Химические методы очистки сточных вод

Вельц-оксиды выщелачивают раствором слабой серной кислоты или отработанным электролитом. Раствор используется в цинковом производстве, а свинцовый кек в свинцовом. Клинкер обычно подвергают магнитной сепарации, что позволяет выделить находящиеся в нём медь, драгоценные металлы, железо, а также силикатный остаток (для строительных материалов).

 

 

Получение никеля и кобальта

Наибольшие запасы никеля в нашей стране сосредоточены в сульфидных медно-никелевых рудах – ценнейшем полиметаллическом сырье, содержащем медь, кобальт, благородные металлы, редкие и рассеянные элементы.

Извлечение никеля из руд – сложный многостадийный процесс .Прежде всего, руда подвергается селективной флотации с выделением медного и никелевого концентратов (4-5% Ni). Никелевый концентрат в смеси с флюсами плавится в электрических, шахтных или отражательных печах с целью отделения основной массы пустой породы и извлечения никеля в сульфидный сплав (штейн), содержащий 10-15% Ni. В России в основном применяется плавка в электропечах. Электроплавке предшествует частичный окислительный обжиг и окускование концентрата методом агломерации или окатывания. Наряду с никелем в штейн переходит часть железа, кобальт и практически полностью медь и благородные металлы. Для отделения железа его окисляют продувкой воздухом жидкого штейна в конвертерах. В результате получают сплав сульфидов меди и никеля – файнштейн, который после медленного охлаждения тонко измельчают и направляют на флотацию для разделения меди и никеля. Полученный никелевый концентрат обжигают в кипящем слое до практически полного удаления серы и получения NiO. Металлический никель получают восстановлением NiO в электрических дуговых печах. Черновой никель разливают в аноды и подвергают электролитическому рафинированию.

 

В производстве кобальта особо сложной операцией является его отделение от никеля. Обычно используют большую склонность кобальта к переходу в трёхвалентную форму и к образованию устойчивых комплексных соединений. С этой целью раствор кобальта и никеля обрабатывают в соответствующих условиях хлором, гипохлоритом натрия, пероксидом водорода, пероксидом свинца или другими окислителями. Конечным продуктом гидрометаллической стадии является Co3O4, из которого получают металлический кобальт различными способами: восстановлением углём, водородом, оксидом углерода, алюмотермией и электролизом. Для рафинирования кобальта применяют его электролитическое осаждение из сульфатного раствора, насыщенного борной кислотой.

 

Медная промышленность удерживает второе место по объему выплавки в цветной металлургии после алюминия, несмотря на растущую конкуренцию последнего в машиностроительных производствах (электротехнических изделиях в первую очередь). Месторождения медных руд, сильно различающихся по качеству, имеются во всех регионах мира, но в Западной Европе они невелики. Однако по объему добываемой медной руды регионы и страны отличаются очень сильно. Половину всей добываемой в мире руды (по содержанию меди) дают всего три страны Южной и Северной Америки — Чили, США, Канада.

Производственный цикл медной промышленности отличен от алюминиевой. Содержание меди в рудах и медных концентратах невелико (не более 15-25% в концентратах). Это делает не очень выгодными их дальние перевозки. Поэтому в местах добычи руды и ее обогащения выплавляют черновую медь. Лишь часть концентратов вывозится за пределы мест их получения. Первичный металл (черновая медь) подвергается рафинированию — очистке от примесей, в том числе благородных металлов. Это делает процесс рафинирования экономически очень эффективным. Отсюда в медной промышленности производственный цикл тоже разорван в пространстве, хотя и в меньшей степени, чем в алюминиевой.

 

Концентрация выплавки рафинированной меди по регионам очень велика: в 1995 г. на Северную и Южную Америку приходилось 45% ее получения в мире. Специализация этих регионов на медной промышленности устойчива: в 1950 г. они также давали около 45% меди. Западная Европа и Азия суммарно производили 37% этого металла. Все территориальные сдвиги в отрасли обусловлены преимущественно ростом выплавки меди в Азии, особенно в Японии, которая практически не располагает сырьевой базой. В целом же страны, не имеющие месторождений меди, дают до 1/4 этого металла в мире. Восточная Европа до 1991 г. была одним из мировых лидеров медной промышленности. С распадом СССР и СЭВ в большинстве стран региона выплавка меди упала в 2-3 раза. В 1995 г. Россия по производству меди отодвинута на 7-е место в мире.

 

 

 

Регенерация и обезвреживание цветных металлов из отходов гальванических производств

 

Особую экологическую и экономическую значимость имеет переработка отходов гальванических производств, которые получили широкое распространение во всех странах мира. В одной только Москве насчитываются сотни предпри­ятий, имеющих гальванические производства и применяющие другие виды химической и электрохимической обработки черных и цветных металлов (травление, пассивирование, анодирование, электрополировку и др.).

