Способ очистки кислых сточных вод от мышьяка и цветных металлов Советский патент 1992 года по МПК C02F1/62 

Изобретение относится к очистке кислых сточных вод, образующихся в металлур- гическом производстве, от мышьяка и цветных металлов, в частности прдмывных вод сернокислотного производства.

Широкое применение для очистки сточных вод металлургических производств (промывной кислоты) от мышьяка и цветных металлов нашел способ, основанный на способности кислородсодержащих анионов мышьяка образовывать в присутствии гид- роксида кальция труднорастворимые осадки арсената кальция и гидроксидов цветных металлов, или способ, основанный на использовании железа (II) или железа (III) для осаждения мышьяка.

Но этими способами нельзя достичь необходимой глубины очистки от мышьяка и цветных металлов из-за значительной величины произведения растворимости образующихся соединений. Остаточные содержания мышьяка и цветных металлов не позволяют сбрасывать очищенные этими способами сточные воды на городские очистные сооружения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ очистки сточных вод металлургических производств путем обработки их шлаком фаялитового типа. Способ заключается в том, что сточные воды обрабатывают смесью шлака состава, %: FeO 50; Si02 32;

Ч

4 00

7; CaO 12; Zn 3,5, с концентрированной серной кислотой, взятых в весовом соотношении 1:1-2 при 40-60°С в течение 15-20 мин, Далее сточные воды обрабатывают щелочным реагентом - 20-30%-ным раствором кальцинированной соды в количестве, необходимом для изменения рН среды от 4-5 до 7,5-8, затем в течение 40-50 мин проводят продувку воздухом. Осадок отделяют фильтрованием.

Однако этот способ имеет следующие недостатки: высокий расход смеси шлака с кислотой (5-6 кг на 1 м3 стоков); длительное время обработки сточных вод реагентом (15-20 мин) при значительном расходе энергии для нагрева их до 40-60°С; необходимость применения дорогостоящей и дефицитной кальцинированной соды и длительность обработки сточных вод воздухом (40-50 мин) при значительном расходе энергии на компремирование воздуха.

Кроме того, степень очистки сточных вод недостаточна, образуется значительное количество осадков (5-6 кг/м очищенных сточных вод), которые непригодны для дальнейшей переработки, поэтому их необходимо захоранивать либо складировать (при этом возможно вымывание токсичных компонентов). Все это сочетается с высокой стоимостью очистки сточных вод.

Целью изобретения является повышение степени очистки, упрощение процесса и обеспечение возможности получения утилизируемых продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что кислые сточные воды обрабатываются железосодержащим реагентом - шлаком шах- тной свинцовой плавки после фьюмингования и нейтрализуются раствором гидроксида кальция до рН 9-9,5 с последующим отделением осадка.

Сточные воды обрабатывают шлаком свинцовой плавки после фьюмингования на основе окислов кремния, кальция, натрия, железа, свинца и цинка в барабане, загру- женномшлаком на 1 /3 объема при скорости вращения 2-4 об/мин, время обработки раствора шлаком составляет 2,5-3 мин.

Наличие в составе шлака оксидов кремния и натрия приводит к тому, что при температуре возгонки цинка, равной 1200°С, в шлаке образуется некоторое количество смеси орто- и метасиликатов кальция и натрия. При взаимодействии такого шлака со сточной водой, содержащей свободную кислоту, в растворе протекает ряд параллельных процессов: нейтрализация кислоты с. образованием гипса, растворение железа с образованием сульфата железа и одновременной нейтрализацией свободной кислоты, гидролиз метасиликата натрия, который протекает ступенчато с образованием свободной щелочи, а при подкисления растворов силикатов в свободном виде выделяется

кремниевая кислота.

Периодический режим аэрации является необходимым условием осуществления предлагаемого способа по ряду причин: вне раствора на поверхности шлака создается

0 щелочная среда, при этом происходит нейтрализация раствора, гидролиз метасиликатов и переход Fe(II) в Fe(III); при погружении шлака в раствор среда меняется на кислую, при этом происходит образование из мета5 и ортосиликатов свободной кремниевой кислоты, растворение железа, сопровождающееся нейтрализацией кислых сточных вод и образование гипса, также сопровождающееся нейтрализацией раствора.

0 При протекании этих процессов в аппарате барабанного типа происходит интен- сивное перемешивание раствора со шлаком и снятие диффузионной пленки, которая препятствует проникновению раствора в глубь

5 зерна шлака. За счет этих факторов значительно интенсифицируется скорость всех описанных процессов.

Необходимой скоростью вращения барабана является 2-4 об/мин. При увеличе0 нии или уменьшении скорости вращения барабана процессы, протекающие на поверхности зерна шлака и в растворе, либо не успевают завершиться, либо поверхность шлака успевает блокироваться про5 дуктами реакции, что препятствует дальнейшему протеканию процесса в целом.

