способ обезвреживания хромсодержащих отходов гальванического производства

Формула изобретения

СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА, включающий их обезвоживание и последующее восстановление металлосодержащих окислов осадка путем термического воздействия на них в присутствии углеродсодержащего восстановителя, отличающийся тем, что температуру в реакционной зоне восстановления повышают поэтапно, на первом этапе температуру в реакционной зоне доводят до температуры испарения самого трудноиспаряемого из восстанавливаемых металлов-примесей, предпочтительно токсичных металлов, с удалением газового потока из реакционной зоны, после полного испарения токсичных металлов-примесей на втором этапе температуру в реакционной зоне поднимают до температуры ниже температуры плавления сплава, образующегося по завершении восстановления окислов, содержащихся в осадке, при этом объем углеродсодержащего материала, размещаемого непосредственно в реакционной зоне, устанавливают меньшим количества углерода, требуемого для полного восстановления осадка, а недостаток углерода в реакционной зоне компенсируют подводом в нее дополнительно восстановителя, предпочтительно газообразного улеродсодержащего восстановителя, путем введения в газовый поток, прокачиваемый через реакционную зону по замкнутому циклу перед его вводом в последнюю, причем газовый поток на выходе из реакционной зоны охлаждают до температуры конденсирования паров самого летучего из восстанавливаемых токсичных металлов-примесей и после удаления металлов-примесей температуру газового потока доводят до исходной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке и утилизации отходов производства, предпочтительно хромсодержащих отходов гальванического производства.

Известен способ обезвреживания хромсодержащих отходов гальванического производства, включающий их пропускание через электролизер с анодами из железа или алюминия. Под действием постоянного тока ионы анодов переходят в раствор и в результате гидролиза образуют нерастворимые в воде гидроокиси, выполняющие роль коагулянта. В электролизере происходят процессы восстановления хрома, коагуляция и отделения образующегося осадка с последующим осветлением воды от взвеси в отстойнике. Недостаток этого технического решения его недостаточная безопасность (выделение в процессе электролиза взрывоопасных газовых смесей), необходимость использования громоздкого оборудования и недостаточно целесообразная схема процесса, при котором осуществляется связывание одних компонентов с образованием других, хотя и менее токсичных.

Известен также способ обезвреживания хромсодержащих отходов гальванического производства, включающий их обезвоживание и последующее восстановление металлосодержащих окислов осадка путем термического воздействия на них в присутствии углеродсодержащего восстановителя. Недостаток этого технического решения недостаточно полное извлечение хрома из отходов (извлекается порядка 85% хрома, содержащегося в осадке). Кроме того, при наличии окислов токсичных металлов, например кадмия, неизбежно их восстановление, таким образом, потребуются дополнительные операции по очистке получаемого продукта от токсичных примесей.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение степени извлечения хрома, содержащегося в осадке хромсодержащих отходов гальванического производства, при высокой степени утилизации всех компонентов отходов и качественном связывании продуктов обезвреживания осадков, исключающем их неконтролируемое распространение.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается в том, что в процессе обезвреживания осадка отходов гальванического производства производится материал, пригодный для использования в порошковой металлургии в качестве исходного продукта, не содержащий токсичные примеси и отличающийся высокой степенью гомогенности.

Поставленная задача решается тем, что способ обезвреживания хромсодержащих отходов гальванического производства, включающий обезвреживание и последующее восстановление металлосодержащих окислов осадка путем термического воздействия на них в присутствии углеродсодержащего восстановителя, отличается от известных тем, что температуру в реакционной зоне восстановления повышают поэтапно, на первом этапе температуру в реакционной зоне доводят до температуры испарения самого трудноиспаряемого из восстанавливаемых металлов-примесей, предпочтительно токсичных металлов, с удалением газового потока из реакционной зоны, после полного испарения токсичных металлов-примесей на втором этапе температуру в реакционной зоне поднимают до температуры, меньшей температуры плавления сплава, образующегося по завершении восстановления окислов, содержащихся в осадке, при этом объем углеродсодержащего материала, размещаемого непосредственно в реакционной зоне, устанавливают меньшим количества углерода, требуемого для полного восстановления осадка, а недостаток углерода в реакционной зоне компенсируют подводом в нее дополнительно восстановителя, предпочтительно газообразного углеродсодержащего восстановителя, путем введения в газовый поток, прокачиваемый через реакционную зону по замкнутому циклу перед его вводом в последнюю, причем газовый поток на выходе из реакционной зоны охлаждают до температуры конденсирования паров самого летучего из восстанавливаемых токсичных металлов-примесей и после удаления металлов-примесей температуру газового потока доводят до исходной.

На чертеже показана схема установки, обеспечивающей реализацию способа.

На чертеже показаны основная термическая печь 1, холодильник 2, источник газовой смеси 3 (вентилятор), дополнительная термическая печь 4, карбюризатор 5, циркуляционный канал 6, датчик 7 индикатора содержания диоксида углерода, задвижки 8 на входе и выходе холодильника 2, обводной канал 9. Кроме того, показано направление движения газовой смеси 10 в установке.

