Способ обработки сточных вод, содержащих ионы меди

 

Изобретение относится к утилизации отходов гальванических и иных производств, содержащих ионы меди, и может быть использовано в металлургических и других производствах. Сущность изобретения заключается в контактировании сточных вод, содержащих ионы меди, с природными карбонатами кальция с последующей обработкой осадка острым паром, затворением его водой и грануляцией. Полученный осадок фиксируется в гипсокарбонатной матрице. Согласно изобретению способ упрощается, полученные осадки пригодны для длительного хранения и вторичного использования на предприятиях цветной металлургии.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к утилизации жидких отходов гальванических и иных производств, содержащих ионы меди, и может быть использовано в металлургических, металлообрабатывающих и других производствах для очистки сточных вод от меди и повышения химической устойчивости полученных осадков при длительном хранении, а также для обеспечения возможности вторичного использования осажденной меди.

Большинство современных способов очистки сточных вод от ионов тяжелых цветных металлов основываются на их осаждении в виде гидроксидов при подщелачивании с последующей коагуляцией, отделением осадка и доочисткой [1]. Гидролитические методы имеют достаточные скорость и глубину осаждения, однако, при утилизации осадков возникают проблемы, связанные с вымыванием ионов слабокислыми природными водами при их длительном хранении, особенно на открытых площадках.

Известен способ повышения стойкости осадков гидроксидов за счет их ферритизации при окислении сульфата двухвалентного железа кислородом воздуха в присутствии перманганата калия или его смеси с пиролюзитом при рН 10-11 (барботаж суспензии воздухом при температуре 85-95^oС) [2]. Ферриты цветных металлов устойчивы к атмосферным и гидросферным воздействиям, однако вторичное использование меди затруднено из-за ее малого содержания в осадке. Недостатками данного способа являются также использование дорогого реагента (перманганата), большие затраты на подщелачивание и нагрев растворов, сложное аппаратурное оформление.

Известен способ очистки сточных вод от меди обработкой растворов суспензией известняка и цементного клинкера с концентрацией не менее 1 мас.% [3], с осаждением меди в виде двойных солей: кальцийалюмосиликатов, практически нерастворимых при любом солевом составе воды. Преимуществами указанного способа является проведение процесса в одну стадию без предварительного подщелачивания и возможность длительного хранения образовавшегося цементного камня в естественных условиях. Недостатки - использование достаточно дорогого реагента (цементного клинкера - не менее 30%), необходимость сгущения тонкодисперсных осадков и невозможность вторичного использования осажденных металлов из-за их малой концентрации в силикатной матрице, а также его применимость только в слабо концентрированных растворах (1% суспензии). Данный способ выбран за прототип.

Целью изобретения является упрощение процесса, сокращение расходов и получение осадков, пригодных для долговременного хранения и вторичного использования на предприятиях цветной металлургии. Указанная цель достигается тем, что осаждение меди ведут при контактировании сточных вод с природными карбонатами кальция, а осадок, в отличие от прототипа, фиксируют не в кальций-силикатную (цементную), а в гипсокарбонатную матрицу посредством его дополнительной обработки острым паром с последующим затворением водой и грануляцией. При этом гипсовое вяжущее не вносится дополнительно, а образуется непосредственно при осаждении меди из кислых и нейтральных растворов на природных карбонатах кальция: 3СаСО₃+4CuSO₄+10Н₂О = Сu₄SО₄(OН)₆•H₂О+3CaSO₄•2H₂O+3СO₂ Осадитель используется многократно, что позволяет получить высококонцентрированные по меди осадки. После выработки ресурса осадителя осадок представляет собой смесь основных сульфатов меди, гипса и остатков кальцита (гипсово-известняковую смесь) с содержанием меди 10-30%.

Полученную смесь обрабатывают острым паром при температуре 145-160^oС, в результате чего двуводный сульфат кальция переходит в полуводный, обладающий вяжущими свойствами, а основной сульфат меди - в оксид меди, устойчивый в естественных условиях. Полученный материал после остывания затворяется водой в обычном для типовых вяжущих соотношении, окомковывается и отправляется на хранение. В образующихся гранулах медь связана в оксид, что определяет ее повышенную устойчивость к вымыванию при длительном хранении. Воздействие слабокислых почвенных вод компенсируется гипсокарбонатным буфером, фиксирующим рН на уровне 6.4-6.6, при котором исключается растворение оксида меди. Дополнительное внесение вяжущего при окомковании не требуется, т.к. достаточная механическая прочность гранул обеспечивается гипсовым вяжущим, образующимся в ходе осаждения меди.

Высокая концентрация меди в гранулах делает возможной ее вторичную утилизацию на предприятиях цветной металлургии в качестве добавки к шихте отражательной или иной плавки. Механическая прочность гранул определяет возможность их длительного хранения и удобной транспортировки их на значительные расстояния. Присутствие в гранулах карбоната и сульфата кальция обеспечивает дополнительное снижение расхода флюсов при плавке.

Пример конкретного выполнения способа.

1. К сточным водам линии травления дюралюминиевого проката без предварительного подщелачивания добавляется молотый известняк в количестве, зависящем от содержания меди в растворе. По окончании реакции (по достижении остаточной концентрации меди ниже 0,01 мг/л) осадок отделяется от раствора и обрабатывается острым паром (145-160^oС) без предварительной сушки. Полученная рыхлая масса, содержащая полуводный сульфат кальция и до 30% меди в форме оксида, затворяется водой при водотвердом соотношении 1:5-1:2 и гранулируется. Полученные гипсокарбонатные гранулы направляются на длительное хранение или переработку.

2. В действующую технологическую схему гальванического производства встраивается реактор осаждения меди, представляющий собой колонну, заполненную дробленым до 2-5 см известняком, на который замыкается контур сточных медьсодержащих вод. При фильтрации раствора через слой известняка происходит осаждение меди в виде основного сульфата. Содержание меди в водах на выходе из колонны ниже предела обнаружения атомно-абсорбционным методом. Эксплуатация колонны осуществляется до выработки ресурса осадителя, определяемого по появлению меди в промывных водах на выходе, после чего колонна осушается и продувается снизу острым паром, для прогрева материала, заполняющего колонну, до температуры 145-160^oС. Полученная масса разгружается, затворяется водой при Ж: Т=1:6÷1:2 и окомковывается на тарельчатом или ином грануляторе. Гранулированный материал направляется на длительное хранение в отвале или на металлургическую переработку. Колонна заполняется свежей порцией известняка, технологический цикл повторяется.

Использованная литература 1. Коган Б. И. Современные методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Обзорная инф. Института "Цветметинформация". Серия "Охрана окружающей среды". - М., 1975.

2. Авторское свидетельство 1549925.

3. Авторское свидетельство 1214605.

Формула изобретения

Способ обработки сточных вод, содержащих ионы меди, включающий ее осаждение на природных карбонатах кальция, отличающийся тем, что осадок подвергают обработке острым паром с последующим затворением водой и грануляцией.