2. Способ утилизации жидких хромовых отходов по п.1, отличающийся тем, что древесные опилки перед погружением в емкость с жидкими хромовыми отходами предварительно помещают в мешок из полипропилена.

3. Способ утилизации жидких хромовых отходов по п.1, отличающийся тем, что количество древесных опилок берут из расчета того, что 1 кг древесных опилок может впитать около 3-х литров жидких хромовых отходов.