Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМА ХРОМАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Изобретение относится к химической технологии, в частности к методам переработки получаемого в производстве соединений хрома окислительным разложением руд шлама, который в настоящее время как токсичный отход складируется в прудах – шламонакопителях - и представляет существенную экологическую угрозу.

Известен способ переработки шлама хроматного производства (заявка РФ №2004113187/15, МПК C01G 37/02, опубл. 28.04.2004), который включает обработку его суспензии углекислотой, отделение твердого остатка, декарбонизацию раствора бикарбоната магния, отделение осадка основного карбоната магния, его сушку и прокалку. Перед карбонизацией шлама проводят его обработку маточными растворами, полученными после выделения основного карбоната магния. Предварительную обработку шлама маточными растворами проводят при интенсивном перемешивании в течение 10-30 мин при 30-90°С. Суспензию шлама после предварительной обработки подвергают фильтрации или отстаиванию с получением раствора хромата натрия, очищенного от магния, который направляют в основное производство хромата натрия или на извлечение оксида хрома. Карбонизацию ведут по противоточной схеме в несколько стадий при Т:Ж=12÷20, длительность каждой 30-120 мин. Декарбонизацию растворов бикарбоната магния проводят при температуре 40-60°С и рН раствора 7,0-7,3 при перемешивании.

Известен также способ переработки шлама хроматного производства (патент РФ №2281249, МПК C01G 37/14, опубликован 10.08.2006), включающий обработку его суспензии углекислотой, отделение твердого остатка, декарбонизацию раствора бикарбоната магния, отделение осадка основного карбоната магния, его сушку и прокалку, отличающийся тем, что перед карбонизацией шлама проводят его обработку маточными растворами, полученными после выделения основного карбоната магния.

Недостатками этих способов переработки шлама являются неполное извлечение из шлама токсичного шестивалентного хрома, многостадийность и проведение предварительной обработки шлама маточными растворами при повышенной температуре, что приводит к повышенным энергозатратам.

Наиболее близким к заявленному является способ переработки шлама хроматного производства (патент РФ №2083497, МПК C01G 37/02, C01G 37/14, C01F 5/24, опубликован 10.07.1997), включающий обработку его водной суспензии кислотным реагентом при повышенной температуре, отделение осадка от магнийсодержащего раствора и переработку последнего на углекислую соль магния, отличающийся тем, что в качестве кислотного реагента используют серную кислоту и обработке ею подвергают водную суспензию шлама с соотношением Ж/Т (3,8) / 1 при 70-100°С до рН среды 4-7, причем серную кислоту подают со скоростью 2,5-7,0 л H₂SO₄/кг MgO шлама⋅час, осадок после отделения подвергают термообработке, а магнийсодержащий раствор - очистке от соединений хрома и кальция путем последовательной обработки при рН 4,8-7,8 и температуре 40-90°С серосодержащим восстановителем и карбонатом натрия.

Недостатками этого способа переработки шлама являются неполное извлечение из шлама токсичного шестивалентного хрома, наличие в способе дополнительной стадии очистки магнийсодержащего раствора от соединений хрома и кальция путем последовательной обработки при рН 4,8-7,8 и температуре 40-90°С серосодержащим восстановителем и карбонатом натрия, что приводит к потере части уже извлеченного из шлама хрома.

Задачей создания настоящего изобретения является повышение степени извлечения из шлама хроматного производства токсичного шестивалентного хрома.

Поставленная задача решается с помощью признаков 1-го пункта формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ переработки шлама хроматного производства, включающий обработку шлама водой с добавлением серной кислоты, разделение суспензии на фильтре, промывку вторичного шлама водой и удаление влажного вторичного шлама, и отличительных существенных признаков, таких как при обработке шлама раствором серной кислоты суспензию подвергают озонированию, а при промывке вторичного шлама водой в нее добавляют восстанавливающий реагент - водный раствор сульфата и/или хлорида двухвалентного железа в количестве не менее 0,3 м³/т вторичного шлама.

Согласно п. 2 формулы изобретения озонирование проводят при величине рН не более 2-х путем барботирования через суспензию озонокислородной смеси с концентрацией озона не менее 39 г/м³ и расходом смеси не менее 0,20 м³/м³ мин в течение не менее 10 мин.

Использование при обработке шлама раствором серной кислоты операции озонирования суспензии при величине рН не более 2 путем барботирования через суспензию озонокислородной смеси с концентрацией озона не менее 39 г/м³ и расходом смеси не менее 0,20 м³/м³⋅мин в течение не менее 10 мин позволяет повысить степень извлечения хрома из шламов и не было ранее известно.

При этом озонирование суспензии шлама при величине рН более 2, с концентрацией озона в озонокислородной смеси менее 39 г/м³ и расходом смеси менее 0,20 м³/м³⋅мин в течение менее 10 минут снижает степень извлечения хрома из шламов хроматного производства.

Использование операции промывки вторичного шлама водой с добавлением в нее восстанавливающего реагента - водного раствора сульфата и/или хлорида двухвалентного железа с концентрацией 1 кг Fe²⁺/м³ раствора в количестве не менее 0,3 м³/т вторичного шлама способствует окончательному обезвреживанию вторичного шлама от шестивалентного хрома и не было ранее известно.

Выше перечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - повысить степень извлечения хрома из шламов хроматного производства на 20%, перевести шлам хроматного производства из второго класса опасности в четвертый и тем самым обеспечить возможность его последующего использования при строительстве дорог.

Изобретение иллюстрируется ниже следующим примером.

Пример. Переработке подвергали влажный шлам производства хромата натрия по бездоломитной технологии следующего состава, мас. % (в сухом веществе): Na₂CrO₄ в пересчете на Сr₂О₃ - 2.4, CaCrO₄ в пересчете на Сr₂O₃ - 2.3, Сr₂O₃ неразложенный - 2.8, Fe₂O₃ - 10.4, Аl₂O₃ - 10.6, SiO₂ - 6.2, СаО общий - 39.9, MgO - 18.6.

Шлам в количестве 0,025 кг в течение 10 мин обрабатывали при перемешивании раствором, содержащим 0,55 кг воды и 0,0205 кг серной кислоты, далее через суспензию с рН=1,98 в течение 20 мин барбатировали озонокислородную смесь с содержанием 40 г/м³ озона с расходом 0,21 м³/м³⋅мин. Суспензию после озонирования фильтровали, промывали водой в количестве 0,25 кг, затем раствором сульфата двухвалентного железа с концентрацией 1 кг Fe²⁺/м³ в количестве 0,06⋅10^-3 м³. Вторичный шлам с влажностью 30% удаляли и анализировали на содержание остаточного хрома.

Содержание общего хрома во влажном вторичном шламе составило 1,5%, а шестивалентного хрома - 0,04% в пересчете на Сr₂О₃. Степень извлечения из шлама водорастворимого и кислоторастворимого хрома составила 98,9%, нерастворимого хрома - 19,6%. Общая степень извлечения хрома из исходного шлама составила 70%. По сравнению с прототипом степень извлечения хрома возросла на 20%.

Таким образом, изобретение позволяет повысить степень извлечения хрома из шламов хроматного производства на 20%, перевести шлам хроматного производства из второго класса опасности в четвертый и тем самым обеспечить возможность его последующего использования, например, при строительстве дорог.

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.