Спосіб очистки промивних вод від іонів металів й амонію

Спосіб очистки промивних вод від іонів металів й амонію, що включає електролітичне вилучення металів з розчину ванни уловлювання, сорбційне фільтрування розчину ванни промивки з поверненням фільтрату і регенерацію фільтруючо 3 мивки при тривалій експлуатації і зниження витрат води. В основу корисної моделі покладена задача створення способу, що включає електролітичне вилучення металу з розчину ванни уловлювання, яка містить іони металів й амонію, сорбційне фільтрування розчину ванни промивки з поверненням фільтрату і регенерацію фільтруючої загрузки у ванні уловлювання. Для рішення поставленої задачі запропонований спосіб, згідно з яким при електролітичному вилученні металу використовують аноди з хромтитанової сталі, кожний з яких завішують у свій чохол-діафрагму, при співвідношенні площі поверхні анода і катода Sa:Sк=0,75-1,25; розчин першої ванни протиточної промивки фільтрують одночасно через два фільтри: після сорбційного фільтрування через перший фільтр розчин обробляють в одному з анодних чохлів-діафрагм ванни уловлювання до рН 7,0-7,5 і повертають у ванну, а перед фільтруванням через другий фільтр у розчин додають гідроксид натрію в кількості 0,1-0,2г/л і після обробки в іншому анодному чохлі-діафрагмі ванни уловлювання до рН 7,0-7,5 скидають у стічні води. Процес здійснюють у такий спосіб. У гальванічній лінії виділяють на промивні операції ванну уловлювання і ванни двокаскадної протитечійної промивки. З ванни уловлювання електролітичне" при густині струму 30-80А/м2 вилучають метал, використовуючи аноди з хромтитанової сталі, кожний з яких завішують у свій чохол-діафрагму, при співвідношенні площі поверхні анода до катода Sa:Sк=0,75-1,25. Сорбційному фільтруванню через 2 фільтри з фільтруючою загрузкою на основі глинистої сировини піддають розчин першої ванни протиточної промивки. Після сорбційного фільтрування через перший фільтр розчин направляють в один з анодних чохлів-діафрагм ванни уловлювання, у якому в процесі електролітичного вилучення металу обробляють розчин до рН 7-7,5, і повертають у ванну промивки. У процесі анодної обробки в чохлі-діафрагмі окисляються іони амонію і підкисляється промивна вода. Одночасно із сорбційним фільтруванням через перший фільтр відбирають частину розчину цієї ванни, додають у неї гідроксид натрію в кількості 0,1-0,2г/дм3 з відводом аміаку в робочу ванну для нанесення покриття, фільтрують через другий фільтр, фільтрат направляють в інший анодний чохол-діафрагму ванни уловлювання, у якому в процесі електролітичного вилучення металу обробляють розчин до рН 7-7,5, і розчин, очищений від іонів металу й амонію, скидають у стічні води. Регенерують фільтруючі загрузки у ванні уловлювання. При виконанні сукупності зазначених операцій (використовують у ванні уловлювання хромтитанові аноди, кожний з яких завішують у свій чохолдіафрагму, при співвідношенні площі поверхні анода і катода Sa:Sк=0,75-1,25; одночасно фільтрують розчин першої ванни протитечійної промивки через 2 фільтри: після сорбційного фільтрування через перший фільтр розчин обробляють в одному з анодних чохлів-діафрагм до рН 7-7,5 і повертають у ванну, а перед фільтруванням через другий фільтр у розчин додають гідроксид натрію в 17162 4 кількості 0,1-0,2г/л і після обробки в іншому анодному чохлі-діафрагмі до рН 7-7,5 скидають у стічні води) експериментально виявлено, що умови електролізу, які створилися у ванні уловлювання, і сорбції на фільтрах зрівнюють швидкості збідніння промивних вод по іонах металу й амонію, що стабілізує склад розчинів промивних ванн і дозволяє промивати деталі з меншою витратою води. У технічному плані відмітною рисою пропонованого способу є: - використання анодного окислювання іонів амонію промивних вод разом з операцією електролітичного вилучення металу у ванні уловлювання (у способі-прототипі аноди занурюють у розчин ванни уловлювання, а не в розчин ванни промивки); - використання при електролізі у ванні уловлювання в якості анодів легованої хромтитанової сталі при співвідношенні площі поверхні анода і катода Sa:Sк=0,75-1,25 і відділення кожного з анодів у свій чохол-діафрагму (у способі-прототипі використовують бездіафрагмовий електроліз, а характеристики анода не вказують); - одночасне фільтрування через два фільтри розчину однієї ванни протитечійної промивки, з якої здійснюють і скидання частини розчину (у способі-прототипі фільтрують розчини двох ванн другої ванни уловлювання і ванни фінішного промивки, а скидання частини розчину здійснюють з ванни фінішної промивки); - підлуження розчину перед другим фільтром шляхом додавання гідроксида натрію в кількості 0,1-0,2г/л і підкислення промивної води шляхом анодної обробки