Заявленный способ осуществляется следующим образом. Жидкие отходы гальванического производства (металлосодержащие окислы) обезвоживают одним из известных способов, например механическим, с использованием горизонтальных шнековых центрифуг и последующей сушкой. Далее известным способом, например химическим анализом, определяют химический состав осадка и выявляют наличие (или отсутствие) примесей окислов токсичных металлов, присутствие которых в конечном продукте нежелательно. Затем осадок перемешивают с углеродом (в виде графита, древесного угля и т.п.), количество которого принимают меньшим, чем то количество, которое достаточно для полного восстановления осадка (но не меньшим количества углерода, потребного для восстановления окислов токсичных металлов). Подготовленный таким образом исходный материал помещают в контейнер, который вводят в термическую печь 1, предпочтительно проходную. Вход и выход печи 1 связывают циркуляционным каналом 6, включающим последовательно соединенные холодильник 2, вентилятор 3, дополнительную термическую печь 4, связанную с карбюризатором 5 (источником газообразного углеродсодержащего материала). При этом, выход дополнительной термической печи 4 связывают с входом термической печи 1.

Осуществляют разогрев термической печи 1 до температуры, обеспечивающей восстановление окислов токсичных металлов, содержащихся в обезвоженном осадке (целесообразно, чтобы температура в реакционной зоне соответствовала температуре испарения самого трудноиспаряемого из восстанавливаемых токсичных металлов).

На завершающей стадии этого этапа в реакционной зоне находятся пары восстанавливающихся нетоксичных металлов, химически менее активных, чем токсичные, и смесь окислов металлов химически более активных, чем токсичные с остатками непрореагировавшего углеродсодержащего материала.

Включив вентилятор 3 в работу, приводят в движение по циркуляционному каналу 6 газовую смесь, находящуюся в реакционной зоне (в муфеле печи). При проходе газовой смеси через холодильник 2 она охлаждается до температуры конденсации паров самого летучего из восстанавливаемых токсичных металлов (целесообразно, чтобы канал для пропуска газовой смеси через холодильник был съемным, т.е. быстрозаменяемым). Пары металлов, содержащиеся в газовой смеси конденсируются, осаждаясь на стенках газопропускного канала холодильника 2. Далее газовая смесь, "очищенная" от паров токсичных металлов поступает в дополнительную термическую печь 4, где ее температуру вновь поднимают до температуры, поддерживаемой в реакционной зоне. После этого газовую смесь возвращают в реакционную зону (в термическую печь 1).

По мере расходования углерода, размещенного в реакционной зоне (о чем судят посредством датчика 7 по повышению содержания диоксида углерода в исходящей зоне газовой смеси), в газовый поток, возвращаемый в реакционную зону, подают дополнительный объем углерода, предпочтительно в виде углеродсодержащего газа. При этом целесообразно осуществлять восстановление диоксида углерода до оксида, например, пропуская диоксид углерода в контакте с разогретым углеродсодержащим материалом.

Указанную (по циркуляции газового потока) повторяют до завершения процесса удаления токсичных металлов, после чего заменяют газопропускной канал холодильника на новый. Затем температуру в реакционной зоне поднимают до температуры, обеспечивающей восстановление хрома из его окислов, имеющихся в осадке, верхний предел температуры ограничивают уровнем, исключающим плавление всего объема сплава, образующегося в реакционной зоне.

В результате этого, по завершению процесса восстановления в реакционной зоне будет находиться зернистый материал, каждое зерно которого представляет из себя сплав металлов, восстановленных из металлосодержащих окислов осадка.

П р и м е р. Используются шламы гальванического производства Владивостокского инструментального завода, получаемые после гальванических и промывочных ванн термического отделения, которые обезвоживают посредством вакуум-фильтра.

Химический анализ показал присутствие в осадке окислов железа, хрома, кадмия и цинка, при наличии небольших количеств молибдена и вольфрама.

Процесс обезвреживания осадка осуществляют на установке, включающей основную термическую печь проходную термическую печь марки СУОЛ-0,25 1/12,5 И1 с кварцевым муфелем диаметром 40 мм, холодильник, выполненный в виде кассеты, содержащей медные охлаждаемые вкладыши, в качестве вентилятора использован обычный настольный вентилятор, модернизированный следующим образом: на валу вентилятора, пропущенном через стенку циркуляционного канала, размещено приводное колесо червячной передачи, червячное колесо которой размещено внутри канала с возможностью вращения вокруг продольной оси канала, при этом червячное колесо снабжено лопастями. В качестве дополнительной термической печи использована такая же проходная термическая печь. В качестве карбюризатора использован муфель дополнительной термической печи, заполненный древесным углем.

В муфель основной термической печи, в керамическом контейнере вводят навеску обезвоженного шлама, перемешанную с графитом в массовом соотношении 9: 0,5. Первый этап работ по восстановлению металлосодержащих окислов осадка ведут при температуре порядка 800-850^оС. В холодильнике газовую смесь охлаждают до комнатной температуры, что обеспечивает конденсирование паров кадмия, осаждающихся на медный вкладыш холодильни- ка.

После этого выключают холодильник из работы (задвижками 8) и, соответственно, включают в работу обводной канал 9, обеспечивающий подачу газового потока мимо холодильника 2. Затем температуру в реакционной зоне поддерживают на уровне 1000-1200^оС в течение 2-2,5 ч до полного восстановления всех металлосодержащих окислов.