СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
PROCESSING METHOD OF SLURRIES OF GALVANIC PRODUCTIONS

Изобретение относится к переработке промышленных отходов предприятий металлургии и машиностроения, в частности, способам извлечения металлов из шламов гальванических производств.
Способ переработки шламов гальванических производств включает выщелачивание тяжелых цветных металлов раствором серной кислоты, отделение твердой фазы от раствора выщелачивания методами отстаивания и фильтрования с применением флокулянта, сорбцию ионов цветных металлов из раствора выщелачивания, получение катодных осадков цинка, меди и никеля из десорбатов.
Известен способ переработки шламов гальванического производства по АС СССР 1693098, МКИ С22В 7/00, согласно которому шлам гальванического производства смешивают с осадком нефтесодержащих сточных вод при соотношении 1:0,15-1). Полученную смесь обжигают при температуре 1000-1200°C, образующуюся массу измельчают и выщелачивают серной кислотой. После выщелачивания раствор подвергают фильтрации, при этом в осадке содержатся соединения - оксид и сульфат кальция, силикат хрома, а металлы, находящиеся в растворе в виде сульфатов, выделяют в виде гидроксидов дробной кристаллизацией при повышении рН до 10.
К недостаткам известного способа можно отнести введение в технологический процесс операции термической обработки шлама, что приводит к возгонке таких металлов, как цинк, кадмий и т.п., а также к образованию бенз(а)пирена при термическом разложении органической компоненты осалка нефтесодержащих сточных вод. Кроме того, выделение металлов дробной кристаллизацией не позволяет разделить металлы, так как их гидратообразование происходит в перекрывающихся значениях рН.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ утилизации кеков из промывных вод гальванического произвоства по патенту РФ №2098498 МПК С22В 7/00. Согласно этому способу шлам обрабатывают серной кислотой до кислых значений рН 2-2,5. Затем проводят отделение твердой фазы от раствора, содержащего соединения хрома, цинка, меди, никеля, железа. В твердой фазе содержится главным образом гипс, который может быть использован для получения строительных материалов. Из полученного раствора производят селективное выделение гидроксидов железа и хрома, осаждение основных карбонатов никеля и цинка, растворение их в серной кислоте и выделение из полученного раствора цинка и никеля электролизом.
К недостаткам данного способа следует отнести длительность операций отстаивания и фильтрования, а также высокое содержание взвешенных веществ в растворе выщелачивания после отделении из него твердой фазы, содержащей гипс и карбонаты металлов.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение скорости отстаивания и фильтрации и снижение содержания взвешенных веществ в растворе, образующемся при кислотном выщелачивании.
Поставленная задача решается тем, что в способе переработки шламов гальванических производств, включающем выщелачивание тяжелых цветных металлов раствором серной кислоты с последующим отделением твердой фазы из раствора выщелачивания методами отстаивания и фильтрования, селективную сорбцию ионов цветных металлов из раствора выщелачивания, получение катодных осадков цинка, меди и никеля из десорбатов, при этом осадок от выщелачивания используется при производстве востребованных строительных материалов. Перед отделением твердой фазы добавляют флокулянт - сополимер винилового эфира диэтанол- или моноэтаноламина с акрилатом или метакрилатом натрия или калия общей формулы:
2
2
2
3
1
где R - NH или -NH-CH-CHOH, R′ - Н или СН, Me - K или Na, а n=30-70 мол.%
Предлагаемый флокулянт по сравнению с широко применяемым в практике флокулянтом - полиакриламидом (ПАА) позволяет увеличить скорость отстаивания раствора от выщелачивания в 1,3-2 раза, снизить содержание твердого в осветленном растворе до 2 мг/л (табл.3), а также увеличить скорость фильтрации в 2-2,5 раза. При этом отмечена высокая эффективность процесса в широком диаазонс рН среды (в отличие от ПАА, который практически теряет флокулирующую способность в очень кислых и очень щелочных средах). Эффективность флокуляции достигается за счет того, что предлагаемый флокулянт относится к классу полиакрилатов, содержит в своем составе не только карбоксильные, но и амидные группы, то есть проявляет свойства катионоактивных и анионоактивных полимеров, способных соосаждать положительно и отрицательно заряженные взвешенные вещества.
