Способ получения магнетито-гипсового сорбента для очистки сточных вод
Изобретение относится к способам получения сорбентов путем переработки отработанных сернокислых травильных растворов и может быть использовано при очистке силикатсодержащих сточных вод. Целью изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента по отношению к силикат-ионам. Для осуществления способа сернокислые железосодержащие растворы обрабатывают известковым молоком, проводят нагрев и аэрацию, сначала известковое молоко вводят до PH 10-11 и окисляют при 70-80°С до соотношения FE<SP POS="POST">3+</SP>/ FE<SB POS="POST">общ.</SB> = 0,8-0,9, затем после введения исходного сернокислого железосодержащего раствора до PH 4,0-5,0 и соотношения FE<SP POS="POST">3+</SP>/ FE<SB POS="POST">общ.</SB> = 0,35-0,45 известковое молоко вводят до PH 7-8 и соотношения FE<SP POS="POST">3+</SP>/ FE<SB POS="POST">общ</SB> 0,66-0,70. Способ позволяет получить магнетито-гипсовый сорбент, обладающий в 1,5 раза большей сорбционной емкостью по SI O<SB POS="POST">3</SB>, чем известный сорбент, и составляющей 204-212 мг/г. 5 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ -:"1АЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4287555/23-26 (22) 21.07.87 (46) 30.08.89. Бюл. У 32 (71) Научно-производственное объединение по защите атмосферы, водоемов, использованию вторичных энергоресурсов и охлаждению металлургических агрегатов на предприятиях черной металлургии "Энергосталь" (72) Л.Д. Кленышева, Л Л.Полищук, Л.Н.Кононенко, А.Б.Задорожная и Т.В.Матвеева (53) 663.631.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 1175876, кл. С 02 F 1/58, 1984. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНЕТИТОГИПСОВОГО СОРБЕНТА Д3И ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД (57) Изобретение относится к способам получения сорбентов путем переработки отработанных сернокислых травильных растворов и может быть
Изобретение относится к способам получения сорбентов путем переработки отработанных сернокислых травильных растворов и может быть использовано при очистке силикатсодержащих сточных вод в черной металлургии, машиностроении и других отраслях промышпенности.
Цель изобретения — повышение сорбционной емкости сорбента к силикатионам.
Для осуществления способа получения магнетито-гипсового сорбента
„„SU„„1504223 A 1 (51)4 С 02 Е 1/28, В 01 J 20/06 использовано при очистке силикатсодержащих сточных вод. Целью изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента по отношению к силикат-ионам. Для осуществления способа сернокислые железосодержащие растворы обрабатывают известковым молоком, проводят нагрев и аэрацию, сначала известковое молоко вводят до рН 10-11 и окисляют при
70-80 С до соотношения Ре /Fe Ä=
0,8-0,9,затем после введения исходного сернокислого железосодержащего раствора до рН 4,0-5,0 и соотношения Fe /Fe „ = 0,35-0,45 известковое молоко вводят до рН 7-8 и соотношения Fe э /Fe „ ц = 0,66
0,70. Способ позволяет получить магнетито-гипсовый сорбент, обладающий в 1 5 раза большей сорбционной емУ, ° костью по SiO, чем известный сорбент, и составляющей 204-212 мг/г.
5 табл. для очистки сточных вод, обработку сернокислых желеэосодержаших растворов известковым молоком ведут в 2 стадии: сначала раствор обрабатывают до рН 10-11 и аэрируют до соотношения Fe (III)/Fe Ä = 0,8-0,9, а затем после введения сернокислого железосодержащего раствора до рН
4-5 и соотношение Fe (III)/Fe ц
0,35-0,45, известковое молоко вводят до рН 7-8 и соотношения
Fe (III)/Fe = 0,66-0,70. Повышение сорбционной емкости сорбента
1504223 4 достигается как эа счет увеличения его дисперсности, так и эа счет дефектности образующихся кристаллов, причем селективность определяется, в основном, степеньк> дефектности структуры. Предложенньй способ позволяет получить высокоактивньй магнетито-гипсовый сорбент, селективный к силикат-ионам, за счет оптимального соотношения дефектности структуры и дисперсности сорбента.
На 1-й стадии обработки получают гидроксид железа (III) с добавками гидроксида железа (II), который при дальнейшей обработке обеспечи10
15 вает образование магнетито-гипсового осадка с наибольшей дефектностью структуры. Наибольшей сорбционной ет сорбент, полученньй иэ гетерофазной системы, где железо (III) находится в твердой фазе и имеет уже сформированную структуру, дефектную благодаря вкраплениям Ге(ОН), а же- 25 лезо (II) — в растворе. Гидроксид железа (III) с вкраплениями гидроксида железа (II) образуется при соотношении Fe (III)/Fe >„ = 0,8-0,9 на 1-й стадии. При соотношении
Fe (III)/Fe с О,S последующее введение раствора железа (11) на 2-й стадии приводит к образованию системы: железо (II) — в осадке и растворе, железо (Т?Т) — в осадке.
