CC BY
57
С lb б X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 8 (113)
УДК 53.01
В.Б. Сажин, А.Б. Половников
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ООО «Научно-производственное объединение «ФЕРРИТ», Астрахань, Россия ООО «Научно-производственный комплекс «ИнХимТек», Москва, Россия
ТЕХНОЛОГИЯ «БЕЗЭЛЕКТРОЛИЗНОЙ ФЕРРИТИЗАЦИИ» ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ СТОКОВ
It is noted that 70% of electroplating wastewater enterprises have insufficient clearance, and more than 40% forced discharged without treatment. Treatment of industrial wastewater in the disposal of heavy metals is not only benefit the enviromnent, but also will significantly expand the resource base for the production of strategic important industrial ferrites. The technology enables us to get ferrites from electroplating wastewater solutions in a wide range of concentrations of metals and impurities at normal temperature, followed by molding at temperatures of 600-800 degrees. C. In contrast to the traditional new technology allows the mass of ferrite without burning at high temperatures. The scheme is environmentally beneficial and can greatly reduce the cost of production of ferrites by using waste from other industries, and the process of purification of industrial sewage to make profitable enterprise. Tests on the pilot plant demonstrated that the degree of purification from heavy metal ions is more than 99%. Moreover, the cost obtained by installing a ferrite mass is less than 300 rabies / kg, at an average price of Russia 1500 rubles, per kilogram of ferrite materials.
Отмечается, что 70% стоков гальванических предприятий имеют недостаточную очистку, а более 40% вынужденно сбрасываются без очистки. Очистка промстоков с утилизацией тяжелых металлов не только благотворно скажется на экологии, но и позволит существенно расширить сырьевую базу для производства стратегически важных промышленных ферритов. Предложена технология, позволяющая получать ферриты из растворов гальванических промстоков в широком диапазоне концентраций металлов и примесей, при нормальной температуре с последующей формовкой при температурах 600-800 град. С. В отличие от традиционной новая технология позволяет получать ферритовую массу без предварительного обжига при высоких температурах. Разработанная схема является экологически выгодной и позволяет в значительной мере снизить стоимость производства ферритов за счет использования отходов других производств, а сам процесс очистки промышленных стоков сделать прибыльным для предприятий. Проведенные испытания на пилотной установке доказали, что степень очистки от ионов тяжелых металлов составляет более 99%. Причем, себестоимость получаемой на установке ферритовой массы составляет менее 300 руб./кг, при средней по России цене 1500 руб. за килограмм ферритового сырья.
В числе техногенных факторов, ухудшающих экологическую обстановку в России, значимое место занимают промышленные стоки гальванических производств и травильных цехов металлообрабатывающих предприятий. В условиях экономического кризиса предприятия замораживают программы развития очистных сооружений. Так, например, по анализу экспертов агентства «Galvanic World», 70% стоков гальванических предприятий имеют недостаточную очистку, а более 40% вынужденно сбрасываются без очистки.
Весьма актуальна проблема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ). Известны высокоэффективные схемы очистки воды. Однако требование высокой степени очистки обуславливает существенные финансовые затраты как на собственно очистные сооружения, так и на перифе-
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №8(113)
рийную инфраструктуру при значительных эксплуатационных расходах. При этом не только ухудшается экологическая ситуация за счет рассеивания значительного количества соединений тяжелых металлов, но и происходит их безвозвратная утрата. Очистка промстоков с утилизацией тяжелых металлов не только благотворно скажется на экологии, но и позволит существенно расширить сырьевую базу для производства стратегически важных промышленных ферритов.
Ферриты - сырье, обладающее ценными магнитными свойствами. Изделия из ферритов (детали, узлы) приметаются в радиотехнической аппаратуре (антенны, фазовращатели в системах ПРО), в бытовой технике (сотовые телефоны, микроволновые печи), используются в ракетной технике (в системах наведения оружейных устройств, где требуется преобразование электрической энергии в тепловую и механическую). Для изготовления ферритов приметаются дорогостоящие оксиды цветных металлов очень высокой степени очистки [1].
В число наиболее крупных производителей отечественных ферритов входят ОАО «Ферроприбор», ОАО «Завод «Магнетон», ОАО «Технология магнитных материалов». Все они получают ферриты традиционным методом. В настоящее время традиционной является энергетически высокозатратная технология, в рамках которой предусмотрен предварительный обжиг высокоочищенных оксидов тяжелых металлов и длительное высокотемпературное спекание. Продукция отечественных производителей отличается более высоким качеством, но стоит дороже импортных аналогов (например, цена отечественных ферритов в 10 раз (!) дороже ферритов китайского производства). До 70% российского рынка ферритов обеспечивается в настоящее время импортной продукцией.
В Японии была разработана «электролитическая» технология, в которой ферриты получались из специально приготовленного раствора электрохимическим методом [2-3]. Метод не получил широкой промышленной реализации по причине низкой рентабельности производства. Нами разработана технология, позволяющая получать ферриты из растворов гальванических промстоков в широком диапазоне концентраций металлов и примесей, при нормальной температуре с последующей формовкой при температурах 600800 град. С. Данная технология, в отличие от традиционной технологии, позволяет получать ферритовую массу без предварительного обжига при высоких температурах и в отличие от японского метода без энергозатратной электролизной составляющей [4-5]. Разработанная схема является экологически выгодной, и позволяет в значительной мере снизить стоимость ферритов за счет использования отходов других производств, а процесс очистки промышленных стоков сделать прибыльным. В настоящее время технология находится на завершающей стадии разработки. Создана предсерийная установка производительностью 0,25 куб. м/сутки, идет разработка таблиц дозирования веществ в установках большего объема (3-18 куб. м/сутки) для получения ферритов различных марок и подбор конструкционных материалов для типовых установок.
