Результат интеллектуальной деятельности: Способ утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов

Изобретение относится к технологии утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, отходов цинка и может быть использовано в машиностроении и гальванотехнике.

Сточные воды гальванических производств весьма вредно влияют на экосистему: водоем-почва-растение-животный мир-человек. Широко применяемый реагентный способ очистки гальванических стоков прост и дешев, однако не решает проблему утилизации ценных компонентов, которые безвозвратно теряются с осадками. Эти осадки должны быть захоронены на спецполигонах, но в большинстве случаев их просто нет. Захоронение отходов производится на городских бытовых свалках, несмотря на то, что отходы оказывают негативное влияние на экологию, так как в форме растворимых соединений переходят в грунтовые воды. Поэтому большой проблемой промышленных предприятий является утилизации отработанных гальванических растворов, в том числе и травильных растворов.

Предприятия, которые изготавливают детали из латуни, имеют большой объем отработанного материала, в частности латунной стружки, который требует утилизации.

Известен способ переработки латунного лома и стружки на медный купорос и хлористый цинк, описанный в патенте SU 7008 патентообладателя Н.Ф. Юшкевича, опубликованном 10.11.1928 года, согласно которому стружка обрабатывается в 7 этапов:

1) образование сплавов хлористых металлов действием газообразного хлора в шахтной печи,

2) растворение полученных сплавов в слабом растворе соляной кислоты при продувке воздуха,

3) осаждение меди окисью цинка при нагревании и отделении осадка от раствора,

4) упаривание раствора хлористого цинка до нормальной концентрации,

5) растворение осадка серной кислотой,

6) упаривание раствора, содержащего соли меди, и выделение медного купороса,

7) очистка маточного раствора действием хлористой меди, возвращение раствора в производство на этап №3.

Существенными недостатками описанного способа являются необходимость применения дополнительных химических реагентов и создания специального сложного производства.

Известен способ переработки латунной стружки (http://pererabotka.ucoz.ru/index/primery_pererabotki_otkhodov/ ) методом ее плавления в условиях пиролиза (без доступа воздуха) без угара цинка и меди. Пары цинка конденсируются в слое стружки, находящейся в камере пиролиза выше рабочей зоны печи. По мере плавления слой оседает и оказывается в рабочей зоне печи, где плавится вместе с уловленным цинком. Перед разливом металла остатки стружки кратковременно перемешивались с жидким металлом с их плавлением, после чего разлив металла осуществлялся через нижнее основание камеры пиролиза. Стружка предварительно отжигалась. При загрузке стружки в нее вводился полукокс.

Недостатками указанного способа является его неэффективность, поскольку при плавлении теряется большое количество латунной стружки, а также сложность, поскольку существует необходимость применения дополнительного оборудования и химических материалов.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка эффективного способа совместной утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, а также отходов цинка с помощью простых химических процессов.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, а также отходов цинка и повышение его эффективности.

Дополнительным техническим результатом является получение из отходов латуни, отходов цинка, отработанных травильных растворов ценных химических материалов в виде контактной меди и гидроксида цинка.

Для достижения технического результата в способе утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов согласно изобретению в емкость с отработанными травильными растворами вносят отходы латуни и выдерживают при периодическом перемешивании до достижения максимального значения рН, после чего в емкость добавляют отходы цинка и выдерживают до достижения рН порядка 7, затем отделяют осажденную на дне емкости медь, в оставшиеся в емкости растворенные соли цинка добавляют кальцинированную или каустическую соду, перемешивают и отстаивают до получения осадка в виде карбоната или гидроксида цинка, который можно отделить от жидкости.

Также для достижения технического результата в способе утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов применяют растворы травления латуни или меди, а отходы латуни размещают в мешке из полипропилена или другого аналогичного функционального материала, например хлорин-ткани.

Патентные исследования не выявили технических решений, характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение осуществляется следующим образом.

