Способ получения ферритных порошков Советский патент 1992 года по МПК C01G49/00 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения ферритовых порошков из сточных вод, которые используются в цветной металлургии, металлургической и радиоэлектронной промышленности.

Известен способ очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов, заключающийся в обработке неорганическим коагулянтом в щелочной среде с последующим введением полиакриламида в качестве неорганического коагулянта. Используют сточные воды гальванического производства, содержащие водорастворимые соли Fe, Zn, Си, NI в количестве 0,5 - 5% от количества обрабатываемых сточных вод в пересчете на сухие вещества.

Известен способ извлечения смесей металлов путем введения в сточные воды коагулянта или алюминиевых квасцов. рН регулируют подачей NaOH, затем вводят

ПАВ которое делает флокулянт гидрофобным, после чего флокулянт с адсорбированным металлом флотируется воздухом.

Наиболее близок к предлагаемому способ извлечения тяжелых металлов из сточных вод в виде ферритов, основанный на образовании ферромагнитных осадков непосредственно в очищаемых сточных водах. В сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, вводят ионы железа (II) в п-крат- ном избытке (л 1,5 - 50,0) по отношению к ионам тяжелых металлов и едкую щелочь в количестве 0,9 -1,2 эквивалента на эквивалент аниона. Образующуюся суспензию гидроксидов металлов обрабатывают реагентом-окислителем (как правило, кислородом или воздухом) при 60 - 80°С. В результате образуется осадок, состоящий из крупных частиц с высокой плотностью легко отделяемый путем магнитной сепарации.

СА

К недостаткам прототипа следует отнести низкое качество ферритного порошка, обусловленное сложностью технологического процесса, включающего нагрев раствора, наличие окислителя, применение щелочи в виде растворов, что приводит к укрупнению размеров частиц и неоднородности осадка; технология способа не безотходна, так как фильтрат (образующийся после фильтрации сточных вод) и промыв- ные воды (образующиеся после промывки осадка) не утилизируются и сбрасываются; способ не обеспечивает замкнутого водоснабжения предприятия и не позволяет извлечь сульфат натрия, содержащийся в фильтрате.

Цель изобретения - повышение качества ферритного порошка, создание безотходной технологии получения ферритных порошков из сточных вод любого состава и извлечение сульфата натрия,

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения ферритных порошков, включающему введение ионов железа (II) и осаждение гидроокисью натрия, в сточную воду вводят ионы железа (II) или (III) до рН 6-7 (если рН исходной воды 6) при соотношении ТМ: Fe (11, 111) 1 ;(0,1-1,0), перемеши- вают и постепенно прибавляют сухую NaOH до рН 10,5 - 12, раствор перемешивают в течение 30 - 40 мин и фильтруют, осадок промывают водой, нагретой до 40-50 °С, до отрицательной реакции на SCM и ОН-ионы и сушат при 130 - 200°С в течение 2 - 4 ч. В маточник добавляют по крайней мере одну из кислот: НзР04, НМОз, HCI, H2SCM, до рИ 6 - 7 и выпаривают. Полученный водяной конденсат используют для технологических нужд гальваники, а соль натрия отнейтрали- зовывают от остаточной кислотности едким натром до рН 6 - 7, сушат при 70 - 80°С в течение 2-3 ч и используют как товарный продукт.

Промывные воды используют троекратно для промывки новых порций порошка, а затем обрабатывают как маточник и полученный конденсат используют для промывки других порций ферритного порошка,

Таким образом, в результате реализации предлагаемой технологии -получается два продукта - порошок оксидов тяжелы металлов (сложный ферритный порошок), содержащихся в сточной воде, и соль натрия. Процесс безотходен и обеспечивает замкнутое водоснабжение.

В сточных водах гальванических производств присутствуют ионы различных тяжелых металлов, например: Zn , Ni +. Fe +. Cr6+, Cr3+, Cd2+, РЬ2+. Cu2+ и т.д., и различные анионы: РОз М0з. SCM СГ и др. При

введении в сточную воду соли железа (2+) и (3+) образуются ассоциаты солей Fe(H20)6 , Ni(H20)62+, М2+(Н20)б2+. Ассоциаты Fe(2+) и (3), обладая в отличие от прототипа сильно развитой поверхностью, способны захватывать ассоциаты других ионов тяжелых металлов по схеме:

Мнго)(МЈ.. м(н,о)Г -ЗД 5 re2.. о( |.

..N;......Me...o(HH)o...Fe(H2o)s (H40)5-Fe-0-M ,-0-Me-0-Fe2+(-H2.0)s.

В процессе добавления щелочи, т.е. в процессе соосаждения, происходит следующее: при рН 4,5 процесс идет по схеме

0

г

2Ре +CuOH-Fet

Un

о...он с

Охч

OH...HIX

Fe

ИЛ

R -Q-U;-0-Fe 20H s:Fe-0-N i-0-Fe ОНОН

при рН 7 формируется значительное количество гидроксида железа (II) или (III), которое может вступать в реакцию с оксигидроксидом железа (III) с формированием магнетита.

В то же время происходит процесс коагуляции всех гидроксидных соединений металлов на сильно развитой поверхности гидроксида железа. Образуется химически и физически устойчивый конгломерат соединений гидроксидных комплексов.

Дальнейшее повышение рН вплоть до 10,5-12 ведет к ускорению старения осадка за счет реакции нейтрализации между соо- сажденными гидроксидом железа (III) и гид- роксидом железа (II) и гидроксидами металлов, что обусловливает появление магнитных свойств, присущих сильномагнитным соединениям. Схема процесса

ОН...НО

%..

