Способ получения магнетито-гипсового сорбента для очистки сточных вод Советский патент 1989 года по МПК B01J20/06 C02F1/28 C02F1/28 C02F101/10 C02F103/00 

Изобретение относится к способам получения сорбентов путем переработки отработанных сернокислых травильных растворов и может быть использовано при очистке сшшкатсодержащих сточных вод в черной металлургии, машиностроении и других отраслях промьшшенности.

Цель изобретения - повышение сорбционной емкости сорбента к силикат- ионам.

Для осуществления способа получения магнетито-гипсового сорбента

для очистки сточных вод, обработку сернокислых железосодержаи х растворов известковым молоком ведут в 2 стадии: сначала раствор обрабатывают до рН 10-11 и аэрируют до соотнощения Ре (III)/Fep5 0,8-0,9, а затем после введения сернокислого железосодержащего раствора до рИ 4-5 и соотношение Fe (III)/Fe g 0,35-0,45, известковое молоко вводят до рН 7-8 и соотношения Ре (IlI) 0,66-0,70. Повышение сорбционной емкости сорбента

достигается как за счет у 1еличе11ия его дисперсности, так и за счет дефектности образующихся К1)истсии1ов, причем селективность определяется, в основном, степенью дефектности структуры. Предложенный способ позволяет получить высокоактивный маг- нетито-гипсовый сорбент, селективный к силикат-ионам, за счет опти- мального соотношения дефектности структуры и дисперсности сорбента. На 1-й стадии обработки получают гидроксид железа (III) с добавками гидроксида железа (II), который при дальнейшей обработке обеспечивает образование магнетито-гипсовог осадка с наибольшей дефектностью структуры. Наибольшей сорбционной способностью к силикат-ионам облада ет-сорбент, полученный из гетеро- фазной системы, где железо (III) находится в твердой фазе и имеет уже сформированную структуру, дефектную благодаря вкраплениям Fe(OH), а же лезо (II) - в растворе, Гидроксид железа (III) с вкраплениями гидроксида железа (II) образуется при соотношении Fe (IlD/Fepg 0,8-0,9 на 1-й стадии. При соотношении Fe(III)/Fep ;0,3 последующее введение раствора железа (II) на 2-й стадии приводит к образованию системы: железо (II) - в осадке и растворе, железо (III) - в осадке. Получение магнетита происходит преимущественно в результате взаимодействия гидроксидов железа (II) и железа (III), находящихся в осадке. Такое отклонение от гетерофаз- ного механизма образования магнетита приводит к уменьшению его дефектности, а следовательно, и к уменьшению сорбционной емкости.При соотношении Fe(III)/Fepg 7 0,9 содержание гидроксида железа (И) в гид- роксиде железа (III) недостаточно для обеспечения дефектности структуры сорбента. Для исключения образования промежуточных продуктов окисления - ферроферритов и магнетита на 1-й стадии процесс окисления необходимо осуществлять в щелочной среде в интервале рН 10-11. Образовавшийся на 1-й стадии гидрок сид железа (III) в добавками гидроксида железа (II) смешивают с исходным кислым раствором сульфата железа (II) до достижения соотношения

Fe3 /Fep6 0,35-0,45 и рН 4-5.Именно при таких условиях не образуется гидроксид железа (II) и не осаждается на 1 идроксиде железа (II), полученном на 1-й стадии, что привело бы к получению магнетито-гипсового сорбента по известному механизму из гидроксидов железа (II и III), обладающего низкой сорбционной способностью. При рН 4 происходит частичное растворение гидроксида железа (II), что нежелательно. При рН 5 образуется гидроксид железа (II), осаждающийся на гидроксиде железа (II), полученном на 1-й стадии и играющем роль затравки, магнетит образуется быстро по известному механизму из гидроксидов железа (II и III). Такой магнетито-гип- совый сорбент не обладает дефектностью структ уры и имеет низкую сорбционную способность. Соотношение железа (HI) в твердой фазе и железа (II) в растворе также зависит от Fe /Рбобц в системе. При

соотношении Fe /Fe

общ у

близком К

с.техиометрическому для магнетита, процесс протекает слишком быстро с получением сорбента с малой сорбционной способностью. Цель 2-й стадии обработки - получение высокоактивного сорбента. Такой магнетит в силу специфичности механизма получения обладает достаточно развитой поверхностью и избирательной сорбционной способностью, в частности, к силикат-ионам.

