Проблемы очистки кислых промышленных сточных вод их нейтрализацией щелочными агентами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

54

НАУКА - ПРОИЗВОДСТВУ

Проблемы очистки кислых промышленных сточных вод их нейтрализацией щелочными реагентами

Л.Г. Баратов* , В.О. Бобков** , Л.А. Воропанова***

к* *

Нк 41 і

Л.Г. Баратов

Предложены технологические схемы извлечения компонентов, которые могут быть осуществлены без сбросов, что весьма существенно не только для реализации ресурсосберегающих технологий, но и для охраны окружающей среды.

Очистка кислых промышленных растворов, содержащих серную кислоту и катионы цветных металлов, основана на нейтрализации щелочным реагентом свободной кислоты и осаждении металлов в виде малорастворимых соединений - основных карбонатов и гидроксидов.

Например, исходными продуктами для очистки сточных вод (СВ) медного завода (МЗ) ОАО «ГМК «Норильский никель» [1] являются кислые сульфатные растворы:

- сточные воды цехов электролиза меди (ЦЭМ);

- сточные воды мокрой газоочистки печей (МГО).

Их химический состав приведен в таблице 1.

В качестве нейтрализующего реагента для очистки сточных вод МЗ используется известь техническая.

В настоящее время на нейтрализацию из МГО и ЦЭМ поступает до 250 м3 стоков. Масса кислоты составляет до 60 тонн в сутки. В мешалках-нейтрализаторах объемом 10 м3 происходит постадийное смешивание пульпы и известкового молока. Из-за высоких скоростей протока снижается эффективность нейтрализа-

ции. В результате на входе в осветлители снижается величина рН- растворов, что приводит к коррозии металлоконструкций и оборудования, гипсованию переливного лотка, трубопроводов и выходу из строя насосного оборудования.

Остаточная концентрация катионов металлов в растворе определяется, главным образом, величиной рН и ионной силой раствора, величина которой зависит от концентрации посторонних ионов, например сульфат-ионов.

Необходимо помнить, что введение избыточного реагента вместо полного осветления, очищаемого промышленного раствора, может привести к его помутнению. Это объясняется тем, что между избытком введенной извести и диоксидом углерода воздуха протекает реакция образования более труднорастворимого в воде карбоната кальция.

Таблица 1

Сточные воды Максимальное содержание компонентов, г/дм3 pH

серная кислота медь никель железо

ЦЭМ 1,55 0,58 0,31 0,07 1,0-2,0

МГО 20,0 0,45 0,03 0,15 -

' Баратов Л.Г - к. т. н, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (СК ГМИ) (ГТУ). ” Бобков В. О. - аспирант СК ГМИ (ГТУ).

Воропанова Л. А.- д. т. н. СК ГМИ (ГТУ).

БАРАТОВ Л.Г И ДР. ПРОБЛЕМНІ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ...

55

Щелочной реагент Очищаемая вода Окислитель

Щелочной реагент

Слив

Окисление Бе (II)

Очищаемая вода

I_______2__________,

| Осаждение Бе (III) |

кислоты в пульпах мокрой газоочистки до 12-15 г/дм3 процесс нейтрализации проходит неэффективно, при использовании в качестве реагента извести с активностью 55-63 % растет количество кека, происходит коррозионный износ оборудования, растут трудозатраты на очистку. В результате процесса нейтрализации образуется труднорастворимый карбонат кальция, что, как уже было отмечено, приводит к гипсованию трубопроводов.

Целью работы является устранение отмеченных недо-

.. т статков и снижение их отрица-

)саждение Си и №|На технические цели тельного влияния на окружающую среду.

Пульпа

1

)тстаивание |

Осветлённая водная фаза Кек

▼

Пульпа Си и №

_ Г

| Отстаивание |

Кек Си и №

)евание в автоклаве

Пульпа

<1

| Фильтрование |

Кек Си и №

1

ск

шка

Концентрат Си и №

На технические цели

На переработку

Рис.1. Предлагаемая технологическая схема очистки сточных вод

Произведение растворимости СаСО3 равно 4,8 х 10-9, а Са(ОН)2 равно 5,5 х 10-6. Вследствие этого СаСО3 выпадает в осадок, что приводит к помутнению очищаемого промышленного раствора.

На процесс очистки сточных вод от меди отрицательное влияние оказывает значение рН, выше 11, т. к. в этом случае гидроксид меди начинает растворяться, образуя сине-фиолетовые растворы купритов, содержащих комплексный ион [Си(ОН)4]-2.