 

Как известно, отработанные гальванические растворы и промывные воды представляют собой один из наиболее загрязненных и токсичных стоков, содержащих различные кислоты, щелочи, соли, соединения цветных металлов (в том числе хрома и кадмия), цианиды, а также различные блеско - и комплексообразователи, детергенты, масла и другие вредные компоненты, оказывающие отрицательное экологическое воздействие на все ком­поненты окружающей среды. Кроме того, по трофическим цепям они спо­собны поступать в организм человека.

 

В результате сброса большого количества загрязнённых сточных вод и шламов гальванических производств уже образовались районы, где концентрация цветных металлов (меди, хрома, никеля, цинка, кадмия) в окружающей среде превышает фоновую в десятки и сотни раз.

 

Анализ работы большинства гальванических цехов показал, что по­лезное использование цветных металлов составляет 20-70% (в среднем 30-40%), остальные металлы теряются со сточными водами и шламом, а очистка сточных вод проводится крайне неудовлетворительно и в основ­ном реагентными (осадительными) методами, весьма затрудняющими создание замкнутых систем водоснабжения и регенерацию цветных металлов.

В целом по стране гальваническими производствами в окружающую среду выбрасываются десятки тысяч т высокотоксичных и крайне де­фицитных тяжелых металлов, таких, как хром, никель, свинец, медь, кадмий, цинк, олово и др.

 

Основной трудностью при регенерации цветных металлов из сточ­ных вод гальванических производств является то, что на большинстве производств сточные воды от покрытий разными металлами смешиваются и в основном обрабатываются известковым молоком. Цветные металлы при этом в виде гидрооксидов (и основных солей) переходят в шлам. Содержание каждого из них в шламе не превышает 1%. Регенерация цветных ме­таллов из таких шламов достаточно сложна. Положение усугубляется еще и тем, что количество этих шламов на отдельном предприятии невелико и их переработка нерентабельна. В связи с этим разработка эффективных методов переработки шламов находится в начальной стадии, а их осуществление связано с большими трудностями.

В нашей стране выполнено значительное количество научно-исследовательских и опытно-кон­структорских работ по решению технических, технологических и одно­временно экологических проблем гальванических производств; разрабо­тано большое число новых технологических процессов нанесения покрытий, очистки сточных вод, созданы замкнутые системы водоснабжения и системы регенерации ценных продуктов из производственных отходов.

Широкое внедрение новых технологических процессов в промышлен­ную практику позволило бы получить большой эколого-экономический эф­фект. Однако, отмечая важность разработки отдельных прогрессивных технологических процессов и оборудования, следует подчеркнуть, что для решения проблемы очистки стоков и утилизации отходов гальванических производств недостаточно отдельных разработок, не увязанных в единый комплекс, включающий все вопросы – от нанесения покрытий до утилизации шламов.

 

Решение проблемы защиты окружающей среды от заг­рязнения отходами гальванических производств и рационального использования цветных металлов заключается в создании малоотходного и безотходного галь­ванического производства на региональном уровне, осуществляемом на основе целевых комплексных программ.

 

Такая программа включает разработку и внедрение:

 •

 малотоксичных, малоконцентрированных и регенерируемых электролитов;

 

•

 технологии и автоматизированного  оборудования гальванопокрытий, позволяющих  резко уменьшить вынос электролита  и количество промывной воды;

 

•

 технологии и автоматизированного  оборудования для очистки сточных  вод;

 

•

 региональных центров по  сбору и переработке отработанных  электролитов и концентрированных  растворов цветных металлов, утилизации  и переработки гальванических шламов.

 

Поскольку экономически приемлемой технологии переработки гальванических шламов в настоящее время не существует, предлагается двух­этапное решение этой проблемы. На первом этапе (пока будет разрабатываться технология переработки гальванических шламов) целесообразно использовать проверенное на практике применение шламов в производстве керамики, цемента, пигментов и др. В этом отношении весьма перспективен опыт Литвы, где в ос­новном уже осуществлена региональная комплексная программа очистки промышленных стоков от соединений цветных металлов и гальванические шламы ряда предприятий используются в производстве строительной ке­рамики. В результате обжига цветные металлы переходят в нерастворимую форму, безопасную для окружающей среды. Однако это временное решение, гене­ральное направление – внедрение системы переработки гальванических растворов и шламов с выделением цветных металлов или их концентратов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Беляев А. И. Металловедение алюминия и его сплавов : справочник. 2-е изд., 1983. - 279 с.

2.Справочник горного инженера / отв. ред. В.К. Бучнев. - М. : Госгортехиздат, 1960. - 790 с.

3. Франценюк И. В. Альбом микроструктур чугуна, стали, цветных металлов и их сплавов : справочник . М. : Академкнига, 2004. - 190 с.

4. Шубина Н. Б. Материаловедение в горном машиностроении : учеб. пособие  Моск. гос. горн. ун-т. - М. : Изд-во МГГУ, 2000. - 271 с.

5. Энтони У. Х. Алюминий: свойства и физическое металловедение : справочник ., М. : Металлургия, 1989. , 423 с.