Пример. 100 МП исходного раствора с содержанием железа 65 г/л обрабатывают 10%-ным известковым молоком до рН 8-11,5 в течение 5 мин. Образовавшуюся суспензию нагревают до 70-80 °С и азрируют до 0,5-1,0. 100 мл суспензии отбирают для исследования, а к оставшейся части приливают исходньй раствор. Необходимый объем исходного раствора рассчитывают, исходя из в суспензии гидроксидов железа (II) и (III) и в исходном растворе.После достижения температуры смесь аэрируют в течение 30-45 мин с одновременным подщелачиванием до перехода цвета из коричнево-зеленого в черньм. На фильтрацию отбирают 100 МП суспензии, остальную часть используют для сорбции, седимента- ционного и злектронно-микроскопичес5

кого aHajTuaa. Для определения удельной сорбции к 50 мл силикатсодержа- щей воды с концентрацией 3 г/л SiO добавляют сорбент в соотношении 1:1 После 40 мин перемешивания сорбент удаляют фильтрацией, а в очищенной воде определяют остаточную концентрацию силикат-ионов. Удельную сорб- ционную способность рассчитывают как отношение количества сорбированного вещества на единицу массы при поверхности сорбента.

Влияние величины рН 1-й стадии обработки на свойства магнетито-гипсового сорбента показано в табл.1.

При рН 8 образуется магнетит с сорбционной емкостью ИЗО мг/г.Дальнейшая перекристаллизация его по предложенному способу путем введения исходного раствора до рН 4-5 не происходит, а в процессе последующей нейтрализации и окисления образуется сорбент с такой же сорбционной способностью как промежуточный продукт.

Повьш1ение рН с 8 до 9,5 приводит к образованию смеси магнетита с гид- роксидом железа (III), о чем свидетельствуют коричнево-черный цвет осадка и термогравиметрический анализ. Образующийся из этой смеси в результате последующей переработки сорбент обладает недостаточной сорбционной способностью по SiO. В интервале значений рН 10-11 на 1-й стадии образуется коричневая суспензия гидроксида железа (Ш) с вкраплениями гидроксида железа (II), что подтверждает термогравиметрический анализ. При последующей обработке этого промежуточного продукта образуется магнетито-гипсовый сорбент с сорбционной способностью по 206 мг/г. Дальнейшее повышение рН нецелесообразно.

В табл. 2 приведены данные сорбционной емкости полученного сорбента при изменении соотношения Fe /Fe,5« .

При достижении величины Fe 0,8 сорбционная емкость конечного продукта резко возрастает до 208 мг/г Дальнейшее окисление до соотношения Fe /FeoBjj 1,0 приводит к снижению эффективности сорбента. Поэтому для получения наиболее эффективного сорбента необходимо выдержи04223

вать соотношение Fe3 /Fe,,j 0,8- 0,9 на 1-й стадии.

В табл. 3 приведены данные, по- казывающие влиян re рН на характеристики сорбента после введения Fe- содержащего раствора.

Влияние соотношения Fe после введения Fe-содержащей воды д на свойства магнетито-гипсового сорбента показано в табл.4.

