способ очистки сточных вод от никеля

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НИКЕЛЯ путем введения диметилглиоксима и щелочи с последующим отделением диметилглиоксимата никеля, отличающийся тем, что в сточные воды вводят пpедваpительно пpиготовленный щелочной pаствоp диметилглиоксима, обеспечивающий значение pH сточных вод 8 - 9, а обpазовавшийся диметилглиоксимат никеля отделяют добавлением пеpфтоpиpованного спиpта с последующим pазделением спиpтовой и водной фаз и выделением из спиpтовой фазы диметилглиоксимата никеля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано на промышленных предприятиях, осуществляющих никелирование, а также на предприятиях цветной металлургии для тонкой очистки никельсодержащих стоков.

Известны способы химической и электрохимической очистки воды от растворенного никеля. Такие из них, как ионный обмен, электрокоагуляция, известкование [1] , не позволяют очистить стоки до уровня санитарных норм. Другие способы, такие как осмос, ультрафильтрация [1] , хотя и обеспечивают большую степень очистки, дороги, малопроизводительны, требуют сложного оборудования и больших производственных площадей.

В результате чаще всего никель выделяется в таком виде, что он или может использоваться в качестве добавок в строительные материалы, или подлежит захоронению как шлам. В основном же производстве никель, получаемый в такой форме, можно использовать только в качестве вторичного сырья.

Задачу получения в результате очистки чистых и практически нерастворимых соединений никеля, пригодных для использования в основном производстве, решают способы с применением органических реагентов комплексообразователей, образующих с никелем нерастворимые комплексы.

Известны способы удаления тяжелых металлов, в том числе и никеля, из сточных вод, основанные на адсорбции ионов металлов на ионообменных смолах с комплексообразующими функциональными группами (производными ди-и тритиокарбоиминовой, имино- или иминодипропионовой кислот) [2, 3] , или на полимерном сорбенте, импринированном комплексообразователями -азотистыми основаниями с числом атомов углерода менее 20 [4] .

Применение таких сорбентов позволяет значительно повысить уровень очистки по сравнению с катионитами за счет высокой селективности указанных функциональных групп. Однако возникает необходимость организации довольно сложного и дорогостоящего производства новых типов смол на основе полистирола, стиролдивинилбензола и т. п. , попадание в очищаемую воду продуктов разложения смол и вымываемых функциональных групп.

Особую сложность представляет проблема переработки промышленных стоков, образующихся при регенерации смол- разбавленных, бедных по металлу элюантов и кислых промывных вод.

Известен также способ извлечения никеля из водных растворов 5, по которому никель сорбируется сополимером О-винилового эфира диметилглиоксима (ДМГ) мс О-акриловым эфиром ДМГ, нанесенным на песок, кварц, стеклобой и т. п. В этом варианте гораздо дешевле обходится сорбент, т. е. носители прочны, химически стойки и недефицитны. Повышается и степень очистки стоков от никеля за счет минимальной растворимости образующегося комплекса. Однако проблема обезвреживания разбавленных элюатов и промывных вод остается. Кроме того, в очищаемую воду попадают при этом новые загрязнители - частично смываемый с поверхности носителя хемосорбент и продукты этерификации сложных эфиров.

Наиболее близким к заявляемому является способ [6] , предназначенный для очистки сточных вод от никеля с начальной концентрацией до 1 г/л. Способ включает введение в сточные воды перекиси водорода, формальдегида или растворимого полисульфида натрия. При этом создается такая кислая среда, при которой образуется пригодный для выделения из стоков оксид никеля.

Затем вводят ДМГ от 2 до 10 моль на 1 моль никеля для получения диметилглиоксимата никеля (ДМГН) - вещества, которое можно вывести из стоков. Процесс образования ДНГН происходит в щелочной среде, а так как среда, в которую добавляют ДМГ кислая, то следующей операцией является введение в нее щелочи (гидроксидов кальция или натрия). Водородный показатель рН корректируют щелочами до 7-11.

На этом этапе происходит образование ДМГН и гидрооксида никеля, выводимых из сточных вод. Отделением ДМГН, гидроксида никеля и оксида никеля производят отстаиванием, центрифугированием, фильтрацией и т. п.

