Применение гальваношламов при изготовлении товаров народного потребления

УДК 541.13

ПРИМЕНЕНИЕ ГАЛЬВАНОШЛАМОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТОВАРОВ НАРОДНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

Е.Н. Лазарева, доцент, к.х.н., Л.Н. Ольшанская, профессор, д.х.н., В.В. Егоров, соискатель, А.А. Стриженко, магистр, Энгельсский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет,

г. Энгельс, Россия

Аннотация. Рассмотрена технология извлечения ценных компонентов из гальваношламов и их использование при изготовлении пигментов-наполнителей и катодов никель-кадмиевых аккумуляторов.

Ключевые слова: утилизация гальваношламов, изготовление пигментов-наполнителей, изготовление никель-кадмиевых аккумуляторов.

ЗАСТОСУВАННЯ ГАЛЬВАНОШЛАМІВ ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ ТОВАРІВ

НАРОДНОГО СПОЖИВАННЯ

О.М. Лазарева, доцент, к.х.н., Л.Н. Ольшанська, професор, д.х.н.,

В.В. Єгоров, здобувач, А.А. Стриженко, магістр, Енгельський технологічний інститут (філія) ДОУ ВПО Саратовський державний технічний університет,

м. Енгельс, Росія

Анотація. Розглянуто технологію витягання цінних компонентів із гальваношламів та їх використання при виготовленні пігментів-наповнювачів і катодів нікель-кадмієвих акумуляторів.

Ключові слова: утилізація гальванічного шламу, виготовлення пігментів-наповнювачів, виготовлення нікель-кадмієвих акумуляторів.

APPLICATION OF GALVANIC WITHDRAWAL AT MANUFACTURING

CONSUMER GOODS

E. Lazareva, Associate Professor, Сandidate of ^emical Science, L. Olshanskaya, Professor, Doctor of Chemical Science, V. Yehorov, competitor, A. Strizhenko, magister, Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University,

Engels, Russia

Abstract. The technology of extraction of valuable components from galvanic waste and their use at manufacturing of pigment-fillers and cathodes of nickel-cadmium accumulators is considered.

Key words: recycling of a galvanic waste, manufacturing ofpigments-fillers, manufacturing of nickel-cadmium accumulators.

Введение

В результате многочисленных исследований неоспоримо установлено, что гальванические производства по степени отрицательного воздействия на окружающую среду занимают одно из первых мест среди других произ-

водств. Экологическая опасность обусловлена неизбежно образующимися производственными жидкими и твердыми отходами, содержащими ионы тяжелых металлов, обладающих высокими токсичными, канцерогенными и мутагенными воздействиями на живые организмы [1].

В то же время ионы тяжелых металлов, при нахождении способа их переработки, могут служить источником получения ценных компонентов. Истощение природных ресурсов приводит к постепенному, но неуклонному увеличению стоимости последних.

Все вышесказанное подчеркивает, что нахождение оптимального способа утилизации гальваношламов (ГШ) с получением полезных компонентов и товаров народного потребления является актуальным и своевременным.

Анализ публикаций

Основными методами очистки сточных вод гальванических производств являются:

Нейтрализация сточных вод. При очистке происходит удаление из них как свободных кислот и оснований, так и ионов тяжелых металлов в результате их перевода в трудно растворимые соединения - гидроксиды или основные карбонаты. Для ускорения осветления нейтрализованных сточных вод рекомендуется добавлять к ним синтетический фионумент - полиакриламид (в виде 0,1%-ного раствора) в дозе 2-3 мг/л сточных вод.

Электрохимическая очистка сточных вод. Достаточно высокая степень очистки сточных вод от содержащихся в них ионов тяжелых металлов достигается при исходной величине рН начала образования соответствующих гидроксидов металлов, а также при условии перевода в раствор определенного количества Ре2+-ионов. При соблюдении указанных условий и исходной концентрации каждого из тяжелых металлов, не превышающей 50 мг/л, степень очистки от них сточных вод составляет 90-95 %. При необходимости проводится доочистка с помощью щелочных реагентов (подщелачивание сточных вод до рН = 8^8,5) или сульфида натрия.