При дальнейшей сушке продукта при 130 - 200°С происходит дальнейшее старение осадка, закрепление и усиление магнитных свойств полученного соединения по схеме:

-0-Fe-0-Me-0-FЈ-0 i1

1 он:1о он-.Hjo -Fe-Q-Me-o-Fe

Полученное в результате экспериментов образцы порошков были исследованы

методами рентгенофазового и рентгено- структурного анализов, из которых видно, что порошок имеет структуру шпинели, представляет собой сумму оксидных материалов, т.е. содержит те оксиды металлов, которые были в сточных водах.

При действии NaOH на сточную воду содержащиеся в ней анионы реагируют с образованием различных солей Na, например: NaCI, Na2P04, NaNOs, №2804 всоотно- шениях, пропорциональных исходным содержаниям анионов в сточной воде. В процессе соосаждения 5 - 10% от суммы солей адсорбируется на поверхности гидро- ксокомплексов (затем с целью отмывки пол- ученного ферритного порошка от этих солей и гидроксида натрия проводится отмывка порошка). Таким образом, нейтрализуя солевой раствор любой из кислот (НзР04, HCI, НМОз, HaSCM), получают раствор одной из солей натрия, который выпаривают, пульпу сушат и выделяют одну из солей натрия и конденсат. Воду возвращают в технологический цикл, а соль нейтрализуют от остаточной кислотности едким натром, сушат и используют как товарный продукт.

Таким образом, повышается качество получаемого порошка. Предлагаемый способ применим для получения ферритных порошков из сточной воды любого состава.

П р и м е р 1. В 1000 мл сточной воды с содержанием, мг/л: Zn 5; Ni 80; Fe 30; Сг0бщ 75 мг/л, рН 1 вводят 0,2 г FeSO/j до рН 6 и перемешивают. Затем постепенно в раствор добавляют 0,25 г NaOH до рН 10,5, раствор перемешивают 30 мин. Образовавшийся осадок отфильтровывают. Осадок промывают 160 мл воды, нагретой до 40°С. Осадок сушат при 130°С в течение 4 ч. Промывные воды собирают и используют в еле- дующем опыте. В маточник добавляют 0,08 г 96%-ной H2S04 до рН 6 и выпаривают, получают 0,9 кг конденсата. Соль нейтрализуют до рН и сушат при 70°С в течение 3 ч. По данным рентгенофазового анализа со- держание Na2S04 в полученном продукте 92%.

По данным рентгенофазового анализа полученный металлический порошок представляет сумму оксидов NiO ZnO СЮз Рз04 со структурой шпинели. Полученный продукт может быть использован в цветной промышленности, радиоэлектронной и др.

Пример 2. В 1000 мл сточной воды с тем же содержанием металлов вводят 0,3 г FeS04 до рН 7 и перемешивают. Затем постепенно в раствор добавляют 0,5 г NaOH до рН 12, раствор перемешивают в течение 40 мин. Образовавшийся осадок отфильтровывают и промывают промывными водами, нагретыми до 50°С, затем сушат при 200°С в течение 2 ч. Маточник проверяют на содержание тяжелых металлов качественными реакциями и констатируют их отсутствие. В маточник добавляют 0,1 г96%-ной Н2504ДО рН 7 и выпаривают, получают 0,98 кг конденсата. Соль нейтрализуют едкой щелочью до рН 7 и сушат при 80°С в течение 2 ч.

Получают соль N32S04, порошок представляет сумму оксидов металлов (феррит- ный порошок).

В таблице приведены экспериментальные данные по параметрам процесса

Формула изобретения Способ получения ферритных порошков из сточных вод. содержащих примеси металлов, включающий введение соли железа в исходную воду, осаждение гидроксидов соответствующих металлов обработкой гид- роксидом натрия, отделение осадка фильтрацией, промывку и сушку его, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения металлов и создания безотходной технологии гальванического производства, в сточную воду соль железа (II) или (III) вводят до обеспечения рН 6 - 7, обработку гидроксидом натрия ведут до рН 10,5-12,0 с последующим перемешиванием реакционной смеси в течение 30 - 40 мин, промывку осадка ведут водой, нагретой до 40 - 50°С, сушку - при 130 - 200°С в течение

2- 4 ч, а маточный раствор после отделения осадка нейтрализуют до рН 6 - 7 минеральной кислотой, выбранной из группы, содержащей азотную, серную, соляную, ор- тофосфорную, и выпаривают, полученную соль натрия нейтрализуют одноименной кислотой, сушат при 70 - 80°С в течение 2 3ч. промывные воды и конденсат возвращают в процесс.

1 В раствор подается окисляющий газ и предусмотрен нагрев раствора

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при утилизации сточных вод, содержащих тяжелые металлы в различных растворах. Целью изобретения является повышение степени извлечения металлов и создание безотходной технологии гальванического производства. В сточные воды вводят соединения Fe(ll) и (III) до рН 6 -7, а затем щелочной агент до 10,5 - 12, осадок отделяют, промывают, сушат, маточник соединяют с промывными водами, нейтрализуют по крайней мере одной из кислот (НэРО, H2S04, HNOs, HCI и т.д.) и выпаривают, конденсат используют для нужд технологии, а полученную соль сушат при 70 - 80°С в течение 2 - 3 ч с последующим возвратом промывных вод и конденсата в процесс. 1 табл. -Pt, V-L