Утилизация гальваношламов сложного состава

На юбилейной Сессии Генеральной Ассамблеи ООН (1997г.) отмечено, что утилизация гальваношламов относится к числу проблем, по своей значимости располагающейся непосредственно за утилизацией радиоактивных отходов. Проблема утилизации гальваношламов является межотраслевой, поскольку гальванические цехи и участки имеются на большинстве крупных предприятий, но наиболее она выражена в машиностроении, где широко используется набор гальванических операций (электрохимическое травление, хромирование, никелирование, цинкование, меднение и др.). Данный вид отходов является крупнотоннажным. Для решения проблемы необходима разработка и внедрение экологически безопасных или малоотходных технологий утилизации гальваношламов с получением экологически более безопасных веществ [2]. Одновременно решение проблемы утилизации гальваношламов связано с социальным и экономическим эффектами (отсутствие необходимости затрат на строительство полигонов – могильников, опасных в экологическом отношении; экономия природных ресурсов за счет превращения отходов в востребованный в обществе продукт).

Объектом исследования явились шламы гальванического производства одного из заводов г. Владимира (табл. 1). Состав гальваношламов непостоянен и зависит от состава очищаемых сточных вод. Те шламы, которые содержат незначительное количество цветных металлов, предприятие транспортирует в ООО «НПСТЦ» (г. Москва) для их последующей утилизации. Другая часть гальваношламов, в которых содержится значительное количество цветных металлов, в данный момент складируется на территории предприятия. Складирование на территории предприятия гальваношламов, относящихся ко 2-3 классу опасности, создает реальную угрозу вторичного загрязнения окружающей среды соединениями тяжелых металлов.

Все известные методы переработки гальваношламов, особенно внедренные в производстве, относятся к переработке обедненных шламов, либо так называемых «моношламов», содержащих 1-2 металла [1-3]. Особую проблему представляет переработка гальваношламов сложного состава.

Таблица 1. Состав исследованных гальваношламов

Компоненты	Содержание, г/ кг
Ni(OH) 2	14,3
Zn(OH) 2	21
Cr(OH) 3	33,3
Cu(OH) 2	4,1
Ca(OH) 2	63,7
CaSO 4	23,1
нефтепродукты	0,3
прочие металлы	2,7
вода	837,5

Авторами разработана комплексная технология переработки гальваношламов сложного состава, содержащих более 10% (по твердому) цинка, меди, никеля, хрома и других металлов [4]. Технология включает следующие основные стадии: сернокислотное выщелачивание, сорбционное извлечение цветных металлов, электролиз десорбатов, концентрирование истощенных электролитов, получение керамической плитки с использованием осадка от выщелачивания. Представлен детализированный вариант технологической схемы (рис. 1), включающий 14 операций с выпуском товарной продукции.

1. Выщелачивание гальваношлама

Сорбция Cr (VI)

Десорбция Си и Ni

Десорбция Сг (VI)

Получение катодных осадков Zn, Си + Ni

12. Отмывка катионита

3. Обезвоживание и промывка осадка от выщелачивания

Коллективная itiS5S IXUJ copl

IF- сорбция Cu. Zn,

Ni

s:

Извлечение из раствора нефтепродуктов и органических веществ

Десорбция Zn

Фильтрование раствора выщелачивания

14. Концентрирование истощенных растворов десорбатов обратным осмосом

Подготовка раствора выщелачивания к сорбции

Отмывка анионита АМ-п от десорбата

Рис. 1. Функциональная схема обезвреживания и утилизации гальваношламов сложного состава

Сернокислотное выщелачивание исходного гальванического шлама предполагается проводить в одну стадию 10-15% раствором серной кислоты при соотношении Т: Ж =1:3 (по влажному шламу) при температуре 30-40º С в течение 1,5 час. при перемешивании. После отстаивания и фильтрации с использованием флокулянтов раствор выщелачивания, имеющий рH=1, направляется на участок сорбции. Для обеспечения бесперебойной работы этого участка технологической схемы предусмотрены 2

реактора выщелачивания. Образовавшийся осадок подвергается 2-кратной промывке водой. Отработанные промывные воды используются для приготовления рабочего раствора серной кислоты. Осадок после промывки фильтруют на пресс- или вакуум-фильтре. Фильтрат присоединяют к промывным водам, а обезвреженный осадок направляют на участок утилизации для использования в качестве добавки при изготовлении керамической плитки или других строительных материалов. Полученный раствор выщелачивания периодически насосом подается на сорбционный фильтр, где идет сорбция нефтепродуктов и органических веществ. Для обеспечения бесперебойной работы этого участка технологической схемы предусмотрены 2 сорбционных фильтра, работающих попеременно. Десорбцию нефтепродуктов проводят острым паром. Десорбат периодически собирают в емкость, затем отправляют на сжигание в котельную в качестве жидкого топлива. После сорбции нефтепродуктов раствор подается в электродиализатор, где происходит окисление ионов хром(III) в хром(VI). После электрохимической обработки раствор поступает на сорбцию в колонну с эрлифтным устройством, где на селективном анионите сорбируется хром (VI). Насыщенный ионит после сорбции периодически поступает на десорбцию в другую колонну, где происходит десорбция хромата натрия смешанным раствором 8% гидроксида натрия и 6% хлорида натрия. После сорбции хрома раствор насосом подается в катионообменную колонну, где на ионите КУ-23Na идет коллективная сорбция ионов цинка, никеля, меди. Десорбция металлов осуществляется селективно. Десорбаты направляются на электролиз с целью получения катодных осадков меди и никеля, цинка).

Все операции проводятся в периодическом режиме. По разработанной технологии получены следующие показатели:

• -    извлечение тяжелых цветных металлов в раствор выщелачивания составило более 80%: хрома – 81,2%, никеля – 93,5%, цинка – 97,5%, меди – 82,1%;

• -    извлечение цинка в цинковый десорбат составило 99,4%, меди и никеля – в медно-

• никелевый десорбат – 96,6% и 98,2% соответственно, хрома в хромовый десорбат – 99,95%. Предлагаемая технология практически безотходна, так сточные воды используются для приготовления раствора серной кислоты для выщелачивания шлама и растворов десорбатов, а обезвреженный осадок от выщелачивания идет на приготовление керамической плитки.

Выводы: в результате проведенных операций удалось извлечь из гальваношлама тяжелые цветные металлы – цинк, медь, никель и хром. Катодные осадки идут на реализацию, концентрированный десорбат хрома – в кожевенную промышленность или в основное производство; осадки от выщелачивания – в производство строительных материалов.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки (ГК от 12 мая 2011 г. № 16.515.11.5025 ).