Ионообменная очистка сточных вод. Соли тяжелых, щелочных и щелочно-земельных металлов, свободных минеральных кислот и щелочей, а также некоторых органических веществ удаляют с помощью синтетических ионообменных смол (лопитов), представляющих собой практически нерастворимые в воде полимерные материалы, выпускаемые в виде гранул величиной 0,2-2 мм. В составе молекулы ионита имеется подвижный ион

(катион или анион), способный в определенных условиях вступать в реакцию обмена с ионами аналогичного знака заряда, находящимися в водном растворе (сточной воде).

До недавнего времени на ряде производств основным способом утилизации образующихся твердых ГШ являлось: изготовление строительных материалов, дорожных покрытий, а также складирование на полигонах после химической стабилизации шламов.

Более современным и рациональным является проведение утилизации в две стадии: на первой стадии осуществлять избирательное извлечение тяжелых металлов и, в дальнейшем, применять при изготовлении металлов и сплавов, пигментов-наполнителей, стекло-изделий, глазурей, иммобилизировать в полимерную матрицу, а также использовать для изготовления полиоксидных катализаторов; на второй - осуществлять утилизацию пустых шламов при изготовлении строительных материалов, дорожных покрытий и др. [1-5].

Кроме того, поэтапное извлечение тяжелых металлов позволяет, наряду с получением ценных металлов, переводить гальванические шламы из 2-го и 3-го класса опасности в отходы 4-го и 5-го, что значительно снижает плату предприятий.

Цель и постановка задачи

Целью работы явилось изучение характеристик пигментов-наполнителей и катодов ни-кель-кадмиевых и никель-железных аккумуляторов, изготовленных на основе компонентов, выделенных из гальваношламов.

Исследование свойств извлеченных гидроксидов металлов

В качестве объекта исследования были выбраны гальваношламы двух составов: состав 1 содержит ионы никеля в количестве 21,6 %, железа - 11,3 %, цинка - 0,65 %, меди -

0,003 %, сульфат ионы - 5,6 %; состав 2 содержит: ионы цинка - 22 %, хрома - 18 %, железа (II и III) - 21 %, никеля - 7 %.

В работе проводилось избирательное извлечение металлов путем кислотно-щелочной обработки ГШ. Из очищенного от нерастворимых соединений раствора сульфатов металлов осаждение гидроксидов проводили

путем обработки Са(0Н)2 или №0Н и доведения рН до определенного для каждого металла значения.

Последовательный ряд осаждения гидроксидов металлов из кислого раствора приведен в табл. 1 [6].

Таблица 1 Последовательный ряд осаждения гидроксидов металлов из кислого раствора

Средний размер выделенных частиц Бе(0Н)2 и 2и(0Н)2, предлагаемых для использования в качестве пигментов-наполнителей, по данным седиментационного анализа, составил 1040 мкм. Полученные данные характеризуют материалы как имеющие высокую степень монодисперсности, поэтому предварительного помола не требуется. Микроструктурные исследования показали, что основная часть частиц (более 60 %) представляет непористые структуры размером от 5 до 30 мкм. Это свидетельствует о низкой маслоемкости материалов и является важной характеристикой для пигментов-наполнителей. На основании выделенных Бе(0Н)2 и 2и(0Н)2, согласно стандартной методике, были приготовлены краски: цинковые белила и железный сурик, которые впоследствии были исследованы на содержание летучих и нелетучих веществ, ук-рывистость и время высыхания (табл. 2).

Таблица 2 Свойства пигментов-наполнителей и красок, изготовленных на основе гальваношламов

Проведенные испытания выделенных в работе пигментов-наполнителей из ГШ показали их соответствие традиционно используемым в промышленности пигментам-наполнителям, таким как каолин, мел, слюда и соответствую-

щим краскам. Значения исследованных параметров полученных красок находятся в соответствии с требованиями ГОСТ 10503-71.

Ситовой метод анализа выделенного №(ОН)2 из гальваношлама состава позволил установить, что 94,2 % частиц имеют размер менее 15 мкм, что позволяет рекомендовать его для изготовления электродов никель-кадмиевых и никель-железных аккумуляторов также без предварительного измельчения.

Состав выделенного гидроксида никеля контролировали титрометрическим (с трило-ном Б) (для оценки содержания №(ОН)2) и фотометрическим (для 8О42") методами. Было показано, что перед применением выделенного компонента при изготовлении катода требуется дополнительная промывка для снижения содержания сульфат-ионов, что приведет к повышению циклических характеристик электрода.

