Реагент для очистки сточных вод промышленных предприятий
REAGENT FOR PURIFYING INDUSTRIAL WASTE WATER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к реагенту для очистки сточных вод промышленных предприятий от загрязняющих примесей от катионов тяжелых металлов - Cu, Fe, Pb, Mn и др. Реагент представляет собой отсев щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня известен адсорбент для очистки сточных вод, раскрытый в RU 2003131515 А, опубл. 20.04.2005. В качестве адсорбента применяют феррохромный шлак.
Недостатком известного адсорбента является низкая степень очистки сточных вод.
Кроме того, из уровня техники известен адсорбент для очистки сточных вод, раскрытый в RU 1198013 А, опубл. 15.12.1985, прототип. Адсорбент представляет собой смесь тонкодисперсного механоактивированного шлака и глины.
Недостатками раскрытого выше адсорбента является низкая степень очистки сточных вод.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка реагента для очистки сточных вод промышленных предприятий из сталеплавильного шлака конверторного производства, обеспечивающего высокую степень очистки сточных вод.
Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки сточных вод.
2
3
4
2
3
2
4
3
2
3
2
4
2
4
Указанный технический результат достигается за счет того, что реагент для очистки сточных вод промышленных предприятий от катионов тяжелых металлов, содержащий классифицированный отсев щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства (далее - шлак) фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм, содержит 92-99,9 мас. % смеси соединений: портландит - СаО⋅HO, магнетит FeO, брусит Mg(OH), кальцит СаСО, сперрит 2CaSiO⋅CaCO, алюминат кальция 5СаО⋅3AlO, шпинель MgAlO, периклаз MgO, силикат кальция CaSiO и 0,1-8 мас. %, по крайней мере одного элемента, выбранного из группы S, Mn, Cr, Zn, Ti, V, при этом не менее 95 мас. % частиц порошка имеют изометрическую окатанную форму, а остальные частицы имеют неизометрическую удлиненную форму.
Отсев щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм применяют в качестве реагента для очистки сточных вод промышленных предприятий от катионов тяжелых металлов.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Реагент для очистки сточных вод промышленных предприятий в виде классифицированного отсева щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм получают из несортированного отсева щебня фракции 0-10 мм сталеплавильного шлака конвертерного производства Новолипецкого металлургического комбината. Для получения конечного продукта (реагента или адсорбента) используется следующий технологический комплекс. Из буферного склада ковшовыми погрузчиками отсев шлака с влажностью не менее 10 % попадает в приемный бункер (оснащен колосниковой решеткой для исключения попадания крупных посторонних вкраплений), откуда транспортерной лентой попадает в сушильную установку, оснащенную потоковыми датчиками влажности для недопущения пересушки материала. Высушенный отсев щебня фракции 0-10 мм сталеплавильного шлака конвертерного производства поступает в систему воздушных классификаторов с группой циклонов для извлечения пылевидных мелкодисперсных фракций менее 0,3 мм из первоначальной фракции отсева щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства, данная фракция не используется для получения конечного продукта. Фракция свыше 0,3 мм поступает в грохот линейно-кругового движения (основан на принципе каскадно-гравитационной классификации, с разделением частиц в воздушном потоке по их крупности) для рассева конечных продуктов согласно подбору необходимого фракционного состава реагента. Система аспирации грохота совмещена с аспирацией комплекса классификации и выполнена на основе рукавного фильтра. Представленная линия позволяет получить одновременно 4 класса готовых продуктов. В результате указанных выше операций получают конечный продукт - реагент в виде классифицированного отсева щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм.
2
Химический состав полученного классифицированного отсева щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства фракции 0,63-10 мм представлен в таблице 1, в которой под NaO подразумевается содержание щелочных оксидов в пересчете на оксид натрия. В таблице 2 и 3 представлен элементарный состав отсева щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм, соответственно. Анализ на элементный состав был произведен методом рентгеновской флуоресценции. Для проведения анализа из представительной пробы была отобрана навеска шлака массой 18 г и спрессована в таблетку.
2
3
4
2
3
2
4
3
2
3
2
4
2
4
Реагент содержит 92-99,9 мас. % смеси соединений: портландит - СаО⋅HO, магнетит FeO, брусит Mg(OH), кальцит СаСО, сперрит 2CaSiO⋅CaCO, алюминат кальция 5СаО⋅3AlO, шпинель MgAlO, периклаз MgO, силикат кальция CaSiO и 0,1-8 мас. %, по крайней мере одного элемента, выбранного из группы S, Mn, Cr, Zn, Ti, V, при этом не менее 95 мас.% частиц порошка имеют изометрическую окатанную форму, а остальные частицы имеют неизометрическую удлиненную форму.