Недостатки способа обусловлены следующими причинами.

Во-первых, в кислой среде, в которой растворяют диметилглиоксим, он разлагается. Следовательно, ДМГ, разложившийся во время изменения среды от кислой до щелочной, необходимо восполнить. ДМГ является достаточно дорогим веществом, поэтому его повышенный расход снижает экономичность способа.

Во-вторых, при значении pH 7-8 растворимость ДМГ становится низкой. Процесс образования ДМГН идет с малым выходом. Время осуществления способа увеличивается и расход ДМГ возрастает.

Полностью выделить ДМГН и с минимальным расходом ДМГ можно только при рН 8-9.

Далее при рН 9-11 растворимость ДМГН возрастает, очистка происходит не полностью. Возрастает расход ДМГ и потери никеля со сточными водами. Кроме того, при этих значениях часть никеля образует гидроксид никеля.

ДМГН, оксид и гидроксид никеля являются мелкодисперсными, коллоидными смесями, разделение которых известными способами затруднительно, что в конечном итоге приводит к снижению степени очистки.

Отстаивание образовавшейся смеси из ДМГН, гидроксида и оксида никеля, щелочи, продуктов разложения ДМГ и непрореагировавшего ДМГ происходит длительное время (6-7 ч) и требуются отстойники большой емкости.

По способу-прототипу ДМГН, оксид и гидроксид никеля можно отделять флокуляцией. Для этого в сточные воды вводят флокулянт - поверхностно-активное вещество. Флокулянт, хотя и способствует отделению перечисленных выше веществ от сточных вод, но загрязняет полученные соединения никеля и они подлежат в дальнейшем отмыванию. Отделенные от никеля сточные воды, в которых находятся поверхностно-активные вещества, не могут быть направлены повторно в производственный процесс или сброшены в канализацию.

Недостатком способа-прототипа является также введение в очищаемые от никеля стоки загрязнителей с низким ПДК, таких как перекись водорода, формальдегид, что снижает экологичность способа.

К еще одному недостатку можно отнести необходимость достаточно малого исходного содержания никеля 1 г/л для осуществления способа. Для исходного содержания никеля более 1 г/л способ непригоден.

Таким образом, недостатками способа являются невысокая степень очистки, экономичность, экологичность, а также его многоступенчатость с наличием трудоемких операций и необходимость достаточно малого содержания никеля в сточных водах для осуществления способа.

Целью изобретения является повышение степени очистки, экономичности, экологичности, скорости, упрощение и расширение пределов применения способа относительно исходного содержания никеля в сточных водах.

Поставленная цель достигается тем, что к сточным водам добавляют диметилглиоксим и щелочь, отделяют образовавшийся в результате диметилглиоксимат никеля и направляют его в основное производство.

В отличие от прототипа, добавляют такой предварительно приготовленный щелочной раствор диметилглиоксима, при котором водородный показатель реакции среды сточных вод становится равным 8-9, затем вводят перфторированный спирт до полного перехода ДМГН из водной фазы в спиртовую, отделяют сточные воды от спиртовой фазы ДМГН и отделяют диметилглиоксимат никеля от перфорированного спирта. Очищенные воды направляют в основное производство, а перфторированный спирт - на следующее извлечение диметилглиоксимата никеля.

После добавления перфторированного спирта образуется диметилглиоксимат никеля (ДМГН) в виде хорошо отделимой от жидкости твердодисперсной фазы. Образовавшейся смеси дают отстояться. Этот процесс длится около 30 мин. В результате в верхнем слое собирается вода, а в нижнем - органическая фаза (перфторированный спирт) с распределенным в ней твердодисперсным диметилглиоксиматом никеля (ДМГН).

Спиртовую фазу ДМГН отделяют от воды. Очищенную воду направляют в основное производство. Диметилглиоксимат никеля отделяют от спирта любым известным способом (дистилляцией, флотацией).

