Екологічно безпечна технологія переробки відходів гальванічного виробництва

Анотація

Вступ. Відомо, що відходи гальванічного виробництва важко піддаються очищенню існуючими реагентними методами до норм ГДК. До того ж утворені осади містять малорозчинні гідроксосполуки важких металів та гіпс, що робить неможливим утилізацію залізо- та мідьвмісних гальваношламів. Метою дослідження було вивчення можливості іонообмінного роздільного і сумісного вилучення іонів заліза й міді з кислих розчинів травлення та міднення гальванічного виробництва для отримання феритів.

Матеріали та методи. В ході досліджень в якості катіоніту обрано сильнокислотну катіонообмінну смолу Dowex HCR S/S в Н⁺-формі. Обґрунтовано вибір сильнокислотного катіоніту що базується на тому, що катіоніти цього типу здатні легко втрачати гідроген-іони за рахунок витіснення їх з матриці катіоніту іншими катіонами розчину. Процеси сорбції іонів заліза (ІІ) та міді (ІІ) проведено в динамічних умовах. При дослідженні використовувались індивідуально та в суміші розчини заліза з концентрацією по іонах Fe²⁺ 1; 5 г/дм³ та розчини міді з концентрацією 0,8; 1 г/дм³ по іонах Cu²⁺. Концентрація сірчаної кислоти змінювалась в діапазоні від 0 до 13 г/дм³.

Результати та обговорення. В ході експериментальних досліджень показано, що зі збільшенням концентрації сірчаної кислоти повна обмінна динамічна ємність катіоніту суттєво зменшується як при сорбції іонів заліза, так при сорбції іонів міді. Для залізовмісних розчинів ПОДЄ знижується з 1,39 г-екв/дм³ за відсутності в початковому розчині H₂SO₄ та зменшується до 0,3–0,46 г-екв/дм³ при концентрації сірчаної кислоти на рівні 1–3 г/дм³. Збільшення концентрації іонів заліза (ІІ) приводить до суттєвого збільшення ПОДЄ, навіть при концентрації сірчаної кислоти 8–13 г/дм³ ПОДЄ була на рівні 1,35 г-екв/дм³, що відповідає рівню сорбції розведених розчинів навіть при відсутності кислоти. Проте по сукупній концентрації видно, що ефективність сорбції металів з кислих розчинів залишається досить високою і зростає з підвищенням початкового сумарного вмісту сорбованих іонів. Основним показником, на який орієнтуються при виборі іонообмінного методу, є можливість ефективної регенерації катіонообмінного матеріалу. При використанні 5 % - го розчину сірчаної кислоти вже при питомій витраті регенераційного розчину вдалося досягти ступеню регенерації на рівні 95–98 %, а при використанні 10 %-го розчину ступінь регенерації сягала 100 %. Згідно розробленої технологічної  схеми регенераційні розчини переробляються шляхом осадження в магнетити у реакторі-феритизаторі. Для видалення іонів заліза з концентрованих залізовмісних регенераційних розчинів феритним методом з метою отримання феритних частинок (магнетиту) з максимальними магнітними властивостями використано суміш сульфатів Fe (II) та Fe (IIІ) при співвідношенні їх концентрацій К = [Fe²⁺]/[Fe³⁺] = 0,5, так як відмічено стійкий зв'язок між магнітними властивостями та об'ємом осаду. При максимальних магнітних властивостях об'єм осаду мінімальний, і навпаки. Отримання магнітних частинок високої дисперсності із суміші сульфатів двох- та тривалентного заліза шляхом осадження їх 10 %‑м розчином NaOH при нагріванні дозволяє значно скоротити тривалість процесу, спростити його та збільшити продуктивність обладнання. Для отримання магнітних частинок феритів міді з регенераційних розчинів осадженням лугом при нормальних температурах повинна підтримуватися співвідношення концентрацій K₁ = [Fe²⁺] / [Cu²⁺] = 3,15–7,76. При збільшенні концентрації іонів Cu²⁺ спостерігається збільшення терміну кристалізації отримуваних осадів і набування ними магнітних властивостей. Утворений феритний матеріал може використовуватись в екологічних цілях в якості цінної сировини для каталізаторів знешкодження монооксиду вуглецю, в складі лужного цементу для бетонних виробів або направлятись на безпечне захоронення. Після завершення процесів отримання феритного матеріалу очищена вода зливається в каналізацію або використовується повторно в технологічному процесі нанесення гальванічного покриття.

Висновки. Отримані результати по застосуванню іонообмінного вилучення іонів заліза і міді з кислих розчинів гальванічного виробництва є доцільними, як перший етап комплексної екологічно безпечної переробки гальваностоків з одержанням феритних матеріалів промислового використання.