Время обработки сточных вод, равное 2,5-3 мин, определяет количество ионов во0 дорода в жидкой фазе, которое позволяет в заданном режиме завершить весь цикл процессов, происходящих на поверхности зерна шлака.

Взаимодействие шлака свинцовой

5 плавки после фьюмингования по описанному механизму позволяет частично нейтрализовать сточную воду. Проведение нейтрализации раствора гидроксидом кальция в две стадии: сначала до рН 5-6, потом

0 до рН 9-9,5 позволяет в заданных условиях увеличить степень очистки сточных вод от цветных металлов и мышьяка и снизить общий расход гидроксида кальция. При нейтрализации раствора, обработанного

5 шлаком, до рН 5-6 происходит выделение мышьяка в виде арсенитов и арсенатов, а также его соосаждение на гидроксиде железа (111) и коллоидной кремниевой кислоте. Кроме того, в этом диапазоне рН наиболее полно удаляется цинк, так как в более щелочной среде идет гидролиз цинка с образованием ZnOH+, что повышает его остаточное содержание в очищенной воде. ВУЪрэя стадия нейтрализации сточных вод до значений рН 9-9,5 позволяет выделить из растворов ионы цветных металлов в виде гидроксидов, ферритов и силикатов, что значительно повышает степень очистки сточных вод. В этот же период происходит осаждение киллоидов кремниевой кислоты, которая наряду с гидроксидами цветных металлов активно сорбирует остаточные количества мышьяка, также увеличивая степень очистки сточных вод.

Предлагаемый способ проверен в лабораторных условиях и в полупромышленных условиях на свинцовом заводе.

Пример 1 (известный). В 1 л сточной воды, содеражщей, мг/дм : мышьяк 55,0; цинк 19,8; свинец 0,5; кадмий 35,0; железо 8.0; взвесей 1712 и имеющей значение рН 1,95(1,9-2,0 г/дм3 H2SO/5), при перемешивании добавляют гидроксид кальция в виде 10%-ной суспензии до значения рН 9-9,5. После этого перемешивание продолжают в течение 15 мин. Раствор фильтруют и анализируют. Содержание компонентов в очищенной сточной воде, мг/дм3: мышьяк 1,88; цинк 0,8; свинец 0.11; кадмий 0,2; железо 2,8. Расход извести в пересчете на 100% СаО составляет 3 г/дм3. Выход ке :а на воздушно сухое вещество 3,2 г/дм3.

Пример 2 (известный). В 1 л сточной воды, состаакоторой приведен в примере 1, добавляют смесь шлака фаялитового типа состава, мас.%: FeO 50,0; Si02 32,0; AfcOa 7,0; СаО 12,0; Zn 3,5 с концентрированной серной кислотой, взятых всоотношении 1:1- 2. Расход смеси 6 г/дм3. Смесь перемешивают в течение 20 мин при 50-60°С. рН раствора после обработки составляет 4,2. Далее сточные воды обрабатывают раствором кальцинированной соды в количестве, необходимом для изменения рН среды до 8,0 (расход составляет 1,28 г/дм3 в пересчете на 100% №2СОз). После этого в течение 40-50 мин проводят продувку раствора воздухом. Раствор фильтруют и анализируют. Содержание компонентов в очищенной воде составляет, мг/дм : мышьяк 0,04; цинк 0,2; свинец 0,08; кадмий 0,1; железо 0,6. Выход кека на воздушно сухое вещество 7,4 г/дм , При этом 1,71 г/дм взвешенных веществ, содержащих 50% РЬО, разубожива- ются шлаком и получающиеся осадки не пригодны для дальнейшей переработки. Такие осадки необходимо складировать.

ПримерЗ (предлагаемый). 1 л сточной воды, состав которой приведен в примере 1, заливают в барабан, на 1/3 объема загруженный шлаком шахтной свинцовой плавки после фьюмингования на основе окислов кремния, кальция, натрия, железа, свинца и цинка, который вращается со скоростью 2-4 5 об/мин. Сточную воду обрабатывают в течение 2,5 мин в режиме периодической аэрации воздухом. рН раствора после обработки составляет 3,0. Далее сточные воды обрабатывают гидроксидом кальция в количестве, 0 необходимом для достижения величины рН 5,5. Образовавшийся осадок отделяют и воду обрабатывают гидроксидом кальция до рН 9,0. Раствор фильтруют и анализируют. Содержание компонентов в очищенной 5 сточной воде составляет, мг/дм3: мышьяк 0,01; цинк 0,01; свинец 0,01: кадмий 0,02; железо 0,4. Выход кека по всем переделам в пересчете на воздушно сухое ве0 щество 4,3 г/дм3. Расход гидроксида

кальция в пересчете на 100% СаО 2,3 г/дм3.

Расход шлака 0,9 г/дм . Получающиеся ке. ки пригодны для дальнейшей переработки.