С увеличением содержания

На рис. 1 дана предлагаемая технологическая схема очистки сточных вод. В качестве нейтрализаторов можно использовать соду, гидроксид кальция, щелочь и другие щелочные реагенты.

Технологическая схема содержит две стадии осаждения кеков. На первой стадии осаждается гидроксид железа (III).

При наличии в очищаемом стоке ионов Ре (II) путем их окисления хлором, гипохлоритом натрия или кальция, пиролюзитом, анодным шламом цеха электролиза и другими окислителями до Ре (III) с последующим осаждением гидроксида Ре (III) можно перевести в осадок те ионы цветных металлов, у которых величина рН гидратообразования ниже таковой для Ре(ОН)3, в то время как в очищаемом растворе

56

НАУКА - ПРОИЗВОДСТВУ

1.

Исходная сточная вода ___________1____________

Щелочной реагент _________1________

Нейтрализация до оптимальных значений pH

Пульпа

п раз

1

Отстаивание

1 1

Осадок

Осветлённая водная фаза

I

На переработку На технические цели Рис.3. Способ очистки сточных вод при многократном контакте осадка с новыми порциями исходного раствора

остаются те ионы цветных металлов, у которых величина pH гидратообразования больше, чем у гидроксида Fe(Ш), при этом соосаждение последних гидроксидом Fe(Ш) можно уменьшить разбавлением раствора. Таким образом, окислившееся железо (III) является коагулянтом. При недостатке ионов железа их можно специально добавлять в раствор.

Если щелочным реагентом является гидроксид кальция, то вместе с гидроксидом Fe (III) осаждается гипс. Такой кек после отстаивания можно использовать как составную часть для изготовления твердеющих закладочных смесей с закладкой выработанного пространства при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом или для других технических целей.

Чтобы избежать гипсования переливного лотка, трубопроводов и выхода из строя насосного оборудования, предусматривается имеющиеся отстойники переоборудовать в циклаторы с внутренней реакционной зоной и внешним отстойным кольцевым пространством.

На рис. 2 дана схема циклатора по данным авторов [2].

Циклатор состоит из внутренней реакционной зоны I и внешнего отстойного кольца II. Кроме очищаемой воды 1 с известью и хлором 4 в реакционную зону насосами возвращают небольшую часть уже осажденного и сгущенного шлама из зоны осаждения, который

играет роль «зародыша флокуляции». В зоне осаждения выпадающие гидроксиды отделяются от осветленной воды 2. Разгрузка шлама 3, сгущенного до концентрации твердого 35 г/дм3, производится насосами, которые одновременно перекачивают его к фильтр-прессам. К сливам первого циклатора перед подачей его в реакционную зону второго циклатора добавляют известковое молоко из дозирующей известь установки, регулируемой по показателю pH, до тех пор, пока значение pH не станет равным 9. Слив второго циклатора направляется в водоприемник. На второй стадии осаждаются гидроксиды цветных металлов - меди и никеля. Для улавливания ионов этих металлов будут использованы эффективные разработки по извлечению металлов сорбцией, экстракцией, реагентным осаждением.

К полному осаждению никеля в составе преимущественно гидроксида и получению осветленной водной фазы, практически не содержащей соединений никеля, приводит применение способа [3] повторного использования осадка при повышенных температурах (>35°С). На последующих стадиях отстаивания осадка он уплотняется, занимает значительно меньший объем по сравнению с отстаиванием при комнатной температуре. В дополнение к предлагаемой технологической схеме очистки сточных вод для получения плотных осадков можно рекомендовать разработанный способ [3] очистки сточных вод при многократном контакте осадка с новыми порциями исходного раствора. Сущность способа дана на схеме рис. 3.

ВЫВОДЫ

1. Предлагаемая технология максимально использует имеющееся оборудование.

2. Ликвидируются шламовые площадки. Медно-никелевый и железный концентраты предназначены для дальнейшей переработки.

3. Существенно снижаются энергетические затраты.

4. Технико-экономические расчеты свидетельствуют об экономической эффективности разработанной схемы переработки стоков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Технологическая инструкция сушильного цеха Медного

завода «ГМК «Норильский никель». Раздел: Очистка промышленных растворов медного завода. ТИ 44577806.14.55-

28-2000. г. Норильск, 2000 г. 35 с.

2. Бергман А. Извлечение товарных продуктов из шахтной воды на руднике «Мегген» /Глюкауф. 1972. № 9.

3. Воропанова Л.А. Методы извлечения компонентов из слабоконцентрированных растворов. - Владикавказ: Изд-во ВНЦ, 2002. 271 с.