ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Переработка отходов гальванических производств

При производстве машиностроительной продукции многие предприятия для повышения коррозионной стойкости и улучшения внешнего вида металлических деталей наносят на них гальваниче­ские покрытия. В гальваническом производстве образуются сточ­ные воды, которые содержат такие металлы, как хром, никель, свинец, медь, кадмий, цинк, олово и др. Длительное их поступле­ние в организм с водой или пищей даже в незначительных дозах приводит к нарушению функционирования центральной нервной системы, внутренних органов, эндокринной и других жизненно важных систем организма.

Значительная часть предприятий с гальваническим производст­вом не имеет очистных сооружений и сбрасывает промышленные стоки в городскую канализацию. Многие предприятия, хотя и про­изводят очистку сточных вод, полной нейтрализации токсичных компонентов не добиваются и также сбрасывают в канализацию большое количество вредных веществ.

Сточные воды гальванических производств подразделяют на от­работанные и промывные. Отработанные сточные воды образуются при смене технологических растворов на свежие, промывные - при промывке деталей с нанесенным покрытием. Характерной особен­ностью всех сточных вод гальванических производств является низкая концентрация кислот и высокая концентрация ионов ме­таллов.

Методы очистки сточных вод гальванических производств под­разделяются на химические, электрохимические и физические. Система очистки сточных вод может быть проточной и замкнутой. При проточной системе очистки сточные воды после нейтрализа­ции сбрасываются в канализацию. Замкнутые системы очистки ис­пользуют в технологическом цикле очищенные сточные воды. Ко­нечно, замкнутая система требует от предприятия более глубокой очистки сточных вод, но ее использование исключает сброс токсич­ных веществ в городскую канализацию, поэтому она более про­грессивна и предпочтительна.

Наиболее перспективны безреагентные способы очистки гальва­нических сточных вод, например электрокоагуляционный. Пре­имущества таких методов по сравнению с технологиями, использу­ющими химические вещества для осаждения мелкодисперсных шламов, заключаются в сокращении продолжительности процесса и производственных площадей, непрерывности процесса и повыше­нии качества очищенной воды.

При отстаивании сточных вод гальванических производств в шламонакопителях образуются шламы, которые представляют со­бой коллоидные системы, состоящие из мелкодисперсных нераство­римых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в воде. Их состав и количество колеблются в широком интервале в зависимо­сти от типа производства.

При очистке сточных вод гальванического производства мето­дом коагуляции образующиеся шламы содержат в пересчете на су­хое вещество, %: 30-70 железа, 5-10 хрома, 2-5 никеля, 1-3 кальция, 1- 2 магния и другие элементы.

Во многих случаях шламы сбрасываются в шламонакопители, отвалы и пруды, загрязняя как воздушный бассейн, так и подзем­ные и поверхностные воды.

При их захоронении в шламонакопителях помимо ущерба, на­носимого окружающей среде, одновременно теряется большое ко­личество ценного сырья. Повторное использование извлеченных из шламов материалов, наоборот, позволяет в ощутимых количествах экономить природные ресурсы и снизить нагрузку на окружающую среду.

При утилизации шламов гальванических производств применя­ют следующие методы: химические, физико-химические, термиче­ские и их комбинации. Важнейшей операцией при утилизации этих шламов является обезвоживание, поскольку содержание воды в них достигает 99%. Для обезвоживания шламов применяют фильтрование, центрифугирование, для чего используют камерные и ленточные прессы, а также фильтрующие центрифуги. Заключи­тельную стадию обезвоживания проводят на фильтр-прессах при давлении до 1,5 МПа. После фильтрования содержание сухого ве­щества может составлять 30 - 70% (масс.). Дальнейшее удаление влаги до содержания не более 10% (масс.) проводят с помощью сушки в барабанных и других сушилках. Полученный сухой поро­шок является ценным сырьем для получения товарной продукции.

Огневая обработка позволяет полностью обезвредить шламы и получить безвредные продукты горения и зольные остатки, состоя­щие из оксидов металлов. Наряду с прямым сжиганием термиче­ские методы часто являются составной частью комплексных техно­логий обезвреживания и утилизации шламов. В этих технологиях термическая обработка либо предшествует, либо следует за физи­ко-химическим или химическим процессом выделения ценных ма­териалов из шламов.

