Спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів

Реферат: Винахід стосується охорони навколишнього середовища, а саме способів утилізації залізовмісних розчинів, в яких здійснюється знешкодження висококонцентрованих розчинів травлення чорних металів. Спосіб включає осадження іонів металу із залізовмісного розчину, обезводнення твердої фази фільтрацією, промивання, сушіння та її диспергування. Перед осадженням вихідний залізовмісний розчин підлягає очищенню від вільної кислоти фільтрацією через іонообмінну смолу в ОН-формі, осадження проводять шляхом термогідролізу при температурі 80-100 °C при продуванні киснем повітря протягом 100-120 хв. з повторним очищенням від вільної кислоти фільтрацією через іонообмінну смолу в ОН-формі, з наступним змішуванням відфільтрованого осаду з розчинами карбаміду та формальдегіду при мольному співвідношенні компонентів 1:(1,1-1,5) відповідно, в кількості 10-50 % від маси пігменту в перерахунку на суху масу при температурі 30-50 °C та перемішуванні протягом 60-120 хвилин. В результаті утилізації отримують пігмент з регульованою дисперсністю і покращеними пігментними властивостями. UA 102154 C2 (12) UA 102154 C2 UA 102154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується охорони навколишнього середовища, а саме способів утилізації залізовмісних розчинів, в яких здійснюється знешкодження висококонцентрованих розчинів травлення чорних металів, а також малоконцентрованих розчинів промивних стічних вод, які утворюються на металургійних заводах, в радіотехнічній промисловості, в хімічній та інших галузях народного господарства. Відомий спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів, в якому здійснюється попередня очистка відпрацьованих травильних розчинів від домішок органічних речовин, електрохімічне окиснення двовалентного заліза до тривалентного, яке здійснюють в електролізері під дією ароматного хлору, який виділяється на аноді, з наступною концентрацією розчину та гідролізом хлорного заліза. При цьому, гідроліз хлорного заліза здійснюють при 6-10-кратному надлишку води у порівнянні зі стехіометричною кількістю, з одержанням соляної кислоти концентрацією від 20 до 30 мас. %, яка потім направляється у виробництво [Пат. RU 2061102, C24G 1/36, C25F 7/02. Способ регенерации соляной кислоты из отработанных травильных растворов / Поворов А.А., Павлова В.Ф., Ерохина Л.В. - №94014571/02; заявл. 19.04.94; опубл. 27.05.96]. До недоліків відомого способу слід віднести: складність та довготривалість процесу; значний реакційний об'єм за рахунок введення 6-10-кратного надлишку води; одержання нерозчинного осаду гідроксиду заліза, який не утилізується та не використовується. Відомий спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів, в якому здійснюється оброблення відпрацьованих травильних розчинів відходами металообробки та додаванням осадника фосфат-іоновмісної сполуки за рН=6,0-8,0 і стехіометричному співвідношенні фосфат-іонів та катіонів осаджуваного металу та відділяють одержаний осад. При цьому фільтрат може бути повернутий у виробництво, а осад використовують як пігментні пасти [Пат. 2110488 RU, C02F 1/64. Способ утилизации кислих железосодержащих растворов / Рослякова Н.Г., Конорев Б.П. №96112022/25; заявл. 17.06.96; опубл. 10.05.98]. До недоліків відомого способу варто віднести: одержання пігменту низької якості за рахунок відсутності контролю його синтезу; нейтралізація сірчаної кислоти без її регенерації. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, за технічною суттю та ефектом, який досягається, є спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів шляхом оброблення відпрацьованих травильних розчинів розчином гідроксиду калію за рН=9-10 з наступним окисненням заліза двовалентного до заліза тривалентного розчином 3 % пероксиду водню. При цьому, одержаний осад гідроксиду заліза фільтрують та сушать, одержуючи залізоокисний пігмент, як основу для приготування фарб та емалей [Пат. 2019524 RU, C02F 1/64. Способ обработки железосодержащих сточных вод / Зюльков Б.Н., Хорошкин В.М., № 5007009/26; заявл. 01.07.91; опубл. 15.09.94] (найближчий аналог). До недоліків найближчого аналога варто віднести: застосування гідроксиду калію, який необхідно використовувати у сильно розведеному стані, що значно збільшує реакційний об'єм; застосування пероксиду водню, що здатен до саморозкладання; одержання пігменту низької якості за рахунок відсутності контролю його синтезу; нейтралізація сірчаної кислоти без її регенерації. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів з одержанням нерозчинного осаду гідроксиду заліза(ІІІ) у вигляді модифікованого лесуючого пігменту з регульованою дисперсністю і покращеними пігментними властивостями. Для виділення золю гідроксиду заліза(ІІІ) і модифікування його поверхні в золь вводять карбамід та формальдегід, які в кислому середовищі утворюють дисперсні продукти, структурно пов'язані з гідроксидом заліза(ІІІ). Для виділення сірчаної кислоти з розчину застосовують іонообмінну смолу в ОН-формі. Поставлена задача досягається тим, що відомий спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів, що включає садження іонів металу із залізовмісного розчину, обезводнення твердої фази фільтрацією, промивку, сушіння та її диспергування, відповідно винаходу, перед осадженням вихідний залізовмісний розчин підлягає очищенню від вільної кислоти фільтрацією через іонообмінну смолу в ОН-формі, осадження проводять шляхом термогідролізу за температури 80-100 °C при продуванні киснем повітря протягом 100-120 хвилин з повторним очищенням від вільної кислоти фільтрацією через іонообмінну смолу в ОН-формі, з наступним змішуванням відфільтрованого осаду з розчинами карбаміду та формальдегіду при мольному співвідношенні компонентів 1:(1,1-1,5) відповідно, в кількості 10-50 % від маси пігменту в перерахунку на суху масу, за температури 30-50 °C та перемішуванні протягом 60-120 хвилин. 1 UA 102154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Іонообмінну смолу регенерують водою з одержанням сірчаної кислоти концентрацією 3040 мас. %. Суть способу полягає в тому, що залежно від рН і температури гідролізу та концентрації вихідної залізовмісної сировини утворюється стабільний золь гідроксиду заліза(III) з нанодисперсними частинками твердої фази близькими до монодисперсних, введення карбаміду та формальдегіду дозволяє одержати кабамідоформальдегідний полімер, який структурно зв'язує частинки золю гідроксиду заліза(III) у конгломерати, тим самим забезпечуючи можливість проведення фільтрування і промивання продукту та одержання лесуючого пігменту з покращеними пігментними властивостями, а фільтрування через іонообмінну смолу в ОНформі забезпечує виділення та регенерацію сірчаної кислоти. Спосіб здійснюють таким чином. У реактор з мішалкою, обладнаний нагрівальним пристроєм, заливають очищений та відфільтрований через іонообмінну смолу залізовмісний розчин з концентрацією сульфату 3 заліза(ІІ) 50-100 г/дм , нагрівають його до температури 80-100 °C та підключають продування киснем повітря протягом 100-120 хвилин до досягнення рівноваги в системі. По закінченні часу одержану суспензію повторно фільтрують через іонообмінну смолу в ОН-формі, яку потім регенерують водою з одержанням сірчаної кислоти концентрацією 30-40 мас. %. Одержаний осад змішують з розчинами карбаміду та формальдегіду при співвідношенні компонентів 1:(1,11,5) відповідно, в кількості 10-50 % від маси пігменту в перерахунку на суху масу, та перемішують реакційну суміш протягом 60-120 хвилин за температури 30-50 °C. Одержану суспензію фільтрують, осад промивають дистильованою водою, висушують в сушильній шафі та подрібнюють. Процес здійснюється циклічно до повного видалення іонів заліза із розчину. Спосіб пояснюється таким прикладом. У реактор з мішалкою заливають 100 мас. ч. очищеного та відфільтрованого через 3 іонообмінну смолу залізовмісного розчину з концентрацією сульфату заліза(ІІ) 100 г/дм , нагрівають його до температури 100 °C та підключають продування киснем повітря протягом 100 хвилин до досягнення рівноваги в системі. По закінченні часу одержану суспензію повторно фільтрують через шар іонообмінної смоли в ОН-формі, яку потім регенерують водою з одержанням сірчаної кислоти концентрацією 30-40 % мас. Одержаний осад змішують з розчинами карбаміду та формальдегіду при співвідношенні компонентів 1:1,5 відповідно, в кількості 50 % від маси пігменту в перерахунку на суху масу, та перемішують реакційну суміш протягом 80 хвилин за температури 50 °C. Одержану суспензію фільтрують, осад промивають дистильованою водою, висушують в сушильній шафі та подрібнюють. Процес здійснюється циклічно до повного видалення іонів заліза із розчину. В описаному прикладі як продукт одержують світло-жовтий порошок, що складається з часток голкової форми з розмірами близькими 100-150 нм з вузьким розподілом частинок за розмірами, які являють собою частинки гідроксиду заліза(ІІІ), структурно пов'язані з карбамідоформальдегідним полімером, та сірчану кислоту концентрацією 30-40 % мас. Запропонований спосіб є економічно ефективним, дозволяє утилізувати кислі залізовмісні стічні води, одержати модифікований лесуючий жовтий залізоокисний пігмент з регульованою дисперсністю та сірчану кислоту. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів, який включає осадження іонів металу із залізовмісного розчину, обезводнення твердої фази фільтрацією, промивання, сушіння та її диспергування, який відрізняється тим, що перед осадженням вихідний залізовмісний розчин підлягає очищенню від вільної кислоти фільтрацією через іонообмінну смолу в ОН-формі, осадження проводять шляхом термогідролізу при температурі 80-100 °C при продуванні киснем повітря протягом 100-120 хв. з повторним очищенням від вільної кислоти фільтрацією через іонообмінну смолу в ОН-формі, з наступним змішуванням відфільтрованого осаду з розчинами карбаміду та формальдегіду при мольному співвідношенні компонентів 1:(1,1-1,5) відповідно, в кількості 10-50 % від маси пігменту в перерахунку на суху масу при температурі 30-50 °C та перемішуванні протягом 60-120 хвилин. 2. Спосіб утилізації кислих залізовмісних розчинів за п. 1, який відрізняється тим, що іонообмінну смолу регенерують водою з одержанням сірчаної кислоти концентрацією 30-40 мас. %. 2 UA 102154 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3