Получение магнетита происходит преимущественно в результате взаимо30
35 действия гидроксидов железа (II) и железа (III), находящихся в осадке. Такое отклонение от гетерофазного механизма образования магнети40 та приводит к уменьшению его дефектности, а следовательно, и к уменьшению сорбционной емкости.При соотношении Fe (III)/Fe 0,9 содержание гидроксида железа (II) в гидроксиде железа (III) недостаточно для обеспечения дефектности структуры сорбента. Для исключения образования промежуточных продуктов окисления — ферроферритов и магнетита на 1-й стадии процесс окисления необходимо осуществлять в щелочной среде в интервале рН 10-11.
Образовавшийся на 1-й стадии гидрок55 сид железа (III) в добавками гидро50 ксида железа (11) смешивают с исходным кислым раствором сульфата железа (11) до достижения соотношения способностью к силикат-ионам облада- 20
Ре /Ре оь> = 0» 35-0 45 и рН 4-5 Именно при таких условиях не образуется гидроксид железа (11) и не осаждается «а гидроксиде железа (Т?), полученном на 1-й стадии, что привело бы к получению магнетито-гипсового сорбента по известному механизму иэ гидроксидов железа (II и
III), обладающего низкой сорбционной способностью. При рН с 4 происходит частичное растворение гидроксида железа (II), что нежелательно.
При pH ) 5 образуется гидроксид железа (II), осаждающийся на гидроксиде железа (II), полученном на 1-й стадии и играющем роль затравки, магнетит образуется быстро по известному механизму иэ гидроксидов железа (II и III). Такой магнетито-гипсовый сорбент не обладает дефектностью структуры и имеет низкую сорбционную способность. Соотношение железа (III) в твердой фазе и железа (II) в растворе также зависит от Fe /Fe,,„ в системе. При
3k соотношении Ее /Feo „, близком к стехиометрическому для магнетита, процесс протекает слишком быстро с получением сорбента с малой сорбционной способностью. Цель 2-й стадии обработки — получение высокоактивного сорбента, Такой магнетит в силу специфичности механизма получения обладает достаточно развитой поверхностью и избирательной сорбционной способностью, в частности, к силикат-ионам.
Пример. 100 ип исходного раствора с содержанием железа 65 г/л обрабатывают 10Х-ным известковым молоком до рН 8-11,5 в течение 5 мин.
Образовавшуюся суспенэию нагревают до 70-80 С и аэрируют до Fe>+/Fe,,„=
=0,5-1,0. 100 мл суспенэии отбирают для исследования, а к оставшейся части приливают исходный раствор.
Необходимый объем исходного раствоэФ б ра рассчитывают, исходя из Fe /Fe в суспенэии гидроксидов железа (II) и (III) и в исходном растворе. После достижения температуры 80 С смесь аэрируют в течение 30-45 мин с одновременным подщелачиванием до перехода цвета иэ коричнево-зеленого в черный. На фильтрацию отбирают
100 мп суспенэии, остальную часть используют для сорбции, седиментационного и электронно-микроскопичес35
5 15042 кого анализа. Для определения удельной сорбции к 50 мл силикатсодержащей воды с концентрацией 3 г/л Si0 3 добавляют сорбент в соотношении 1:1.
После 40 мин перемешивания сорбент
5 удаляют фильтрацией, а в очищенной воде определяют остаточную концентрацию силикат-ионов. Удельную сорбционную способность рассчитывают 10 как отношение количества сорбированного вещества на единицу массы при поверхности сорбента.
Влияние величины рН 1-й стадии обработки на свойства магнетито-гипсового сорбента показано в табл.1.
При рН 8 образуется магнетит с сорбционной емкостью . 150 мг/г.Дальнейшая перекристаллизация его no предложенному способу путем введе- 20 ния исходного раствора до рН 4-5 не происходит, а в процессе последующей нейтрализации и окисления образуется сорбент с такой же сорбционной способностью как промежуточ- 25 ный продукт.
Повышение рН с 8 до 9,5 приводит к образованию смеси магнетита с гидроксидом железа (III), о чем свидетельствуют коричнево-черный цвет осадка и термогравиметрический анализ. Образующийся из этой смеси в результате последующей переработки сорбент обладает недостаточной сорбционной способностью по Ь О
В интервале значений рН 10-11 на
1-й стадии образуется коричневая суспензия гидроксида железа (III) с вкраплениями гидроксида железа (II), что подтверждает термограви- 40 метрический анализ. При последующей обработке этого промежуточного продукта образуется магнетито-гипсовый сорбент с сорбционной способностью по Si0 з 206 мг/г. Дальнейшее по45 вышение рН нецелесообразно.