Пример
Раствор от выщелачивания, представляющий собой суспензию с соотношением Т:Ж=1:10, твердая фаза которой представлена сульфатом кальция и гидроксидами хрома, цинка, меди, никеля, с ситовой характеристикой твердой фазы (табл.1), перемешивают в течение 1-2 минут с раствором 0,1%-го водного раствора флокулянта - сополимера винилового эфира диэтанол- или моноэтаноламина с акрилатом или метакрилатом натрия или калия общей формулы:
2
2
2
3
1
где R - NH или -NH-CH-CHOH, R′ - Н или СН, Me - K или Na, a n, n=30-70 мол.%, в количестве 30-200 мг/л, после чего определяют скорость отстаивания по перемещению во времени границы осветленного слоя жидкости. После этого определяют чистоту слива по содержанию в нем твердого весовым методом.
Флокулянт испытывают как в кислой, так и в щелочной среде.
Для сравнения проведены эксперименты с известным флокулянтом -полиакриламидом (ПАА).
Данные о скорости отстаивания минеральной суспензии с различными флокулянтами приведены в табл.2.
Оптимальный расход флокулянтов составил: при рН=2-20 мг/л, рН=6-40 мг/л, рН=12,5-30 мг/л.
Содержание твердого в сливе после осветления суспензии различными флокулянтами (через 20 минут после осаждения твердого) приведено в табл.3.
Из данных таблиц 2 и 3 следует, что предлагаемый флокулянт (оп.2-4) обеспечивает скорость отстаивания в критической точке в 1,3-2 раза большую, чем с ПАА (оп.1).
Содержание взвешенных веществ в сливе после сгущения с предлагаемым флокулянтом значительно ниже, чем с ПАА (табл.3, опыт 2-4 и 1 соответственно), в оптимальном варианте с предлагаемым флокулянтом содержание твердого в осветленном растворе составляет при рН=2-2,8 мг/л, рН=6-3,5 мг/л, рН=12,5-3,7 мг/л., в то время как с ПАА - 61,8 мг/л, 14,4 мг/л и 58 мг/л соответственно.
За счет увеличения кажущейся крупности твердых частиц, скорость фильтрования по прелагаемому способу увеличивается в 1,3-1,5 раза.
Таким образом, при переработке гальваношлама предлагается перед отстаиванием обрабатывать раствор от выщелачивания флокулянтом - сополимером винилового эфира диэтанол- или моноэтаноламина с акрилатом или метакрилатом натрия или калия, при этом значительно повышается скорость отстаивания в широком диапазоне рН среды (в сравнении с ПАА - в 1,5-2 раза); снижается содержание твердого в осветленном сливе после сгущения (в сравнении с ПАА - в 10-20 раз), увеличивается скорость фильтрации в 1,3-1,5 раза. Кроме того, снижение содержания твердого в растворе выщелачивания улучшает эффективность последующих технологических операций, в частности, ионообменной сорбции ионов тяжелых цветных металлов.
Изобретение может быть использовано также в процессах гидрометаллургии при фильтрации и осветлении растворов, содержащих сульфаты кальция, гидроксиды тяжелых цветных металлов.
Таблица 1
Гранулометрический состав твердой фазы после выщелачивания шлама
Классы, мм
Выход класса, %
Суммарный выход, %
-0,200 +0 0,160
2,8
2,8
+0,100
5,4
8,2
+0,74
4,9
13,1
+0,044
30,1
43,2
+0,022
20,1
63,3
+0,011
25,3
88,6
+0,005
6,9
95,5
-0,005
4,5
100
Таблица 2
Скорость отстаивания (осветления) раствора от выщелачивания в зависимости от рН при оптимальных расходах флокулянтов
Опыт
Флокулянт
Скорость осветления, см/мин при
рН=2
рН=6
рН=12,5
1
Полиакриламид
8,83
16,14
11,00
2
Сополимер ВЭМЭА с МАК<sub>K</sub> - 70:30
13,25
19,37
14,29
3
Сополимер ВЭМЭА с MAK<sub>Na</sub> - 60:40
11,28
22,96
14,29
4
Сополимер ВЭМЭА с АК<sub>K</sub> - 50:50
13,26
31,09
22,72
Таблица 3
Содержание твердого в сливе в зависимости от рН при оптимальных расходах флкулянтов
Опыт
Флокулянт
Содержание твердого, мг/л при
рН=2
рН=6
рН=12,5
1
Полиакриламид
61,8
14,4
58,0
2
Сополимер ВЭМЭА с МАК<sub>K</sub> - 70:30
3,3
4,0
4,2
3
Сополимер ВЭМЭА с MAK<sub>Na</sub> - 60:40
2,9
3,8
4,0
4
Сополимер ВЭМЭА с АК<sub>K</sub> - 50:50
2,8
3,5
3,7