Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ШЛАМА

Изобретение относится к области химии, в частности к способам утилизации отходов гальванического производства путем переработки последних в конечный целевой продукт.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ [патент РФ N 2058190, B 01 J 23/745, 1994]. Известный способ заключается в том, что гальванический шлам и другие исходные материалы подготавливают путем измельчения на дисковой мельнице до 50 мкм, смешивают исходные материалы, готовят формовочную пасту путем смешивания с водой, проводят формовку через пресс-форму, сушат при температуре 25^oC - 5 часов, 120^oC - 15 часов, проводят термообработку в течение 4 часов при температуре 800-900^oC.

Однако известный способ не позволяет:
а) безотходно утилизировать медьсодержащий гальванический шлам,
б) получить ценный конечный продукт, а именно, катализатор, активный в процессе селективного восстановления оксидов азота аммиаком,
в) имеет сложную технологию формовки геометрической формы из исходных материалов и получения катализатора.

Изобретение решает задачу разработки способа утилизации гальванического шлама, позволяющего получать ценный конечный продукт в виде катализатора, активного в процессе селективного восстановления оксидов азота аммиаком, безотходно утилизировать медьсодержащий гальванический шлам, имеющий наиболее оптимальную технологию получения катализатора.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе утилизации гальванического шлама, включающего подготовку исходного материала, приготовление формовочной пасты, формовку, окончательную термическую обработку, гальванический шлам берут с содержанием основных компонентов в мас.%:
Fe₂O₃ - 40-45,
CuO - 10-15,
Cr₂O₃ - 5-10,
примеси - остальное,
дополнительно проводят предварительную активацию (термоудар) при температуре 120-550^oC и механохимическую активацию, полученный продукт используют в качестве катализатора, активного в процессе селективного восстановления оксидов азота аммиаком. При этом механохимическую активацию проводят путем измельчения на виброшаровой мельнице до размера частиц 0,5 - 5 мкм, для приготовления формовочной пасты используют распущенную природную глину, пасту доводят до влажности 26-28%, формовку проводят экструзией через фильеру и получают экструдат в виде черенка или блока сотовой структуры, окончательную термообработку проводят при температуре 500 - 550^oC.

Техническим результатом предлагаемого решения является получение катализатора, активного в процессе селективного восстановления оксидов азота аммиаком.

Предлагаемый способ утилизации гальванического шлама выполняется следующим образом.

Берут подготовленный гальванический шлам, содержащий мас.%: Fe₂O₃ - 40-45, CuO - 10-15, Cr₂O₃ - 5-10, остальное - примеси, проводят предварительную термоактивацию при температуре 120-550^oC, механохимическую активацию путем измельчения на виброшаровой мельнице до размера частиц 0,5-5 мкм, готовят формовочную пасту, добавляя распущенную природную глину, доводят пасту до влажности 26-28%, проводят формирование геометрической формы экструзионным формованием через фильеру, получают экструдат в виде черенка или блока сотовой структуры, проводят окончательную термообработку при температуре 500-550^oC.

Каталитические свойства образцов катализатора определяют на проточной установке с использованием газовой смеси состава, об.%: Nox - 0,05, NH₃ - 0,05, O₂ - 4,5. Объемная скорость подачи газа 20000 ч^-1. Анализ газовой смеси осуществляют хроматографическим методом. Степень превращения оксида азота определяют по следующей формуле
,
Испытания катализатора проводят в интервале температур 250-350^oC.

Для определения механической прочности экструдаты подвергают сжатию на раздавливание в поперечном направлении.

Сущность метода заключается в измерении усилий разрушения гранулы между двумя параллельными пластинами. Величину прочности катализатора выражают в килограммах на квадратный сантиметр и рассчитывают по формуле

где N - показания индикатора прибора в делениях;
A - калибровочный коэффициент, кг/дел.;
S - площадь поперечного сечения гранулы катализатора, см².

Преимущества предлагаемого способа:
1. Утилизируются многотоннажные токсические отходы гальванических производств, содержащие более 10% оксида меди.