23 вать соотношение Fe3 /Ãå, = 0 8, ц Э
0,9 на 1-й стации.
В табл. 3 приведены данные, показывавшие влияние рН на характеристики сорбента после введения Feсодержащего раствора.
Влияние соотношения Fe /Fe, „ после введения Fe-соцержащей воды на свойства магнетито-гипсового сорбента показано в табл.4.
Сравнительная характеристика сорбентов, полученных различными способами приведена в табл. 5..
Таким образом, сорбент, полученньп» в оптимальных условиях при рН 4-5, обладает максимальной удельной сорбцией (- 210 мг/г), а в диапазонах соотношений Ге /Fe < 0,35
3+ общ и Ге /Fe v 0,45 конечньй продукт обладает низкой сорбционной способностью по силикат-ионам. Целесообразно придерживаться значений Ге- /
/Fe = 0,35-0,45. Сопоставление сбщ данных табл. 5 показывает, что предложенный способ позволяет получить магнетито-гипсовый сорбент, обладающий наибольшей сорбционной способностью к силикат-ионам. Сорбент имеет удельную поверхность 80 м /r u обладает более чем в 1,5 раза большей сорбционной способностью к силикат-ионам, чем природньй магнетит, активированный щелочью и магнетитогипсовьй реагент, полученньй известным способом
Использование предлагаемого способа позволяет осуществить эффективную очистку силикатсодержащих стоков, благодаря применению сорбента с высокой сорбционной способю ностью.
Формула изобретения
В табл. 2 приведены данные сорбционной емкости полученного сорбента при изменении соотношения
Fe /Fe, При достижении величины Fe /Fe, 3+
0,8 сорбционная емкость конечного продукта резко возрастает до 208 мг/г.
Дальнейшее окисление до соотношения
Feз /Fe,z = 1,О приводит к снижению эффективности сорбента, Поэтому для получения наиболее эффективного сорбента необходимо выдержиСпособ получения магнетито-гипсового сорбента для очистки сточных вод, включающий обработку сернокислых железосодержащих растворов известковым молоком, нагрев до
70-80 С и аэрацию, о с л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения сорбционной емкости сорбента к силикат-ионам, обработку известковым молоком ведут сначала до рН
10-11, азрацию до соотношения Fe(III)/
/Ре щ = 0,8-0,9, а затем пос1504223 ле введения сернокислого железосодержащего раствора до рН 4,0-5,0 и соотношения Fe (III)/Ре
8 9,5 10 10,5 11 11,5
153 168 204 206 208 200
П р и м е ч а н и е. При Fe /Fe< + (1-я стадия) = 0,8, Fe з /Fe Таблица 2 Fe /Fe, на 1-й 0,5 0,75 0,8 0,85 0,9 1,0 стадии 129 166 208 210 212 176 П р и м е ч а н и е. При рН„ = 11, Fe /Fe,< (2-я стадия) = 0,4, рН, = 4,5. Таблица 3 3 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 7,0 рн, 172 179 211 210 210 166 133 П р и м е ч а н и е. При рН, = 10, Fe /Ре (1-я стадия) = 0,9, Ре /Fe, (2-я стадия) = 0,4 ° Таблица 4 Fe /Fe s„,20 Ов30 Оэ35 Оэ4 Oю45 Ов50 Оэ60 174 180 214 210 208 150 127 П р и м е ч а и и е. При рН, = 10, Fe /Fe (1-я стадия) = 0,9, рН. = 4,5. Удельная сорбция магнетито-гипсового сорбента по Si0> мг/г Удельная сорбция магнетито-гипсового сорбента по Si0 мг/г Удельная сорбция магнетито-гипсового сорбента по S l O i Mr/r 0,35-0,45, известковое молоко вводят до рН 7-8 и соотношения Fe (III) / ем 0,66-0,70 Т а б л и ц а 1 1504223 1О Таблица 5 Способ получения сорбентов Удельная Сорбционная способность по S10 поверхность м2 /r Mr /ì2 мг/г Природный магнетит, активированный щелочью Магнетито-гипсовый реагент, полученный при аэрации со скоростью 0,2-2 нмз/ч (известный способ) Сорбент, полученный по предложенному способу 50 1,2 160 1,6 100 2,6 210 Составитель Л.Ананьева Редактор Т.Лаэоренко Техред А.Кравчук Корректор Э.Лончакова Заказ 5211/27 Тирах 828 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.укгород, ул. Гагарина,101
