СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭМИССИИ В ВОДНУЮ СРЕДУ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ Российский патент 2021 года по МПК C22B7/00 C02F1/02 C02F1/36 C02F1/66 C02F9/02 C02F9/04 C02F9/10 C02F101/10 C02F103/16 

Описание патента на изобретение RU2742757C1

Предполагаемое изобретение относится к способам обезвреживания физико-химическими методами гальванических шламов машиностроительного производства и может быть использовано для утилизации гальванических отходов на предприятиях машиностроительной отрасли и на предприятиях, занимающихся переработкой отходов.

Осадок нейтрализации известковым молоком смешанных сточных вод гальванических участков (гальванический шлам - ГШ) машиностроительных производств содержит ряд химических элементов в частично растворимой форме и представляет определенную опасность для компонентов окружающей среды.

Предполагаемый способ обезвреживания предусматривает добавление в суспензию ГШ раствора двухвалентного сульфата железа с последующим нагреванием и введением в нагретую суспензию под воздействием ультразвуковых колебаний отработанного щелочного раствора ванн химического травления, что в свою очередь позволяет существенно снизить поступление (эмиссию) в водную среду загрязняющих веществ и допускает последующее размещение обезвреженных ГШ на полигонах промышленных отходов без ущерба окружающей среде.

Известен способ переработки ГШ [1], включающий введение в суспензию шлама влажностью более 90% пирокатехина в количестве 0,7-0,9 г на 1 дм3 суспензии, перемешивание в течение 48 ч и отделение осадка фильтрацией. Полученный фильтрат содержит пирокатехиновые комплексы металлов, извлеченных из гальванического шлама.

Недостатками [1] способа является существенная продолжительность процесса и необходимость применения дорогостоящих реагентов.

Известен способ обезвреживания шламов гальванических производств [2], включающий смешение с добавками, измельчение, термическую обработку при температуре 550-600°С, выщелачивание кислой сточной водой, фильтрацию и извлечение из раствора тяжелых металлов флотацией. Смешение проводят при измельчении методом механохимической активации с добавками в виде содержащих хлорид- или сульфат-ионы соединений в соотношении хлорид- или сульфат-ионов к сумме металлов, содержащихся в шламе, не менее 1:1.

Недостатком [2] способа является многостадийность процесса и высокие энергетические затраты.

Известен способ [3] обезвреживания ГШ, образующихся при электрокоагуляционной и реагентной очистке сточных вод, методом ферритизации, который включает термическую обработку при температуре 800-1200 °С в течении 6 часов с дальнейшим получением ферритов кальция [3].

К недостаткам [3] способа можно отнести высокую энергоемкость процесса.

Известен способ [4] переработки шламов гальванических производств, включающий выщелачивание тяжелых цветных металлов раствором серной кислоты, с последующим отделением твердой фазы из раствора выщелачивания отстаиванием и фильтрованием, селективную сорбцию ионов тяжелых цветных металлов с получением катодных осадков цинка, меди и никеля из десорбатов. Перед отделением твердой фазы в раствор выщелачивания добавляют флокулянт - сополимер винилового эфира диэтанол- или моноэтаноламина с акрилатом или метакрилатом натрия или калия.

Недостатком [4] способа является необходимость применения дорогостоящих реагентов и высокая трудоемкость процесса.

Известен способ [5] утилизации ГШ, включающий стадии смешения с добавками, измельчения, термообработки, выщелачивания, фильтрации и выделения из раствора цветных металлов. Стадию смешения проводят методом механохимической активации путем измельчения с добавлением хлорид- или сульфат-ионов в соотношении, термическую обработку - при температуре 550-600°C, а последующее выщелачивание полученного спека осуществляют кислой сточной водой собственного гальванического производства при pH≤3, раствор отделяют от осадка, и извлечение цветных металлов из полученного раствора производят флотацией при pH 8-12.

Недостатком [5] способа является многостадийность процесса, высокие материальные и энергетические затраты.

Известен способ [6] ферритизации, включающий обработку суспензии ГШ ионами двухвалентного железа и гидрооксидом натрия при рН= 9-10 и температуре 70-80 °С при интенсивном перемешивании раствора.