Испытания по очистке сточных вод с использованием заявленного реагента от загрязнений катионами тяжелых металлов проводили с использованием динамического метода, либо с использованием статического метода. При динамическом методе предварительно промытый отсев щебня сталеплавильного шлака конвертерного производства фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм в количестве 15 г помещали в адсорбционную колонку, высота слоя отсева шлака в колонке составляла 3 см (для фракции 2,5-5 мм) и 5 см (для фракции 0,3-2,5). Для сорбции использовался раствор ионов меди с концентрацией 17 мг/л, который пропускали через слой отсева шлака. В таблице 4 представлены результаты проведения динамического эксперимента по очистке раствора от ионов меди. с использованием отсева щебня фракции 2,5-5 мм. В таблице 5 представлены результаты проведения динамического эксперимента по очистке раствора от ионов марганца с использованием отсева щебня фракции 0,3-2,5 мм. Результаты экспериментов по очистке растворов от других тяжелых металлов с использованием отсева щебня фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм, аналогичны результатам, раскрытым в таблицах 4-5, при этом основным механизмом очистки растворов от ионов является осаждение нерастворимых гидроксидов металлов, которые образуются за счет повышения рН из-за растворения соединений кальция, входящих в состав шлака. Механизм адсорбции привносит незначительный вклад в очистку растворов.
При статическом методе были изготовлены модельный раствор с концентрацией ионов меди 20 мг/л и навески отсева щебня фракции 0,3-2,5 мм или 2,5-5 мм различной массы, навески помещали в приготовленный раствор объемом 0,15 л и выдерживали в течение 15 мин. Результаты измерений рН растворов и эффективность очистки от ионов меди с отсевом шлака фракции 0,3-2,5 мм и 2,5-5 мм представлены в таблице 6 и 7, соответственно. Таблице 8 представлены результаты при проведении испытаний статическим методом модельного раствора содержащий ионы: меди (1,24 мг/л), железа (0,829 мг/л), свинца (0,0386 мг/л), марганца (0,164 мг/л) и мышьяка (0,0819 мг/л). Результаты экспериментов по очистке растворов от других тяжелых металлов с использованием отсева щебня фракции 0,3-2,5 мм или фракции 2,5-5 мм, аналогичны результатам, раскрытым в таблицах 6-7. На фиг. 1 раскрыта эффективность очистки от массы концентрации шлака в модельном растворе. Эффективность очистки растворов от ионов меди выше при использовании фракции шлака 0,3-2,5 мм, из-за более высокой удельной поверхности, вследствие чего соединения кальция вымываются из материала быстрее, рН растворов выше. Фракция 2,5-5,0 обладает меньшей удельной поверхностью, то эффективность взаимодействия раствора и шлака ниже, что обуславливает более низкие значения рН и неравномерное распределение зависимости очистки от массы добавки шлака. Эффективность очистки выше 90% достигается с концентрацией шлака 0,4 г/л фракции 0,3-2,5 мм, тогда как шлака фракции 2,5-5,0 мм требуется 1,3 г/л. На фиг. 2 и 3 представлена эффективность очистки шлака 0,3-2,5 и 2,5-5 мм от времени взаимодействия, соответственно. Как видно из фиг. 2 и 3 эффективность очистки выше 90% достигается за первые 5-10 минут взаимодействия. Для достижения эффективности очистки около 90% достаточным временем перемешивания является интервал 10-15 минут.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.