Общий вид пилотной установки представлен на рис. 1. Разработан-
У
в X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №8(113)
ный высокоэффективный малогабаритный узел разделения и узел системы барботирования представлены на рис. 2.
Рис. 1. Пилотная установка «безэлектролизной ферритизации»
В настоящее время в России насчитывается порядка 1000 предприятий с гальваническими участками, на подавляющем большинстве которых (до 80%) используются устаревшие технологии. Потенциальными потребителями предлагаемой новой технологии являются предприятия с гальваническими участками, а также металлообрабатывающие производства с травильными цехами. Проведенные нами расчеты показывают, что себестоимость ферритового сырья из отходов гальваностоков составит менее 300 руб. / кг при существующей средней цене в России порядка 1500 руб. / кг.
Новая, существенно упрощенная и дешевая (по сравнению с традиционной) технология получения ферритов из водного раствора получила условное название «безэлектролизной ферритизации». Реакция получения ферритов проходит в водной среде за счет окисления сульфата железа и ионов тяжелых металлов (далее ИТМ) под действием атмосферного воздуха, в результате образуются первичные структуры ферритов, которые являются трудно растворимыми и выпадают в осадок. После сушки осадок превраща-
С П/ в X и в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 8 (113)
ется в ферритовое сырье, из которого получают ферриты. Основой водного раствора могут быть сточные воды гальванического производства, экспериментально доказано, что очистка таких стоков проходит на 99%, итоговое значение содержания ИТМ находится в пределах допустимых концентраций (ПДК) [4].
Рис. 2. Узлы сепарации и барботирования
На первой стадии технологии ферритизации промышленные стоки обрабатываются добавлением железосодержащего и подщелачивающего реагента с целью получения комплексов железа с ионами тяжелых металлов. В России были попытки создания технологии безэлектролизной ферритизации (например, на Колпинском литейно-мехническом заводе Ленинградской области). Но результаты были признаны неудовлетворительными и от продолжения работы отказались. В ходе собственных исследований нам удалось подобрать сочетания ионов железа с ионами тяжелых металлов и добавками щелочи, при которых очистка проходит более чем на 99%, а лучшие результаты достигают значений 99,99% (таблица). С целью улучшения качества ферритовых изделий была произведена замена натриевой щелочи на аммиак. Вторая стадия - окисление образовавшихся комплексов с целью получения ферритовой крошки. На третьей стадии происходит отстаивание с целью разделения ферритового порошка, для чего разработан специальный компактный тонкослойный модульный отстойник. Четвертая и пятая стадии - соответственно сушка ферритового порошка и спекание спрессованных ферритовых образцов с получением товарных ферритов.
Данная технология, в отличие от традиционной (включающей обжиг и спекание в течение 2-4 часов при 900-1200 град С), позволяет получать ферритовую крошку без предварительного обжига и (в отличие от японского метода) без энергозатратной электролизной составляющей. Разработанная нами схема позволяет не только существенно снизить затраты на энергоресурсы и сырье (за счет утилизации существующих промышленных стоков
С 1Ь б X М в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №8(113)
предприятий металлургического комплекса), но и обеспечить очистку промышленных стоков от ИТМ до уровня действующих нормативов по ПДК.
Табл. Остаточные концентрации ионов после комплексной очистки.
Ион металла- Исходная Остаточная Наличие Степень
загрязнителя концентрация, концентрация, добавки очистки, %
мг/л мг/л хрома в
процессе
№2+ 100 0,0870 нет 99,9130
№2+ 100 0,2145 да 99,7855
Со 2+ 100 0,0771 нет 99,9229
Со 2+ 100 0,1902 да 99,8098
гп2+ 100 0,1558 нет 99,8442
гп2+ 100 0,1029 да 99,8971
Си2+ 100 0,0699 нет 99,9301
Си2+ 100 0,1146 да 99,8854
Сс12+ 100 0,0501 нет 99,9499
Сс12+ 100 0,1418 да 99,8582
Получаемая ферритовая крошка полностью удовлетворяет техническим условиям по электромагнитным показателям. Предлагаемая технология также дает возможность (за счет введения добавок и варьирования условий спекания) обеспечивать требуемый показатель намагниченности будущих ферритовых изделий.
Предлагаемая технология экономически целесообразна, является ре-сурсо- и энергосберегающей, способствует снижению техногенного воздействия на природу и способна обеспечить импортозамещение в части производства ферритовых изделий
Библиографические ссылки
1. Ферриты. Строение, свойства, технология производства. /Л.И. Рабкин [и др.]; М.: Наука, 1968.
2. Сакураи Хиде. Практика электролитической обработки отработанной воды/ Сакураи Хиде. [перевод с японского]. М.: ГНТБ, 1979.
3. Патент Японии № 51-22307, МКИ 91С91.
4. Сажин В.Б. Технология очистки сточных вод с получением ферритов тяжелых металлов./ В.Б. Сажин, А.Б. Половников //Успехи в химии и химической технологии:Сб.науч.тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажи-на];/РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.:Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. Т.ХХШ. №11(104). С. 130-134.
Сажин В.Б. Технология получения ферритов из сточных вод гальванического производства./ В.Б. Сажин, А.Б. Половников. //Мир гальваники, 2010 (в печати).