Недостатком [6] способа является образование промывных вод с повышенной концентрацией ионов тяжелых металлов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является техническое решение, описанное в работе [7], включающее последовательное смешение суспензии ГШ с водорастворимой солью двухвалентного железа, щелочным реагентом до рН 9-10 и нагрев смеси с постепенным подъемом температуры со скоростью 3-4 °С/мин до 70-80 °С.

Недостатком [7] способа является необходимость равномерного постепенного подъема температуры, приводящая к возрастанию энергозатрат процесса, а также повышение показателей эмиссии в водную среду ионов тяжелых металлов при несущественном отклонении температуры обработки.

Задачей заявляемого изобретения является создание простого способа снижения эмиссии химических элементов в водную среду из гальванических шламов для возможности их дальнейшего безопасного размещения на полигонах промышленных отходов.

Технический результат изобретения заключается в том, что за счет использования в качестве реагентов для обработки суспензии гальванического шлама раствора сульфата двухвалентного железа, отработанных щелочных растворов, образующихся в результате химического обезжиривания деталей, являющихся отходами производства, а также ультразвуковых колебаний, интенсифицируются процессы окисления соединений, образовавшихся в результате смешения вышеуказанных компонентов, в ферриты.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе в суспензию гальванического шлама добавляют раствор сульфата двухвалентного железа, после чего полученную смесь нагревают до температуры 70-80 °С и далее в нагретую смесь добавляют отработанный щелочной раствор (ЩР) ванн химического обезжиривания с рН=10-11. Добавление ЩР осуществляют под воздействием ультразвуковых колебаний мощностью 150 Вт/см2 и частотой 35 кГц. Массовое отношение компонентов: суспензия ГШ - раствор FeSO4 - ЩР 3:1:0,6, время воздействия ультразвука (УЗ) - 10 минут. Полученный осадок отделяется от раствора при помощи фильтрования и высушивается при температуре 105°C в течение 2 часов.

Пример: Обезвреживание ГШ по заявленному изобретению осуществляют путем обработки нагретой суспензии ГШ, смешанной с двухвалентным железом, отработанным ЩР ванн химического обезжиривания. Воздействие УЗ позволяет интенсифицировать процессы окисления, а применение в качестве одного из компонентов для обработки ГШ отработанных ЩР, являющихся отходами производства, сокращает расходы связанные с необходимостью подготовки щелочного реагента. Процесс можно представить в виде следующих химических реакций:

, (1)

, (2)

Добавление ЩР в нагретую суспензию ГШ с двухвалентным железом приводит к образованию смешанных гидроксидов (MenOH3-n(OH)6). При дальнейшем воздействии на раствор УЗ возникают кавитационные процессы, происходит схлопывание пузырьков в потоке жидкости и каждая микроскопическая частица выбрасывает в систему энергию, что в свою очередь позволяет ускорить процессы образования труднорастворимых ферритов тяжелых металлов (MenFe3-nO4).

Для реализации предложенного способа в сосуд объемом 0,5 дм3 заполненный 150 см3 воды помещают 50 г ГШ, добавляют 50 см3 раствора сульфата двухвалентного железа (г/дм3) и нагревают смесь до 70-80 °С. После чего сосуд помещают в УЗ ванну (мощность УЗ - 150 Вт/см2, частота - 35 кГц) и добавляют в него 30см3 отработанного ЩР с рН=10-11, время обработки УЗ - 10 мин. Полученный после обработки УЗ осадок - ферритизированный ГШ (ФГШ) отделяют от раствора при помощи фильтрования и высушивают при температуре 105°C.

Для оценки эффективности предложенного способа были подготовлены водные вытяжки исходного ГШ и ФГШ. Водородный показатель рН водных вытяжек определяли с помощью портативного рН-метр/нитратомера «АНИОН 7000», удельную электропроводность и относительную минерализацию (по NaCl) - кондуктометра «АНИОН 7020». Результаты измерений вышеуказанных показателей представлены в таблице на Фиг. 1.

Из представленных в таблице на Фиг. 1 данных видно, что в результате обработки вода водной вытяжки ГШ меняется с сильно щелочной на нейтральную и с пресной на ультрапресную. Снижение щелочности и относительной минерализации, отражающей ионный состав водной фазы, свидетельствует об общем уменьшении содержания ионов в ГШ после его переработки и обосновывает необходимость более детального исследования эмиссии элементов в подвижной форме в водную среду.

