Способ извлечения тяжелых и цветных металлов

 

Изобретение относится к технологиям извлечения металлов из водных растворов и может быть использовано при очистке промышленных сточных вод сложного состава от катионов различных металлов. Способ извлечения тяжелых и цветных металлов из водных сред сложного состава включает фильтрование их через адсорбенты, фильтрование ведут последовательно через слой березового активированного угля и слой магнитных продуктов золошлаковой смеси. Слои адсорбентов взяты в объемном соотношении березовый активированный уголь: магнитные продукты золошлаковой смеси = 2 : 1. Сорбент ионов тяжелых и цветных металлов на основе магнитных продуктов золошлаковой смеси содержит отходы сжигания углей, которые подвергают мокрой магнитной сепарации с последующим выделением фракции 0,3-0,05 мм. Способ позволяет упростить и удешевить процесс. 2 ил., 5 табл.

Изобретение относится к технологиям извлечения металлов из водных растворов и может быть использовано при очистке промышленных сточных вод сложного состава от катионов различных металлов.

Известен способ извлечения ионов Сu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺ из сточных вод свинцово-цинкового производства с использованием отходов зол ТЭЦ [Реброва Т.И., Квятковский А. Н. , Кадырова З.О. О возможности использования золы Усть-Каменогорской ТЭЦ для очистки сточных вод. Цветные металлы. 1972. 10, с.28 и 29] . Недостатком этого способа является большой расход адсорбента, сильное влияние адсорбента на рН системы, большие затраты на отделение адсорбента от раствора фильтрованием.

Известен сорбент ионов металлов на основе железомарганцевых конкреций [пат. РФ 2152448]. Этот сорбент характеризуется высокой скоростью адсорбции (80-90% емкости в течение 1 часа), высокой емкостью (4-18 мас.%) по ряду металлов при значительных концентрациях металлов (1 моль/л). Недостатком известного сорбента являются ограниченное число сорбируемых тяжелых и цветных металлов, низкая адсорбционная емкость при малых концентрациях металлов, сильное подщелачивание очищаемой системы, сложность получения сорбента (дробление, грохочение по классам), сложность отделения сорбента от раствора по окончании процесса адсорбции.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки сточных вод вулканизационного производства (Пат. RU 2153472), который позволяет извлекать тяжелые металлы из сточной воды в присутствии нефтепродуктов и СПАВ. Способ заключается в том, что загрязненная нефтепродуктами, СПАВ, тяжелыми металлами и другими компонентами вода пропускается через четырехслойную фильтрационную колонку последовательно через слои гидратированного оксида алюминия, сульфоугля, гидратированного оксида алюминия, БАУ. Объем слоев адсорбентов находится в соотношении 1:3:2:3.

Недостатком известного способа является использование дорогих адсорбентов, а именно гидратированного оксида алюминия, получаемого термогидролизом электровзрывного УДП алюминия. Известный способ не раскрывает возможностей извлечения цветных металлов.

Задача изобретения - на основе дешевых и доступных адсорбентов разработать способ извлечения тяжелых и цветных металлов из растворов сложного состава, содержащих органические примеси, в т.ч. из растворов, содержащих металлоорганические комплексы.

Технический результат заключается в упрощении и удешевлении процесса. Он достигается способом извлечения тяжелых и цветных металлов из водных сред сложного состава, включающим последовательное фильтрование их через слои адсорбентов, одним из которых является слой березового угля, при этом согласно изобретению фильтрование ведут последовательно через слой березового активированного угля и слой магнитных продуктов золошлаковой смеси, полученых мокрой магнитной сепарацией отходов сжигания углей и выделением фракции 0,3-0,05 мм, при этом объемное соотношение березовый активированный уголь : магнитные продукты золошлаковой смеси поддерживают равным 2 : 1.

Раствор пропускают со скоростью 5-8 м/ч через фильтрационную колонку с двумя слоями адсорбентов: слой березового активированного угля (БАУ) и слой магнитных продуктов золошлаковой смеси (МПЗС) с размером частиц 0,3-0,05 мм, полученных мокрой магнитной сепарацией золы ТЭЦ, с расположением слоев адсорбентов согласно приведенной схеме на фиг.1.

Адсорбенты: 1 - березовый активированный уголь (БАУ), размеры частиц 0,4-1,0 мм, насыпная масса 240 кг/м³; 2 - магнитные продукты золошлаковой смеси (МПЗС), размеры частиц 0,3-0,05 мм, насыпная масса 3,44 т/м³.

Пропускание через слой БАУ способствует удерживанию органических компонентов, облегчает разрушение металлоорганических комплексов.