Остальные примеры, иллюстрирующие

5 влияние отклонений от предлагаемых параметров на степень очистки, приведены в таблице.

Пример 24 (предлагаемый в промышленных условиях). Сточную воду, состав ко0 торой приведен в примере 1, самотеком подают в барабан, на 1/3 объема загруженный шлаком шахтной свинцовой плавки после фьюмингования. Барабан вращается со скоростью 2-4 об/мин. Время обработки

5 раствора в барабане 2,5-3 мин. рН раствора после обработки 2,8-3,2, Далее сточные воды нейтрализуются гидроксидом кальция до рН 5-6 и поступают в горизонтальный отстойник на осветление. Слив отстойника

0 повторно обрабатывается гидроксидом кальция в количестве, необходимом для достижения величины рН 9-9,5 и осветляется в горизонтальном отстойнике. Содержание компонентов в очищенной сточной воде со5 ставляет, мг/дм : мышьяк 0,01; цинк 0,01; свинец 0,01; кадмий 0,02; железо 0.4. Выход кека по всем переделам в пересчете на сухое вещество составляет 4,3 кг/м . Расход гидроксида кальция в пере0 счете на 100% СаО 2,3 кг/м3. Расход шлака 0,9 кг/м3. Кеки, получающиеся в процессе очистки сточных вод, пригодны для переработки в пирометаллургическом производстве.

5 Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа обеспечивается более высокой степенью очистки сточных вод. Содержание компонентов в очищенных сточных водах по предлагаемому способу, мг/дм ; мышьяк 0,01; цинк 0,01; свинец

0,01; кадмий 0,02; железо 0,4, в то время, как при очистке по известному техническому решению (базовый), мг/дм3: мышьяк 1,88; цинк 0,8; свиней 0,11; кадмий 0,2; железо 2,8. Снижается расход реагента - гид- роксида кальция с 3,0 до 2,3 кг/м3, что составит 1165 т/год в пересчете на 65% СаО. Достигается дополнительная утилизация цветных металлов. Вовлекаются в производство отвальные шлаки, которые складируются в терриконы и представляют определенную опасность ввиду их пыления и последующего загрязнения почв и грунтовых вод.

В сравнении с прототипом предлагаемый способ также обеспечивает более высокую степень очистки сточных вод. Содержание компонентов в сточных водах, очищенных по способу-прототипу, составляет, мг/дм3: мышьяк 0,04; цинк 0,1; свинец 0,02; кадмий 0,08, в то время, как при очистке по предлагаемому способу, мг/дм3: мышьяк 0,01; цинк 0,01; свинец 0,01; кадмий 0,02; железо 0,4. Значительно снижается стоимость очистки 1 м сточных вод. Исключается образование токсичного отвального продукта в объеме 7 кг/м3 очищенных сточных вод. Обеспечивается воз0

можность утилизации цветных металлов при дальнейшей пирометаллургической переработке образующихся осадков. Сокращается расход концентрированной серной кислоты на 2,5-3 кг/м3 очищенных сточных вод и соды. Возможно непрерывное ведение процесса очистки сточных вод со значительным сокращением капитальных и удельных затрат на осуществление процесса.

Формула изобретения Способ очистки кислых сточных вод от мышьяка и цветных металлов, включающий

обработку железосодержащим материалом, введение щелочного реагента и отделение образующего осадка, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки, упрощения процесса и обеспечения возможности получения утилизируемых продуктов, обработку ведут шлаком шахтной свинцовой плавки после фьюмингова- ния в течение 2,5-3 мин в барабане, вращающемся со скоростью 2-4 об/мин и

заполненном шлаком на 1/3 объема, а щелочной реагент вводят сначала до рН 5-6 с отделением образующегося осадка, а затем до рН 9.0-9,5.

Кроме увеличения содержания цинка в очищенных сточных водах и повышения расхода гидроксида кальция происходит увеличение количества образующегося осадка

Изобретение относится к очистке кислых сточных вод, образующихся в металлургическом производстве, от мышьяка и цветных металлов, в частности к очистке промывных вод сернокислотного производства, и позволяет повысить степень очистки, упростить процесс и обеспечить возможность получения утилизируемых продуктов. Для осуществления способа кислые сточные воды, содержащие мышьяк и цветные металлы, заливают в барабан, заполненный на 1/3 объема шлаком шахтной свинцовой плавки после фьюмингования на основе окислов кремния, кальция, свинца, натрия и цинка и вращающийся со скоростью 2-4 об/мин. Обработку ведут в течение 2,5-3 мин, а затем вводят щелочной реагент до рН 5-6. Образующийся осадок отделяют, а воду повторно обрабатывают щелочным реагентом до рН 9-9,5. Остаточное содержание f мышьяка, цинка и свинца в воде менее 0,01 N/ мг/л, кадмия менее 0,02 мг/л, железа 0,4 мг/л. 1 табл.