Методом атомно-эмиссионной спектроскопии на оптико-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой «Agilent720» проведены исследования на предмет содержания 24 элементов в водных вытяжках исходного ГШ и ФГШ. Кратность превышения предельно допустимой концентрации каждого элемента в водной вытяжке шламов вычисляли по формуле:

, (1)

где Св - массовая концентрация химического элемента в водных вытяжках образцов; ПДКв - предельно допустимая концентрация химических элементов в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [9].

Рассчитанные значения кратностей превышения ПДК по формуле 1 с использованием результатов количественного измерения содержания элементов в водных вытяжках ГШ и ФГШ методом атомно-эмиссионной спектроскопии приведены в таблице на Фиг. 2.

Согласно представленным в таблице на Фиг. 2. данным, в результате проведенной обработки кратность превышения ПДК по исследованным элементам снижается в 150÷250 раз. Эмиссия химических элементов в водную среду не превышает нормативы для вод водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

В отличие от аналога [7] заявленный способ не требует равномерного постепенного подъема температуры нагрева, что трудноосуществимо в производственных условиях и позволяет без строгого контроля температуры производить обезвреживание гальванических шламов машиностроительного производства отработанными щелочными растворами собственного производства.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно снизить эмиссию в водную среду химических элементов и допускает последующее размещение обезвреженных гальванических шламов машиностроительного производства на полигонах промышленных отходов без ущерба окружающей среде. Преимуществами предлагаемого способа являются: низкая стоимость, обусловленная применением в качестве одного из реагентов отходов производства, высокая эффективность и простота исполнения. Заявляемый способ обладает новизной, существенными отличиями и промышленно применим.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. RU №2014110808. Приоритет от 20.03.2014. Способ переработки гальванических шламов.

2. RU №2009109017. Приоритет от 20.03.2014. Способ переработки шламов гальванических производств.

3. Химическая промышленность, 1998, №10, С. 31-33.

4. RU №2012141735. Приоритет от 01.10.2012. Способ переработки шламов гальванических производств.

5. RU №2009109017. Приоритет от 11.03.2009. Способ переработки шламов гальванических производств.

6. Вестник технологического университета, 2016, Т.19, №23, С 154-156.

7. RU 96103847. Приоритет от 27.02.1996. Способ стабилизации суспензий гальванических шламов путем ферритизации.

8. Оценка и нормирование качества природных вод: критерии, методы, существующие проблемы:Учебно-методическое пособие/сост. Гагарина О.В./ Ижевск: Издательство «Удмуртский университет». - 2012. - 199 с.

9. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03. URL:http://www.dioxin.ru/doc/gn2.1.5.1315-03.htm(дата обращения: 30.03.2019).

Похожие патенты RU2742757C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ СУСПЕНЗИЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ ПУТЕМ ФЕРРИТИЗАЦИИ 1996
RU2116978C1
СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ, ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ НАХОДЯЩИХСЯ НА ХРАНЕНИИ 2005
  • Мишин Валерий Алексеевич
  • Семенов Виктор Валерьевич
  • Лейбель Игорь Григорьевич
  • Лейбель Олег Игоревич
RU2282598C1
Способ комплексной переработки сточных вод гальванических производств 2018
  • Волков Дмитрий Анатольевич
  • Чириков Александр Юрьевич
  • Юдаков Александр Алексеевич
  • Буравлев Игорь Юрьевич
RU2674206C1
Способ переработки ингибитора коррозии, содержащего соединения шестивалентного хрома и морскую воду 2019
  • Чириков Александр Юрьевич
  • Волков Дмитрий Анатольевич
  • Перфильев Александр Владимирович
  • Юдаков Александр Алексеевич
RU2731269C1
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТРАБОТАННОЙ ЦИАНИДСОДЕРЖАЩЕЙ УГОЛЬНОЙ ФУТЕРОВКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ 1997
  • Утков В.А.
  • Битнер А.А.
  • Петров С.И.
  • Нечаев Г.П.
  • Цымбалов С.Д.
  • Полозов А.Н.
  • Тесля В.Г.
RU2157418C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КРАСНЫХ ЖЕЛЕЗООКСИДНЫХ ПИГМЕНТОВ 2006
  • Богданов Игорь Александрович
  • Мурадов Гамлет Суренович
  • Плюхин Владимир Федорович
  • Лосев Юрий Николаевич
RU2309898C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ 1995
  • Тунгусов В.П.
  • Кононов М.П.
RU2092439C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МАГНИЯ И ХЛОРА ИЗ ОКСИДНО-ХЛОРИДНОГО СЫРЬЯ 2008
  • Тетерин Валерий Владимирович
  • Сизиков Игорь Анатольевич
  • Шундиков Николай Александрович
  • Бездоля Илья Николаевич
  • Кирьянов Сергей Вениаминович
  • Гладикова Любовь Анатольевна
RU2402642C2
Способ получения магнитоуправляемого сорбционного материала 2019
  • Волков Дмитрий Анатольевич
  • Чириков Александр Юрьевич
  • Буравлев Игорь Юрьевич
  • Юдаков Александр Алексеевич
RU2744806C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЯ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО ХРОМА 1996
  • Рослякова Н.Г.
  • Конорев Б.П.
  • Росляков А.О.
  • Росляков Р.О.
RU2110486C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 742 757 C1