2. В результате утилизации получается высокоактивный катализатор селективного восстановления оксидов азота аммиаком.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В Z-образный смеситель загружают без предварительной подготовки 7,2 кг гальванического шлама, содержащего мас.%: Fe₂O₃ - 43, CuO - 11, Cr₂O₃ - 7, остальное - примеси, добавляют 2,8 кг распущенной обской глины и 4,3 литра воды. Смесь перемешивают до получения однородной формовочной пасты. Далее экструзионным формованием пасты через фильеру получают гранулы диаметром 6 мм. Экструдаты провяливают при комнатной температуре, сушат при 120^oC в течение 6 часов и прокаливают 4 часа при 500 - 550^oC. Полученный образец катализатора имеет низкую механическую прочность и низкую каталитическую активность (см. таблицу).

Пример 2.

В смеситель загружают 7,2 кг предварительно термоактивированного гальванического шлама, содержащего, мас. %: Fe₂O₃ - 43, CuO - 11, Cr₂O₃ - 7, остальное - примеси, 2,8 кг распущенной обской глины. Термоактивацию гальванического шлама проводят прокаливанием шлама при 500^oC. Скорость подъема температуры в интервале 120-500^oC не менее 250^oC в час.

Смесь перемешивают при постоянном добавлении воды до получения однородной массы формовочной пасты влажностью 26-28 мас.%. Далее экструзионным формованием пасты через фильеру получают гранулы диаметром 6 мм. Экструдаты провяливают при комнатной температуре, сушат при 120^oC в течение 6 часов и прокаливают 4 часа при 550^oC. Полученный образец катализатора имеет высокую механическую прочность, но обладает низкой активностью в процессе селективного восстановления оксидов азота аммиаком (см. таблицу).

Пример 3.

В смеситель загружают 7,2 кг предварительно термо- и механохимическиактивированного гальванического шлама, содержащего, мас.%: Fe₂O₃ - 43, CuO - 11, Cr₂O₃ - 7, остальное - примеси, 2,8 кг распущенной обской глины. Термоактивацию гальванического шлама проводят прокаливанием шлама при 500^oC. Скорость подъема температуры в интервале 120-500^oC не менее 250^oC в час. Механохимическую активацию проводят измельчением на виброшаровой мельнице до порошка с размером частиц 0,5-5 мкм. К термо- и механоактивированному порошку добавляют 2,8 кг распущенной обской глины и воду до получения формовочной пасты влажностью 26-28%. Далее экструзионным формованием пасты через фильеру получают гранулы диаметром 6 мм и блоки сотовой структуры в форме призмы квадратного сечения 75х75х150 мм, размером канала 5,6х5,6 мм и толщиной стенки 1,4 мм. Экструдаты провяливают при комнатной температуре, сушат при 120^oC в течение 6 часов и прокаливают 4 часа при 500 - 550^oC. Получают образцы с высокой механической прочностью и активностью в процессе селективного восстановления оксидов азота аммиаком (см. таблицу).

Пример 4 (для сравнения).

Гальванический шлам, содержащий, мас.%: Fe₂O₃ - 40, ZnO - 9 и NiO - 10, остальное - примеси оксидов марганца, ванадия, титана, термоактивируют прокаливанием при 500^oC. Скорость подъема температуры со 120 до 500^oC не менее 250^oC в час. Механохимическую активацию проводят измельчением на виброшаровой мельнице до порошка с размером частиц 0,5-5 мкм. К термо- и механоактвированному порошку добавляют 2,8 кг распущенной обской глины и воду до получения формовочной пасты влажностью 26-28%. Далее экструзионным формованием пасты через фильеру получают гранулы диаметром 6 мм. Экструдаты провяливают при комнатной температуре, сушат при 120^oC в течение 6 часов и прокаливают 4 часа при 500-550^oC. Получают образцы, имеющие высокую механическую прочность, но низкую активность в процессе селективного восстановления оксидов азота аммиаком (см. таблицу).