розчинів до рН 7-7,5 (у способіпрототипі рН усього розчину ванни уловлювання підтримують постійним). Відомий електроліз з використанням інертної діафрагми, що відокремлює анодний простір. Відоме використання хромтитанової сталі як нерозчинного електроду при електролізі в лужних середовищах. Відомо і використання в анодному і катодному просторі різних за складом розчинів, у тому числі і з протоком аноліту. Однак невідоме відділення кожного анода у свій анодний простір з почерговою обробкою у них різних розчинів (після першого і після другого фільтрів). А саме почергово використання анодних просторів, у сполученні з матеріалом аноду, виявленим співвідношенням площі поверхні анода і катода і складом розчинів (у розчин перед другим фільтром додають гідроксид натрію в кількості 0,1-0,2г/л і обробляють в анодних чохлах-діафрагмах розчини після обох фільтрів до рН 7-7,5) дозволяє, як виявилося в експерименті, найбільш ефективно використовувати електроліз для окислювання іонів амонію і підтримки кислотності ванн промивань при сполученні цієї операції з операцією вилучення металів, тобто без додаткових витрат електроенергії. Наслідком цього є стабілізація складу ванн промивки і їх кислотності, а також зниження витрат води на промивку. Анодна обробка розчину промивної води до рН менш 7 і при співвідношенні площі поверхні аноду і катоду Sa:Sк менш 0,75 сприяє розчиненню сталевого аноду і зайвих витрат електроенергії на 5 обробку води, рН більш 7,5 і співвідношення площі поверхні анода і катода Sa:Sк більш 1,25 - росту залишкового змісту іонів амонію після анодної обробки, що приводить до росту їх вмісту в складі промивних вод, тобто дестабілізації складу промивних вод. При використанні анодів ванни уловлювання без відділення анодного простору неможливо анодно обробляти промивні води при сполученні цієї операції у ванні уловлювання з вилученням металів, тобто без витрат додаткової електроенергії. При використанні анодів не в окремих чохлах-діафрагмах, а в загальному анодному просторі, істотно росте залишковий вміст іонів амонію в обробленому розчині. При використанні інших анодів спостерігається їх розчинення або неповне окислювання іонів амонію. Додавання гідроксида натрію в кількості 0,10,2г/л у промивну воду перед фільтруванням через другий фільтр сприяє руйнуванню аміачних комплексів металу, видаленню аміаку з можливістю відводу його в електроліт для нанесення покриття, а в сполученні з анодною обробкою її до підкислення до рН 7-7,5 сприяє більш повному окислюванню іонів амонію для скидання відпрацьованої промивної води в стічні води. При цьому додавання гідроксида натрію в кількості менш 0,1г/л не дозволяє проявитися позитивному ефекту, а більш 0,2г/л приводить до недоцільних витрат хімікатів і засоленню стічної води. При використанні тільки одного з фільтрів не досягається стабілізація складу розчинів ванн промивки при тривалій експлуатації і ростуть витрати води, що необхідні для якісної промивки деталей. Таким чином, порівняння технічного рішення, що заявляється, із прототипом і іншими технічними рішеннями дозволяє зробити висновок про відповідність способу критеріям "новизна" і "істотні відмінності". Приклади здійснення способу Приклад 1 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять у такий спосіб. Деталі меднять в електроліті складу (г/л): міді сульфат 85; амонію сульфат 90; амонію нітрат 50; аміак 25%-ий 165мл/л. Потім деталі промивають у ванні уловлювання, у другій ванні уловлювання й у ванні фінішної промивки. З розчину ванни уловлювання, що містить 1,5г/л іонів міді і 15г/л іонів амонію, виділяють мідь при густині струму 30А/м2 з використанням титан-диоксидманганових анодів. Розчин другої ванни уловлювання і розчин фінішної промивки фільтрують через фільтри з адсорбентом на основі глинистої сировини, фільтрат після першого фільтра повертають у другу ванну, фільтрат після другого фільтра - у ванну фінішної промивки. Питомі витрати води на промивку для обмеження концентрації іонів міді й амонію у ванні фінішної промивки на рівні 10мг/л складають 25л/м2. Фільтроцикл для першого фільтра - 2,5 днів. При обмеженні вмісту у воді, що скидається з ванни фінішної промивки після другого фільтра, іонів міді 17162 6 концентрацією 0,1мг/л і іонів амонію - 2мг/л, фільтроцикл для другого фільтра 5 днів. Фільтруючи загрузки, насичені в першому і в другому фільтрі регенерують, регенерують у ванні уловлювання. Показники способу після З тижнів експлуатації системи промивки наведені в таблиці. Приклад 2 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять у такий спосіб. Деталі міднять за прикладом 1. Потім деталі промивають у ванні уловлювання й у двох ваннах протитечіної промивки. З ванни уловлювання, що