Тяжелые металлы занимают первое место по шкале стресс-факторов (индексов Корте-Дубинина), характеризующей опасность загрязнителя. Попадая в организм с водой и продуктами питания, ионы тяжелых металлов могут накапливаться в нем и вызывать серьезные нарушения в его жизнедеятельности. Отрицательно влияют ионы металлов и на органолептические показатели воды.
Вследствие токсичности ионов тяжелых металлов, размещение их на полигонах твердых бытовых отходов не допускается и предприятия вынуждены складировать их на собственной территории, образуя тем самым источники вторичного загрязнения окружающей среды.
Кроме того, лишь до 50% количества ионов цветных металлов, участвующих в гальваническом процессе покидают раствор электролита и оседают на деталях. Остальные остаются в ваннах, в электролите или в виде выпавшего на дно шлама. В связи с этим, извлечение ценных компонентов из отходов гальванического производства должно приносить немалую прибыль.
Одним из направлений переработки гальванических шламов является выщелачивание ионов тяжелых металлов с помощью серной кислоты.
Авторы статьи разработали технологическую схему обезвреживания отходов гальванического производства путем одновременного извлечения из шламов и сточных вод ионов тяжелых металлов.
Объектом исследований служили шлам гальванического цеха, содержащий, мг/кг: Zn - 46625; Ni - 1433; Cu - 12750; Fe - 20100; Ca - 115500; песок, карбонаты магния, натрия - 767811 и сточная вода этого же цеха, содержащая те же самые компоненты. Водородный показатель сточной воды составлял рН=2,5.
Цель исследований заключалась в снижении вредного воздействия на окружающую среду токсичных отходов гальванического производства в виде шламов и образующихся сточных вод за счет извлечения из них тяжелых металлов - Zn, Ni, Cu, Fe.
Для достижения поставленной цели была разработана технологическая схема, включающая смешение гальванического шлама с добавками, содержащими хлорид- или сульфат-ионы, в соотношении Cl- или (SO42-) : ΣМеn+= не менее 1:1, механохимическую активацию полученной смеси путем измельчения в шаровой мельнице сухого помола до размера 0,5-5 мкм, последующую термическую обработку в муфельной печи при температуре 550-600 0С, выщелачивание полученного спека сточной водой собственного гальванического производства при рН≤3, отделение раствора от осадка путем фильтрации, и извлечение металлов из полученного раствора методом электрофлотации при повышенном рН=8-10.
В качестве добавок, содержащих хлорид- или сульфат-ионы, использовали NaCl, и CaSO4-2H2O (цитрогипс).
Механохимическая активация шлама с хлорид- или сульфат-ионами интенсифицирует образование при нагреве до температуры 550-6000С водорастворимых соединений металлов, в виде хлоридов или сульфатов. Предположительный химизм протекающих процессов перехода сульфидов, гидроксидов и карбонатов металлов в водорастворимые сульфаты и хлориды, представлен по следующей схеме:
Для сульфидов:
MeS + 2NaCl + 2O2 → MeCl2 + Na2SO4
MeS + CaSO4 -2H2O + O2 → MeO + CaO + 2SO2 + 2H2O
2MeO + 2SO2 + O2 → 2MeSO4
Для гидроксидов:
Me(OH)2 + 2NaCl → MeO + Na2O + 2HCl
MeO + 2HCl → MeCl2 + H2O
Me(OH)2 + CaSO4•2H2O → MeO + CaO + SO2 + 4H2O
2MeO + 2SO2 + O2 → 2MeSO4
Для карбонатов:
МeCOз + 2NaCl + 0,5O2 → MeO + Na2O + CO2 + Cl2
2MeO + 2Cl2 → 2MeCl2 + O2
МeCО3 + CaSO4•2H2O → MeO + CaO + SO3 + CO2+ 2H2O
MeO + SO3 → MeSO4
При выщелачивании кислыми сточными водами собственного производства аналогичного состава ионы металлов переходят в водный раствор, тем самым повышая концентрацию содержащихся в сточной воде аналогичных металлов.
Образующиеся при обжиге оксиды Na2O и CaO при выщелачивании переходят в гидроксиды, несколько понижая кислотность выщелачивающего раствора, что может способствовать обратному переходу солей железа в гидроксиды, т. к. процесс гидратации железа происходит при рН>3. Поэтому необходима корректировка кислотности раствора в процессе выщелачивания.
Выщелачивание ускоряется с повышением температуры, в связи с этим процесс целесообразно проводить при температуре 40-500С в течение 4-6 часов.
Раствор отделяли от осадка фильтрованием и помещали в электрофлотационную камеру объемом 1л. Флотационный процесс производили при плотности тока 50 ма/см2 в течение 20 минут при повышенном рН = 8-10. Повышение рН раствора производили с помощью едкого натра. В качестве пенообразователя и собирателя при флотационном извлечении металлов использовали ПАВ анионного типа - алкилбензолсульфонат натрия (сульфонол) в количестве 5 мг/л и ксантогенат калия в количестве 3 мг на 100 мг ионов металлов в растворе.
Применение метода электрофлотационного извлечения ионов металлов из растворов обусловлено его эффективностью. Изменяя электрические параметры процесса можно обеспечить оптимальную дисперсность пузырьков воздуха, не разрушая пенный слой. Наряду с электродными процессами в электрофлотационном аппарате протекают объемные химические реакции, которые приводят к таким явлениям как изменение природы и растворимости флотоконцентрата, растворению или образованию осадка, разрушению комплексообразователей, что способствует повышению качества процесса.
Полученный пенный концентрат высушивали и подвергали последующему прокаливанию при температуре 6000С с получением металлического порошка.
Таким образом, предлагаемая технология одновременного обезвреживания сточных вод и шламов гальванического производства позволит снизить воздействие токсичных веществ на окружающую среду и получить ценную продукцию в виде металлического порошка, который можно использовать в промышленных целях.