В емкость заливают отработанные травильные растворы. Допускается применение растворов травления латуни либо меди на основе любых кислот, в частности серной, азотной, соляной и других. В отработанные травильные растворы закладывают отходы латуни, в частности используется латунная стружка. Отходы латуни могут быть размещены в мешке из полипропилена или другого аналогичного функционального материала, например хлорин-ткани. Отходы латуни выдерживают в отработанных травильных растворах при периодическом перемешивании до достижения максимального значения рН. После этого в емкость добавляют отработанные цинковые аноды (также допускается применение любых отходов цинка) и выдерживают до достижения рН порядка 7. Осажденная медь собирается на дне емкости, ее отделяют в другую емкость. На следующем этапе в первоначальную емкость, содержащую растворенные соли цинка, добавляют кальцинированную или каустическую соду (допускается применение любой щелочи), перемешивают и отстаивают до получения осадка в виде карбоната или гидроксида цинка. После отстаивания растворы фильтруются для отделения полученного осадка. Таким образом, с помощью простых химических процессов и совместного использования отходов производства: отходов латуни, отработанных травильных растворов, а также отходов цинка разработан способ утилизации указанных отходов, кроме того, получены ценные химические материалы в виде контактной меди и гидроксида (карбоната) цинка.

Примеры осуществления предложенного способа утилизации отходов латуни и отработанных травильных растворов.

Опыт №1

Используемые вещества:

- латунная стружка,

- отработанный раствор травления латуни на основе НNО₃ и Н₂SО₄.

Цель опыта: насытить медью и цинком из латунной стружки отработанные травильные растворы, содержащие соли цинка и меди, нейтрализовав остатки кислоты.

В стеклянную емкость объемом 2 л засыпают 500 г латунной стружки и добавляют до полного объема разбавленный в пропорции 1:1 отработанный раствор травления латуни на основе НNО₃ и Н₂SО₄ (допускаются растворы на любых кислотах). Раствор выдерживают 24 часа до достижения максимального значения рН, в данном случае рН≈2,4. После фильтрации раствора через полипропиленовый мешок и промывки под проточной водой остатков латунной стружки полученный состав стружки анализируют.

Полученные результаты: из результатов анализа видно, что цинк растворяется быстрее, чем медь, и максимальное значение достигнутого рН≈2,4.

Опыт №2

Используемые вещества:

- слитый раствор, полученный в опыте №1,

- отработанные цинковые аноды,

- дистиллированная вода.

Цель опыта: осадить медь путем добавления в слитый раствор из опыта №1 отработанных цинковых анодов.

В слитую жидкую фракцию, полученную в опыте №1, добавляют 2 отработанных цинковых анода. Раствор выдерживают 24 часа до рН≈7, на поверхность выделяется медь. Отфильтрованную медь промывают дистиллированной водой. После отстаивания раствор сливают через воронку и фильтровальную бумагу, отделив медь, которую после сушки направляют на спектральный анализ.

Полученные результаты: получен осадок в виде порошковой меди, но с примесями цинка, которые достаточно легко удаляются.

Опыт №3

Используемые вещества:

- слитый раствор, полученный в опыте №2,

- кальцинированная сода,

- дистиллированная вода.

Цель опыта: осадить карбонат цинка путем добавления кальцинированной соды в слитый раствор из опыта №2.

Жидкую фракцию из опыта №2 постепенно смешивают с кальцинированной содой до рН≈7,5-8,3. Раствор отстаивают 30 минут для осаждения осадка. После фильтрации полученного осадка через фильтровальную бумагу и воронку получают чистый карбонат цинка, который анализируют.

Полученные результаты: осажден чистый карбонат цинка.

Опытно-промышленная отработка

Опытно-промышленный способ совместной утилизации отходов латуни, отходов цинка и отработанных травильных растворов заключается в следующем.

В ванну №1 заливается промывная вода после травления латуни и закладывается латунная стружка в полипропиленовом мешке. По окончании реакции мешок перемещается в ванну №2, куда сливают следующие промывные травильные воды, а в первую ванну помещают новый мешок со свежей латунной стружкой. После окончания реакции мешки перемещают в следующие ванны и так до полного растворения латунной стружки.

После этого в ванны добавляют отходы цинка, выдерживают до достижения рН ≈ 7, а осажденная медь собирается на дне ванн. После этого жидкая фракция отделяется декантацией сифоном в отдельную емкость.

На следующем этапе в ванны, содержащие растворенные соли цинка, добавляют кальцинированную или каустическую соду, перемешивают. После отстаивания растворы фильтруют для отделения полученного осадка.

Таким образом, предложенный способ утилизации латунной стружки, отработанных травильных растворов и отходов цинка с получением ценных вторичных химических материалов (порошковой меди и гидроксида (карбоната) цинка) может быть реализован на действующих предприятиях без дополнительных капиталовложений и может найти применение в машиностроении и гальванотехнике для утилизации отходов, поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».