містить 1,5г/л іонів міді і 15г/л іонів амонію, електролітично при густині струму 30А/м2 вилучають мідь, використовуючи аноди з хромтитанової сталі 04Х17Т, площа поверхні яких дорівнює площі поверхні катода і кожний з яких завішують свій чохол-діафрагму. Сорбційному фільтруванню через 2 фільтри з адсорбентом на основі глинистої сировини піддають розчин першої ванни протитечійної промивки. Після сорбційного фільтрування через перший фільтр розчин направляють в один з анодних чохлів-діафрагм, у якому в процесі електролізу обробляють розчин до рН 7-7,5, і повертають у ванну промивки. Фільтроцикл для першого фільтру - 5 днів. Відбирають частину розчину, додають у неї гідроксид натрію в кількості 0,1-0,2г/л з відводом аміаку у ванну міднення, фільтрують через другий фільтр, направляють в інший анодний чохол-діафрагму, у якому в процесі електролізу обробляють розчин до рН 77,5, і скидають у стічні води. У воді, що скидається, концентрація іонів міді не перевищує 0,1мг/л, а іонів амонію - 2мг/л. Фільтроцикл для другого фільтра - 14 днів. Регенерують фільтруючі загрузки у ванні уловлювання. Питомі витрати води на промивку для обмеження концентрації іонів міді й амонію у ванні фінішної промивки на рівні 10мг/л складають 4л/м2. Показники способу після 3 тижнів експлуатації системи промивки наведені в таблиці. Приклад 3 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять за прикладом 2, але аноди поміщають в один загальний анодний простір. Показники способу після 3 тижнів експлуатації системи промивки наведені в таблиці. Приклад 4 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять за прикладом 2, але розчин першої ванни промивки фільтрують тільки через перший фільтр. Значно росте солевміст у ванні першої промивки, що не дозволяє робити якісну промивку. Приклад 5 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять за прикладом 2, але розчин першої ванни промивки фільтрують тільки через другий фільтр. Зростають витрати гідроксиду натрію, зменшується швидкість фільтрування, що не дозволяє робити якісну промивку. Приклад 6 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять за прикладом 2, але використовують аноди з хромонікелевої сталі 08Х22Н6Т. Промивна вода забруднюється сполуками тривалент 7 17162 ного заліза, що не дозволяє робити якісну промивку. Приклад 7 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять за прикладом 2, але фільтрат після першого фільтра повертають у ванну промивки без анодної обробки, а фільтрат після другого фільтра без анодної обробки скидають у стічні води. Приклад 8-10 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять за прикладом 2. Вихідні дані і по 8 казники способу після 3 тижнів експлуатації системи промивки наведені в таблиці. Приклад 11 Очистку промивних вод від іонів металу (міді) і амонію роблять за прикладом 2, але до фільтрування через другий фільтр додається 0,05г/л гідроксиду натрію, електроліз в ванні уловлювання проводять при співвідношенні площі аноду і катоду Sa:Sк=0,5, рН промивної води після анодної обробки дорівнює 6,5. Потрібний більш об'ємний електродний блок, стік забруднюється сполуками залізу. Таблиця Показники способів після трьох тижнів експлуатації системи промивки Додаток рН розчинів гідроксида 1-ї ванпісля № прикнатрію пе- Sa:Sк ни про- анодної ладу ред 2-м фімивки обробки льтром 1 9,5 2 0,15 1 8 7,25 3 0,15 1 8 7,25 7 0,15 1 9,5 7,25 8 0,1 0,75 8 7 9 0,2 1,25 8 7,5 11 0,3 2 8,2 8 + ([NH4+]:[Cu2+]) [NH4 ] у воді, що скидаєтьу 1-ї ванні ся, мг/л промивки Таким чином, порівняння даних, наведених у прикладах, показує, що пропонований спосіб відрізняється більш тривалим фільтроциклом при сорбційному фільтруванні (продовжується термін служби фільтруючої загрузки, знижуються витрати на її регенерацію), стабілізацією складу розчинів ванн промивки, що дозволяє автоматизувати контроль за промивними операціями і забезпечити якісне промивки деталей, і зниженням у 2-5 разів витрат води на промивку. Комп’ютерна верстка А. Рябко 13 0 2,5 10 0 0 7 2 2 18 2 2 2 12 Фільтроцикл 1 2 фільтр фільтр 2год. 5дн. 3дн. 6год. 5дн. 5дн. 9год. Витрати води, л/м2 8год. 14дн. 10дн. 4год. 14дн. 14дн. 3дн. 80 4 7 32 4 4 17 Джерела інформації: 1. Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник / В.Л. Зубченко, В.И. Захаров, В.М. Рогов и др.: Под общ. Ред. В.Л. Зубченко. - М.: Машиностроение, 1988г. - 672с. 2. Природные сорбенты в процессе очистки воды / Тарасович Ю.И. - Киев, Наук. думка, 1981. 208с. 3. Деклараційний патент України 14926А, МКИ C25D21/20 / Спосіб вилучення металів з промислових вод гальванічних виробництв // Байрачний Б.І., Трубнікова Л.В., Донской Д.Л., Слепцов В.Г., БИ №6, 1997. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601