Сравнительная характеристика сорбентов, полученных различными 15 способами приведена в табл. 5.,

Таким образом, сорбент, полу- ченньпТ в оптимальных условиях при рН 4-5, обладает максимальной удель20 ной сорбцией ( --210 мг/г), а в диапазонах соотношений 0,35 и ) 0,45 конечньй продукт обладает низкой сорбционной способностью по силикат-ионам. Целесооб25 разно придерживаться значений Fe- / /Fe , 0,35-0,45. Сопоставление

V с€щ

данных табл. 5 показывает, что предложенный способ позволяет получить магнетито-гипсовьш сорбент, облада- 3Q ющий наибольшей сорбционной способностью к си1Н1кат-ионам. Сорбент имеет удельную поверхность 80 м /г и обладает более чем в 1,5 раза боль- щей сорбционной способностью к силикат-ионам, чем природной магнетит, активированный щелочью и магнетито- гипсовый реагент, полученньп известным способом

Использование предлагаемого способа позволяет осуществить эффек35

40

45

тивную очистку силикатсодержащих стоков, благодаря применению сорбента с высокой сорбционной способностью.

Формула изо бретения

Способ получения магнетито-гипсового сорбента для очистки сточ- ных вод, включающий обработку сернокислых железосодержащих растворов известковым молоком, нагрев до 70-80 С и аэрацию, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения сорбционной емкости сорбента к силикат-ионам, обработку извест- корым молоком ведут сначала до рН 10-11, аэрацию до соотношения Fe(in) / 0,8-0,9, а затем нос715042238

ле введения сернокислого железосо- 0,35-0,45, известковое молоко вводержащего раствора до рН 4,0-5,0дят до рН 7-8 и соотношения Fe (111)/

и соотношения Fe (IlD/Febs , 0,66-0,70.

Таблица 1 ,5 10 10,5 11 11,5

Удельная сорбция магнетито-гипсо- вого сорбента по SiO,; мг/г 153 168 204 206 208 200

Примечание. При (1-я стадия) 0,8,

Fe VFe f (2-я стадия) 0,4, РН. ,5.

Таблица 2

на 1-й 0,5 0,75 0,8 0,85 0,9 1,0 стадии

Удельная сорбция магнетито-гипсо- вого сорбента по SiOj, мг/г 129 166 208 210 212 176

Примечание. При рН 11, (2-я стадия) 0,4, рН: 4,5.

Таблица 3 рН 3 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 7,0

Удельная сорбция магнетито-гипсо- вого сорбента по мг/г 172 179 211 210 210 166 133

Примечание. При рН, 10, (1-я стадия)

0,9, (2-я стадия) 0,4.

Таблица 4 Fe /Feog 0,20 0,30 0,35 0,4 0,45 0,50 0,60

Удельная сорбция магнетито-гипсо- вого сорбента по мг/г 174 180 214 210 208 150 127

Примечание. При рН 10, (1-я стадия)

0,9, pH-j 4,5.

Природный магнетит, актрованный щелочью Магнетито-гипсовый реагент, полученньЛ при аэрации со скоростью 0,2-2 им /ч (известный способ) Сорбент, полученный по предложенному способу

1.2

60

1,6160

2,6 . 210

Изобретение относится к способам получения сорбентов путем переработки отработанных сернокислых травильных растворов и может быть использовано при очистке силикатсодержащих сточных вод. Целью изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента по отношению к силикат-ионам. Для осуществления способа сернокислые железосодержащие растворы обрабатывают известковым молоком, проводят нагрев и аэрацию, сначала известковое молоко вводят до PH 10-11 и окисляют при 70-80°С до соотношения FE³⁺/ FE_общ. = 0,8-0,9, затем после введения исходного сернокислого железосодержащего раствора до PH 4,0-5,0 и соотношения FE³⁺/ FE_общ. = 0,35-0,45 известковое молоко вводят до PH 7-8 и соотношения FE³⁺/ FE_общ 0,66-0,70. Способ позволяет получить магнетито-гипсовый сорбент, обладающий в 1,5 раза большей сорбционной емкостью по SI O₃, чем известный сорбент, и составляющей 204-212 мг/г. 5 табл.