Фильтрование через слой МПЗС приводит к удерживанию ионов различных металлов. Магнитные продукты золошлаковой смеси получают из отходов ТЭЦ на установке, схема которой представлена на фиг.2.

Для изучения адсорбции ионов металлов из растворов использовались магнитные микросферы, химический состав которых приведен в табл.1.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Модельный раствор объемом 5 л, загрязненный соединениями железа, меди, свинца, хрома (концентрация каждого металла составляет 10 мг/л) и фенолом (С_фенола=1 мг/л), пропускают в адсорбционной колонке (d=3 см) через слой БАУ со скоростью 8 м/ч, далее пропускают с той же скоростью через слой МПЗС, полученных мокрой магнитной сепарацией золы ТЭЦ с последующим выделением фракции 0,3-0,05 мм. Параллельно проводят очистку модельного раствора по прототипу. В исходном растворе и в фильтратах анализируют содержание компонентов. Результаты определения приведены в табл.2.

Пример 2. 2 л сточной воды коксохимического производства, содержащей 10 мг/л фенолов, 15 мг/л масляных продуктов, 10 мг/л хрома, 40 мг/л других тяжелых и цветных металлов, пропускают в адсорбционной колонке (d=3 см) через слой БАУ со скоростью 5 м/ч, далее пропускают с той же скоростью через слой МПЗС, полученных мокрой магнитной сепарацией золы ТЭЦ с последующим выделением фракции 0,3-0,05 мм. Параллельно проводят очистку сточной воды по прототипу. В исходной пробе и в фильтратах анализируют содержание компонентов. Результаты анализа приведены в табл.3.

Пример 3. Магнитные микросферы контактируют в статических условиях с растворами солей различных металлов (концентрация металлов в растворах 100 мг/л, рН 4,5) при соотношении Твердое:Жидкое = 1:100 в течение 1 часа. После чего адсорбент легко отделяют от раствора с помощью магнита. Результаты по примеру 3 приведены в табл.4.

Из табл. 4 следует, что предлагаемый адсорбент извлекает из растворов большее количество тяжелых и цветных металлов, чем известный сорбент. Видно, что применение предлагаемого адсорбента не приводит к подщелачиванию системы.

Пример 5. 0,5 г магнитных микросфер контактируют со 100 мл растворов солей свинца и меди (концентрация ионов металлов 10 мг/л, рН 4,4-4,6) в течение 5, 10, 20, 30 минут, после чего микросферы отделяют от раствора с помощью магнита. Результаты по примеру 5 приведены в табл.5.

Пример 5 показывает более высокую скорость адсорбции металлов на предлагаемом адсорбенте, чем на известном.

Пример 6. 0,5 г адсорбента контактируют в статических условиях с 1 л раствора роданида серебра с концентрацией 2 мг/л Ag⁺. Остаточная концентрация серебра в равновесном состоянии составляет 0,03 мг/л. При этом равновесная адсорбционная емкость сорбента по Ag⁺ достигает 4 мг/г. Пример 6 указывает на более высокую равновесную адсорбционную емкость предлагаемого адсорбента при низких концентрациях металлов по сравнению с известным.

Предлагаемый способ извлечения тяжелых и цветных металлов применим для широкого круга сточных вод, содержащих также органические примеси.

Преимуществом предлагаемого способа является возможность однопоточной очистки воды, содержащей различные загрязнители - органические и неорганические.

Использование предлагаемого способа упрощает и удешевляет технологию извлечения металлов.

Вышеизложенный способ предполагает секционную послойную загрузку фильтрационной колонны, возможность секционной регенерации отработанных адсорбентов, что также упрощает и удешевляет технологический процесс.

Применяемые адсорбенты доступны и дешевы. Использование предлагаемого адсорбента способствует утилизации отходов ТЭЦ. Адсорбент можно применять для извлечения ценных металлов из водных сред, а также для очистки загрязненных металлами стоков различных производств. Применение предлагаемого адсорбента с высокими магнитными характеристиками упрощает отделение его от раствора.

Формула изобретения

Способ извлечения тяжелых и цветных металлов из водных сред сложного состава, включающий последовательное фильтрование их через слои адсорбентов, одним из которых является слой березового угля, отличающийся тем, что фильтрование ведут последовательно через слой березового активированного угля и слой магнитных продуктов золошлаковой смеси, полученных мокрой магнитной сепарацией отходов сжигания углей и выделением фракции 0,3-0,05 мм, при этом объемное соотношение березовый активированный уголь: магнитные продукты золошлаковой смеси поддерживают равным 2:1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7