Таблица 1
Компонент
СаО
MgO
Na<sub>2</sub>O
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
SO<sub>3</sub>
Содержание, мас.%
40-50
2-4,5
0,5-1
14-15
1-5
17-23
0,7-1
0,1-0,5
Таблица 2
Соединение
Содержание, мас. %
Элемент
Содержание, мас. %
CaO
48,20
Ca
34,47
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
23,42
Fe
16,38
SiO<sub>2</sub>
14,80
Si
6,92
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
4,86
Al
2,57
MgO
3,91
Mg
2,36
MnO
2,71
Mn
2,10
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
1,07
P
0,467
TiO<sub>2</sub>
0,276
Ti
0,166
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,217
V
0,122
S
0,212
S
0,212
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,175
Cr
0,120
SrO
0,0398
Sr
0,0337
K<sub>2</sub>O
0,0391
K
0,0325
CdO
0,0159
Cd
0,0139
ZnO
0,0086
Zn
0,0069
ZrO<sub>2</sub>
0,0070
Zr
0,0052
Co<sub>3</sub>O<sub>4</sub>
0,0068
Co
0,0050
Прочее
0,0328
Прочее
0,0328
O<sub>2</sub>
33,983
Таблица 3
Соединение
Содержание, мас. %
Элемент
Содержание, мас. %
CaO
47,45
Ca
33,92
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
26,56
Fe
18,57
SiO<sub>2</sub>
14,23
Si
6,65
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,84
Al
2,03
MnO
3,24
Mn
2,51
MgO
2,97
Mg
1,79
P
0,501
P
0,501
TiO<sub>2</sub>
0,344
Ti
0,206
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,255
V
0,143
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,184
Cr
0,126
S
0,143
S
0,143
Na<sub>2</sub>O
0,114
Sr
0,084
K<sub>2</sub>O
0,0874
K
0,0726
SrO
0,0435
Sr
0,0368
ZnO
0,0089
Zn
0,0072
Co<sub>3</sub>O<sub>4</sub>
0,0085
Co
0,0062
ZrO<sub>2</sub>
0,0066
Zr
0,0049
CuO
0,0053
Cu
0,0042
Прочее
0,0088
Прочее
0,0088
O<sub>2</sub>
33,1863
Таблица 4
№ пробы
Время, мин
Количество пропущенного раствора, мл
Концентрация Cu после фильтрации, мг/л
Исходный раствор
0
0
17,38
1
10
50
16,63
2
20
100
16,83
3
30
150
15,47
4
40
200
15,23
5
50
250
15,67
6
60
300
14,69
7
70
350
15,31
8
80
400
16,07
9*
90
450
27,28
9**
90
450
1,80
10
100
500
16,42
11
110
550
15,91
12
120
600
15,76
13
130
650
15,00
14
140
700
15,62
15
150
750
15,94
16
160
800
15,15
17
170
850
15,62
18
180
900
16,94
19
190
950
15,95
20
200
1000
14,66
* - концентрация ионов меди в осадке
** - концентрация ионов меди в растворе после осаждения.
Таблица 5
№ пробы
Время, мин
Количество пропущенного раствора, мл
Концентрация Mn до фильтрации, мг/л
Концентрация Mn после фильтрации, мг/л
Исходный раствор
0
0
17,68
1
10
50
13,54
0,12
2
20
100
13,48
0,12
3
30
150
12,95
0,12
4
40
200
13,01
0,17
5
50
250
13,11
0,13
6
60
300
13,11
0,11
7
70
350
13,12
0,20
8
80
400
14,52
2,76
9
90
450
14,72
7,75
10
100
500
16,72
11,80
11
110
550
16,07
11,58
Таблица 6
№ п/п
Концентрация шлакав растворе, г/л
Объем раствора, л
рН
Эффективность очистки, %
0
0
0,15
6,506
0,00
1
0,2
0,15
8,163
81,32
2
0,4
0,15
9,472
99,80
3
0,6
0,15
9,740
98,79
4
0,8
0,15
10,360
99,79
5
1
0,15
10,674
99,66
6
1,2
0,15
10,848
98,91
7
1,4
0,15
10,894
99,22
8
1,6
0,15
11,155
99,27
9
1,8
0,15
11,105
91,73
10
2
0,15
11,240
93,00
Таблица 7
№ п/п
Концентрация шлакав растворе, г/л
Объем раствора, л
рН
Эффективность очистки, %
0
0
0,15
6,506
0,00
1
0,2
0,25
6,521
43,66
2
0,4
0,25
6,57
67,29
3
0,6
0,25
6,678
76,82
4
0,8
0,25
6,321
56,40
5
1,0
0,25
6,458
68,51
6
1,3
0,25
6,81
95,56
7
1,4
0,25
6,61
81,42
8
1,6
0,25
7,118
76,90
9
2,2
0,15
6,882
94,84
10
2,4
0,15
8,579
98,14
11
2,6
0,15
7,001
94,80
Таблица 8
№ п/п
Время, мин
Концентрация шлакав растворе, г/л
рН, ед рН
Эффективность очистки, %
Cu
Fe
Mn
Pb
фракция 0,3 - 2,5 мм
1
10
0,41
9,95
92,26
92,52
93,38
99,22
2
15
0,41
10,134
97,18
85,40
91,80
97,25
3
10
0,60
10,518
97,90
92,52
95,74
99,56
4
15
0,61
10,266
94,11
94,33
97,71
99,30
5
10
0,81
10,346
97,34
95,66
97,32
98,16
6
15
0,81
10,668
98,07
90,83
97,71
98,26
фракция 2,5 - 5,0 мм
1
10
1,3
9,886
88,81
67,43
-*
95,47
2
15
1,3
10,22
91,44
86,10
-
97,67
3
10
1
9,97
93,22
86,10
86,49
97,25
4
15
1
9,884
95,85
85,27
-
98,94
5
10
1,6
9,9947
96,70
92,32
72,97
99,58
6
15
1,6
10,132
97,63
84,44
-
99,58