способ утилизации и обезвреживания отходов травления титанового производства

Формула изобретения

Способ утилизации и обезвреживания отходов травления титанового производства, включающий обработку отработанных травильных сернокислотных растворов осадителем, отличающийся тем, что в качестве осадителя используют раствор отработанного щелочного расплава гидроокиси натрия, содержащего нитрат натрия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической обработки поверхности цветных металлов и сплавов и может быть использовано при утилизации и обезвреживании отработанных травильных растворов и щелочных расплавов с получением полезного продукта - гидроокиси титана, используемого в народном хозяйстве.

При травлении титановых полуфабрикатов образуются отработанные травильные растворы (ОТР) и отработанные щелочные расплавы (ОЩР). Сброс большого количества ОТР в водоемы и вывоз ОЩР на городскую свалку наносит существенный вред окружающей природе, вызывая отравление водоемов, увеличение солесодержания в поверхностных и грунтовых водах, засоление и защелачивание почв на прилегающих к водоемам территориях.

Проблема утилизации и обезвреживания отработанных кислот и щелочей имеет большое народнохозяйственное значение.

Известен способ термогидролитической регенерации отработанных растворов травления титана (Изв. вузов. Цветная металлургия. - 1995, N 3, с. 31-33). Способ включает в себя гидролитическое осаждение окислов металлов при нагревании их растворов до высокой температуры в автоклаве.

Недостатками известного способа является сложное аппаратурное обеспечение, необходимость применения дорогостоящих высококоррозионных материалов. Процесс экологически опасен, т.к. сопровождается выделением вредных газов.

Известен способ утилизации гексафторида титана в отработанных травильных сернокислотных растворах с получением полезного продукта KTiF (патент США N 4943419, публ. 24.07.1990).

Недостатком известного способа является неполное извлечение титана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ утилизации и обезвреживания отработанных травильных сернокислотных растворов путем нейтрализации их известковым молоком с получением смеси гидроокисей металлов и гипса CaSO₄ H₂O (см. Л.П.Шариков. Охрана окружающей среды. Справочник. - Ленинград, 1978, с. 320) - прототип.

Недостатками прототипа является потеря соединений титана из отработанного сернокислотного раствора и наличие токсичных сбросов по окончании переработки травильных отходов.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является ликвидация загрязнений окружающей среды путем полного обезвреживания отработанных травильных отходов с получением полезного продукта - гидроокиси титана, который применяется в народном хозяйстве.

Поставленная задача решается тем, что в способе утилизации и обезвреживания отходов травления титанового производства в качестве осадителя титана из отработанного сернокислотного раствора используют раствор отработанного щелочного расплава гидроокиси натрия, содержащего нитрат натрия.

Т.е. обработку отработанных травильных растворов (ОТР) производят раствором отработанного щелочного расплава (ОЩР), содержащего нитрат натрия. При этом происходит окисление титана трехвалентного в титан четырехвалентный, ионы которого выпадают в осадок в виде гидроокиси, а свободная серная кислота нейтрализуется. При этом протекают следующие химические реакции:





3. H₂SO₄+2NaOH ---> Na₂SO₄+2H₂O.

Таким образом происходит взаимная нейтрализация отработанных травильных растворов и растворов отработанных щелочных расплавов с осаждением продукта нейтрализации - гидроокиси четырехвалентного титана с гидратами большинства легирующих сплав компонентов.

Процесс нейтрализации экзотермический, протекает с повышением температуры до 60-80^oC и сопровождается незначительным выделением газов, поэтому обеспечивается вытяжной вентиляцией.

Отфильтрованная гидроокись титана является полезным продуктом и используется в качестве наполнителя в производстве лаков, красок и керамики, а также для обмазки сварочных электродов.

Фильтрат (после его корректировки кислотами) возвращается на травление или его можно доосадить гашеной известью с образованием гипса и фторидов кальция. После фильтрации осадка (гидроокиси титана) фильтрат можно также слить в промышленную канализацию без ущерба для экологии.

Сущность изобретения поясняется схемой, на которой показан процесс получения гидроокиси титана из отработанных травильных растворов и щелочных расплавов.

Пример. Для опробования предлагаемого способа использовали отработанный сернокислотный травильный раствор следующего состава, г/л: Ti(III) - 70: F - 8: Al - 3,4: H₂SO₄(св.) - 46. Состав отработанного щелочного расплава,%: NaOH - 35: NaNO₃ - 15: Na₂CO₃ - 45; Ti(IV) - 5.

ОЩР при обыкновенных условиях представляет собой кристаллический монолит серо-зеленого цвета, гигроскопичен.

ОЩР для нейтрализации ОТР используют только в растворенном состоянии, при этом концентрация гидроокиси натрия в растворе должна быть не менее 20%. Куски ОЩР дробили до фракции не более 50 мм и растворяли в воде при 60-90^oC.

При достижении концентрации гидроокиси натрия в растворе 20% ОЩР с помощью насоса перекачали в нейтрализатор, предварительно заполненный расчетным количеством ОТР. Нейтрализатор изготовлен из нержавеющей стали, оборудован pH-метром, вытяжной вентиляцией и мешалкой.

В процессе перемешивания растворов произошла взаимная нейтрализация ОТР и ОЩР, окисление Ti(III) в Ti(IV) и осаждение водонерастворимого осадка гидроокиси титана - Ti(OH)₄ - полезного продукта.

Нейтрализация протекала при температуре 60 - 80^oC за счет экзотермической реакции процесса.

pH раствора по окончании нейтрализации соответствовал 8.

Осадок гидроксида титана отфильтровали, промыли и выгрузили в емкости.

Извлечение титана из отработанных растворов составило 99,99%.

Химический состав фильтрата, %: SO₄ - 3,6: NO₃ - 0,2; F - 0,12, Ti - 0,01.

Свободной кислоты в фильтрате не обнаружено.

Фильтрат возвратили в кислотную ванну, после корректировки серной и плавиковой кислотами вновь использовали для травления титана.

Таким образом, использование предлагаемого способа утилизации и обезвреживания отходов травления является безотходным производством, не требует сложного оборудования и позволяет при небольших трудовых затратах полностью обезвредить отработанные отходы травления, тем самым ликвидировать загрязнение окружающей среды и получить полезный продукт, используемый в народном хозяйстве, в частности в лакокрасочной промышленности.