Катоды никель-кадмиевых аккумуляторов изготовляли в виде ламели типа КН, КЬ. Состав активной массы приведен в табл. 3.

Таблица 3 Состав активной массы катода

Пока- затель И о £ оЛ <э С Бе, % % % ад Ва, % 5? £

Значе- ние о, «о, о" СЧ 1> 10-12,5

Испытания изготовленного электрода проводили в электролите состава КОН+10 г/л ЬіОН (плотность 1,19-1,21 г/см3). Формировку электродов проводили производственным режимом: заряд 200 мА - 12 ч, разряд 140 мА - до 1,58 В.

Результаты проведенных макетных испытаний показали, что емкость катода постепенно увеличивалась с циклированием. Если на первых двух циклах ее величина составляла

0,573-0,821 Л-ч и характеризовалась низким коэффициентом использования (Кисп= 48,7 и 69,6 %, соответственно), то на последующих

Ион Бе (III) 2и Сг Си (II) Бе (II) Мі

рН 2,0 5,2 5,28 5,3 5,5 7,0

Наполнитель Маслоемкость наполнителей рН вытяжки из наполнителей Содержание веществ, % Л н с о о а § ^ ы & Время высыхания, час

лету- чих неле ту- чих

Ре3О4 (1) 28,3 8-9 0,18 99,82 53,9 23,6

Ре3О4 (2) 23-25 8-9 11,1 74,7 110,2 21,3

гиО (2) 24-28 8-10 4,9 79,6 59,26 22,8

циклах (3-10) эффективность циклирования составила 82,0-86,3 % (рис. 1).

O,a

0,6 ;-----------------------------------

0,4-------------------------------------

O,2

0 ------,-----,-----,------,-----,-----

0 20 40 60 80 100 120

номер цикла

Рис. 1. Емкость катода типа KH, KL, изготовленная из Ni(OH)2, полученного из гальваношлама состава 1

Полученные результаты служат основанием для рекомендации выделенного из гальваношлама Ni(OH)2 при изготовлении катодов никель-кадмиевых и никель-железных аккумуляторов.

Выводы

1. Проведенные исследования показали, что из гальваношламов путем кислотно-щелочной обработки можно получать компоненты, которые могут найти широкое применение для изготовления товаров народного потребления.

2. Проведено изготовление пигменто-напол-нителей и красок на основе выделенных из гальваношламов Fe(OH)2 и Zn(OH)2, а также катодов для никель-кадмиевых и никель-железных аккумуляторов (Ni(OH)2).

3. Исследованы основные свойства и характеристики полученных товаров.

Литература

1. Поваров А. А. Очистка сточных вод галь-

ванических производств / А.А. Поваров, В.Ф. Павлова, Н.А. Шиненкова, И.И. На-чева и др. // Экология производства. -2007. - №5. - С. 68-71.

2. Климов С.Е. Очистка сточных вод элек-

трохимического цинкования / С.Е. Климов, М.Е. Эврюкова, Н.Н. Абрамова // Экология и промышленность России. -2005. - № 12. -С. 3-5.

4. Патент № 2170276. Способ переработки

шламов гальванических производств / К.М. Элькинд, В.М. Смирнова, К.Н. Тиш-ков, И.Г. Трунова, П.Ю. Кондрашев ; заявитель и патентооблодатель(и) Нижегородский государственный технический университет / 2000116742/02 ; заявл. 23.06.2000 ; опубл. 10.07.2001 // Изобретения. Полезные модели. - 2001. - № 19.

- 267 с.

5. Ольшанская Л.Н. Очистка сточных вод от

ионов тяжелых металлов с помощью фильтров-мембран на основе гальваношлама / Л.Н. Ольшанская, Е.К. Липатова // Вестник Белгородского гос. технологич. ун-та имени В.С. Шухова. - 2006. - № 13.

- С. 62-63.

6. Родионов А.И. Техника защиты окружаю-

щей среды / А.И. Родионов, В.Н. Клу-шин, Н.С. Торочешников. - М. : Химия, 1989. - 512 с.

Рецензент: В.И. Мощенок, профессор, к.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 25 октября 2010 г.

3. Верболь С.В. Способ очистки гальваностоков / С.В. Верболь, М.М. Запарий, В.В. Козлов // Экология и промышленность России. - 2001. - № 2. - С. 7-8.