В качестве перфторированного спирта может быть использован, например, 1, 1, 5-тригидрооктафторпентанол-1 и его гомологи, имеющие химическую формулу H-(CF₂-CF₂)n-CH₂OH(n= 2,3) по ТУ 6-09-4926-80. Эти соединения весьма устойчивы, практически нерастворимы в воде (менее 0,015% ), не образуют с водой устойчивых эмульсий. Благодаря большой разности удельных масс воды и перфторированных спиртов (для n= 2 _уд. = 1,65 г/см³) разделение воды и перфторированного спирта путем отстаивания затруднений не вызывает. Другими полезными свойствами являются высокая температура кипения (для n= 2-+140^оС, для гомологов - еще выше), нетоксичность и отсутствие мутагенного действия.

Особым достоинством указанных спиртов является высокая емкость по осадку 8,7 при очень низкой растворимости ДМГН в этих спиртах (менее 49 мг/л при 20^оС). Именно это позволяет регенерировать спирт без сложных операций (перегонки, ректификации и т. д. ) методом флотации с последующим сбором флотошлама и возвратом спирта на стадию очистки.

В результате осуществления способа степень очистки сточных вод от никеля составляет 98-100% (по прототипу - 60-80% ), расширяются пределы применения способа относительно исходного содержания никеля в сточных водах до 2 г/л (по прототипу - 1 г/л).

Более высокая экономичность предлагаемого способа обусловлена возвратом в производственный процесс очищенных сточных вод, а также многократным использованием одного и того же количества перфторированного спирта в процессе очистки и экономичным расходом ДМГ, который вводится в количестве, соответствующем загрязнению и при оптимальном значении pH среды.

Высокая экологичность определяется замкнутостью водного цикла.

Возрастает и скорость процесса. В способе-прототипе время отстаивания равно 6-7 часам, а в предлагаемом способе время отделения сточных вод от никеля не более 30 мин.

В способе-прототипе отстаивание происходит в 3-4 отстойниках, объем которых обычно равен 25 куб. В предлагаемом способе для осуществления способа не требуется трудоемких операций по перемещению отстаиваемых вод из объема в объем и пр. , занимающего большие площади оборудования. В одном и том же объеме происходит и образование выделяемых соединений никеля и их отстаивание. Процесс очистки воды происходит в один этап, что упрощает способ.

П р и м е р. Промывные воды гальванического производства (никелирования), содержащие никель 2 г/л, железо до 12 мг/л, сульфат натрия до 18,7 мг/л, 1,4-бутидиол - до 2,5 м/л, примеси борной кислоты, блескообразователь НИБ-3 в количестве 10 мл, имеющие pH 4,0-4,5, смешиваются с предварительно приготовленным раствором диметилглиоксима в одномолярном растворе гидроокиси натрия с концентрацией диметилглиоксима до 65 г/л. Смешивание ведут при комнатной температуре при соотношении диметилглиоксима от 2 моль/моль никеля до 4 моль/моль никеля (т. е. от стехиометрии до двухкратного избытка) с доведением pH до 8-9. В результате образуется коллоидный красно-бурый осадок диметилглиоксимата никеля. Далее вводят перфторированный спирт, например 1, 1, 5-тригидрооктафторпентанол. Для лучшего взаимодействия вещества их перемешивают 5-7 мин. Полученную смесь отстаивают около 30 мин до образования верхнего слоя воды и нижнего из перфторированного спирта и твердодисперсного ДМГН. Нижний слой отделяют от очищенной воды, подвергают дистилляции или флотации с помощью продувки воздухом. Спирт отправляют на следующую очистку. Очищенную воду вводят в основной промышленный процесс.

Остаточная концентрация никеля составляет 0,3 мг/л. (56) 1. Инженерная гальванотехника в приборостроении. Под ред. Гинберга А. М. М. : Машиностроение, 1977.

2. Патент США N 4612125, кл. C 02 F 1/52, 1988.

3. Патент Японии N 62-19914, кл. C 02 F 1/42, 1987.

4. Патент ФРГ N 3508497, кл. C 01 C 55/00, 1986.

5. Авторское свидетельство СССР N 1490093, кл. C 02 F 1/42, 1989.

6. Европатент N 0190478, BI, кл. C 02 F 1/52, 1989.