Реферат патента 2021 года СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭМИССИИ В ВОДНУЮ СРЕДУ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ

Изобретение относится к технологии обезвреживания физико-химическими методами гальванических шламов машиностроительного производства и может быть использовано для утилизации гальванических отходов на предприятиях машиностроительной отрасли и на предприятиях, занимающихся переработкой отходов. Способ снижения эмиссии в водную среду химических элементов из гальванических шламов заключается в том, что в суспензию гальванического шлама (ГШ) добавляют раствор сульфата двухвалентного железа FeSO4, после чего полученную смесь нагревают до температуры 70-80 °С и далее в нагретую смесь добавляют отработанный щелочной раствор (ЩР) ванн химического обезжиривания с рН 10-11, добавление ЩР осуществляют под воздействием ультразвуковых колебаний мощностью 150 Вт/см2 и частотой 35 кГц в течение 10 мин при массовом отношение компонентов: суспензия ГШ - раствор FeSO4 – ЩР, равном 3:1:0,6, а полученный осадок отделяют от раствора при помощи фильтрования и высушивают при температуре 105 °C в течение 2 ч. Технический результат состоит в том, что за счет использования в качестве реагентов для обработки суспензии гальванического шлама раствора сульфата двухвалентного железа, отработанных щелочных растворов, образующихся в результате химического обезжиривания деталей, являющихся отходами производства, а также ультразвуковых колебаний, интенсифицируются процессы окисления соединений, образующихся в результате смешения вышеуказанных компонентов, в труднорастворимые ферриты для возможности их дальнейшего безопасного размещения на полигонах промышленных отходов. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 742 757 C1

Способ снижения эмиссии в водную среду химических элементов из гальванических шламов, заключающийся в том, что в суспензию гальванического шлама (ГШ) добавляют раствор сульфата двухвалентного железа FeSO4, после чего полученную смесь нагревают до температуры 70-80 °С и далее в нагретую смесь добавляют отработанный щелочной раствор (ЩР) ванн химического обезжиривания с рН 10-11, добавление ЩР осуществляют под воздействием ультразвуковых колебаний мощностью 150 Вт/см2 и частотой 35 кГц, массовое отношение компонентов: суспензия ГШ - раствор FeSO4 - ЩР 3:1:0,6, время воздействия ультразвука - 10 мин, полученный осадок отделяют от раствора при помощи фильтрования и высушивают при температуре 105 °C в течение 2 ч.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2742757C1

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ СУСПЕНЗИЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ ПУТЕМ ФЕРРИТИЗАЦИИ 1996
RU2116978C1
СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ СУСПЕНЗИЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ 2002
RU2241686C2
СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ, ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ НАХОДЯЩИХСЯ НА ХРАНЕНИИ 2005
  • Мишин Валерий Алексеевич
  • Семенов Виктор Валерьевич
  • Лейбель Игорь Григорьевич
  • Лейбель Олег Игоревич
RU2282598C1
ВАРЛАМОВА С.И
и др., Обезвреживание шламов гальванического производства методом ферритизации, "Фундаментальные исследования", 2005, N1, стр.49.

RU 2 742 757 C1

Авторы

Сафаров Рудель Николаевич

Овсянников Анатолий Анатольевич

Харлямов Дамир Афгатович

Маврин Геннадий Витальевич

Фатихова Динара Робертовна

Даты

2021-02-10Публикация

2020-08-24Подача