Извлечение серной кислоты из отработанного травильного раствора (стр. 2 из 4)
Рис. 3. Технологическая схема и повторного использования кислых железосодержащих ПВ травильных отделений:
1 – накопитель; 2 – усреднитель; 3 – камера хлопьеобразования; 4 – фильтр-пресс ФПАКМ; 5 – фильтр; 6 – насосная станция; 7 – сушилка СВЛ; 8 – камера получения магнетита; 9 – отстойник; 10 – резервуар очищенной воды; I – ПВ; II – щелочь; III – затравка; IV – флокулянт; V – осветленная вода; VI – вода для подпитки системы; VII – очищенная вода на деминерализационную установку и в производство; VIII – сухой остаток на утилизацию или в отвал; IX – пар; X – воздух; XI – осадок; XII – уплотненный магнетитовый остаток; XIII – вода от промывки фильтра; XIV – фильтрат
В предложенной схеме (рис. 3) очистка и повторное использование кислых железосодержащих промывных вод непрерывно-травильных агрегатов производятся по замкнутому циклу, включающему следующие процессы: нейтрализацию 5%-ным известковым молоком до рН 9–10,5; добавление в воду ПАА и затравки активного гипса; отстаивание воды в вертикальных и радиальных непрерывно действующих отстойниках; разбавление и доочистку осветленной воды на кварцевых фильтрах.
После такой обработки вода с рН 10,5–11, жесткостью 30–40 ммоль/ дм3 и щелочностью 10–16 ммоль/дм3 направляется на повторное использование и частично на обессоливание. Образующиеся при очистке железосодержащие осадки подвергаются окислению с получением магнетита, уплотнению, и затем гипсожелезогидратный осадок обезвоживается на фильтрах-прессах ФПАКМ-25, сушится на вальцеленточной сушилке и подается на утилизацию.
Попытки выпаривать очищенную, но жесткую воду на деминерализационной установке ВИЗа, как и на других установках, оказались неудачными из-за значительного роста гипсовых отложений. Поэтому очищенные стоки подвергаются содовому умягчению, осветляются и только после этого направляются на выпарку. Получаемый конденсат содержит около 10 мг/дм3 растворимых солей; на современных горизонтальнотрубных пленочных испарителях солесодержание в конденсате в 2–5 раз меньше.
Весьма важно, что обезвоженный и высушенный осадок нашел применение как добавка к исходному сырью при получении цемента (например, на Невьянском цементном заводе, Свердловская область).
В цветной металлургии на Кыштымском медеэлектролитном заводе (Челябинская область) сернокислые медьсодержащие стоки обрабатываются на аналогичной нейтрализационной установке. Очищенная вода используется повторно, а медьсодержащий осадок утилизируется.
2. Регенерация отработанного травильного раствора (ОТР) серной кислоты методом кристаллизации
Технология предназначена для регенерации отработанных травильных растворов с целью возврата серной кислоты (до 95%) требуемого качества в производство для повторного использования с одновременным получением кристаллогидрата сульфата железа (железного купороса) в виде товарного продукта.Технология предполагает следующие стадии:
· предварительное охлаждение отработанного раствора;
· катодное восстановления железа 3-х валентного до формы железа 2-х валентного в электролизере камерного типа с полупроницаемыми перегородками из микрофильтрационных мембран марки МФФК;
· кристаллизацию методом охлаждения с добавлением высаливающего агента – серной кислоты;
· механическое обезвоживание на центрифуге для выделения кристаллогидрата железного купороса из суспензии.
Эффективность очистки от примесей железа – до 60%.
Технологическая схема:
Е – емкость; ФМ – фильтр предварительной очистки; ТО – теплообменник предварительного охлаждения; ЭЛ – электродиализатор; ВАК – выпрямительный агрегат; К – узел кристаллизации; Ц – центрифуга; ХА – холодильный агрегат (чиллер)
3. Извлечение серной кислоты из отработанного травильного раствора
В процессе удаления окалины или травления серной кислотой железных и стальных деталей, например листов, полос или проволоки, железо растворяется в сернокислом травильном растворе с образованием сульфата двухвалентного железа. При продолжительном использовании содержание серной кислоты в травильном растворе уменьшается, а концентрация двухвалентного железа возрастает и в какой-то момент скорость травления становится настолько малой, что отработанный травильный раствор приходится заменять.
В отработанном травильном растворе содержится 0,5—10 % серной кислоты и до 10 % или более сульфата двухвалентного железа. Практичные методы выделения как серной кислоты, так и соединений железа из отработанных травильных растворов представляют большой интерес как по экономическим причинам, так и для защиты окружающей среды.
Известен ряд процессов, предназначенных для обработки отработанных травильных растворов. Одна группа таких процессов включает применение кристаллизации гептагидрата сульфата двухвалентного железа из раствора путем охлаждения и (или) упаривания отработанного раствора. Такие процессы связаны с большим расходом энергии и приводят к получению соединений железа в таком виде, в котором они не могут найти применения.
Процесс предназначен для выделения из отработанного водно-сернокислотного травильного раствора серной кислоты и кристаллического сульфата двухвалентного железа путем кристаллизации. Применяемая аппаратура включает резервуар для обработки, отстойник и сетчатый фильтр. Для облегчения сбора кристаллов резервуары имеют наклонное дно, а в отстойнике имеются пластинчатые перегородки, способствующие осаждению кристаллов. Сетчатый фильтр работает в непрерывном режиме; весь процесс контролируется автоматически.
Процесс, разработанный Р. Н. Смитом использует электродиализ (ЭД) для перевода растворимых сульфатов металлов, содержащихся в травильном растворе, в нерастворимые окислы металлов. Турбулентный поток отработанного травильного раствора, поступающий в соответствующую камеру аппарата ЭД, подвергается воздействию акустической энергии, благодаря чему нерастворимые оксиды остаются в суспензии и не происходит образования осадка на мембране.
Схема этого процесса представлена на рис.3. На схеме показан обычный аппарат 13 для электродиализа, устойчивый к действию кислот и щелочей, который разделен на камеры 37, 35, 33, 31 и 28 ион-проницаемыми мембранами 22, 23, 24 и 25 соответственно. Для сборки аппаратуры могут быть использованы хорошо известные конструкционные элементы и материалы, которые не показаны на схеме.
Между анионообменной мембраной 25 и катодом находится пластиковая перегородка с отверстиями, имеющая многофункциональное назначение. Она, в частности, предназначена для создания гидравлического напора на поверхности мембран и обеспечивает максимальное прохождение травильного раствора через камеру для отработанного раствора 20, выполненную в виде извилистого канала, уменьшая количество раствора, проникающего другими путями. Аналогичные перегородки имеются и в других камерах.