Для обжига гальванических шламов применяют барабанные печи с противоточной системой термической обработки. Для этих же целей используют циклонные печи с верхним выводом газов, прокаливание в которых обеспечивает полное обезвреживание шлама за счет сгорания токсичных органических веществ и улав­ливание ценных минеральных продуктов. Дозирование шлама в циклонную печь осуществляется двухвалковым шнеком. При пере­работке шламов используют газообразное топливо для разогрева реактора.

Малые габариты циклонных реакторов обусловливают незначи­тельные потери тепла в окружающую среду. В сочетании с низким коэффициентом расхода воздуха это позволяет осуществлять сжи­гание обводненных шламов при повышенных температурах с жид­ким шлакоудалением, что недостижимо в барабанных и шахтных печах. Кроме того, циклонные реакторы обладают повышенной се - парационной эффективностью, вследствие чего выделяющиеся газы содержат меньше пыли, что облегчает их обработку перед выбро­сом в атмосферу.

Работоспособность огневых реакторов, полнота выжигания ор­ганических веществ из шлама зависят от температуры процесса го­рения. При этом наиболее целесообразно образующиеся при горе­нии шлаки удалять в жидком состоянии, при котором обеспечива­ется высокая полнота окисления выделяющихся продуктов. При твердом шлакоудалении, т. е. когда температура процесса недоста­точна для расплавления шлака, не происходит полного выжигания веществ из шлама.

При огневой переработке гальванических шламов температура отходящих газов составляет для различных процессов от 900 до 1600 °С, коэффициент расхода воздуха - от 0,35 до 1,2. Удельная объемная нагрузка реактора составляет около 600 кг/ч шлама на 1 м реактора.

Обезвоженные гальванические шламы используют в промыш­ленности строительных материалов. Для устранения экологической опасности отходов гальванических производств используют метод химической фиксации токсичных соединений, находящихся в шла­ме. Фиксация производится путем ферритизации, силикатизации, отверждения с использованием вяжущих материалов и спекания твердой фазы.

Например, хромсодержащие шламы после сушки используют в производстве декоративного стекла в качестве красителей. В зави­симости от состава шлама можно получить стекла следующих цве­тов: зеленого, синего, коричневого, черного и их оттенков.

Использование до 10% порошка, полученного в результате сушки шлама, в составе глазури керамических облицовочных пли­ток позволяет увеличить их глянец. Варку стекла для получения таких плиток производят при 1410 - 1460 °С в слабовосстанови­тельной или окислительной среде.

Добавка 3% порошка в смесь для изготовления строительной керамики позволяет повысить ее прочностные свойства. Обжигают керамику в туннельной печи при 980 °С.

При изготовлении кирпичей в глину добавляют 3-5% обезво­женных шламов с влажностью 60 - 80%, что позволяет улучшить технологические свойства композиции. Использование обезвожен­ного порошка при изготовлении керамической черепицы повышает ее прочностные свойства.

Гидроксидные шламы гальванических производств добавляют в количестве до 5% в асфальт, бетон, гипсовые смеси. Незначитель­ное распыление частиц асфальта в процессе эксплуатации дорож­ного покрытия не вносит существенных изменений в химический состав грунта и дренажных вод.

Железосодержащие шламы после сушки используют для полу­чения керамзита, а также для производства высококачественных ферросплавов. При получении ферросплавов обезвоженный шлам при содержании влаги до 10% смешивают с окалиной, золой, угольной пылью и другими компонентами, затем прессуют в виде брикетов, которые используют вместе с коксом и флюсами для получения ферросплавов методом восстановительной плавки.

Весьма перспективны гидрометаллургические методы перера­ботки гальванических шламов, так как они позволяют селективно извлечь практически все цветные металлы. Влажность используе­мых в этих процессах шламов не должна превышать 10%, а масса отдельных кусков не должна быть более 1 кг. Хорошим способом выщелачивания цветных металлов, например меди, цинка и др., является экстракция на ионообменных смолах в органическом экс - трагенте с последующей реэкстракцией меди из раствора серной кислотой и дальнейшим электролитическим осаждением меди. Из­влечение других металлов возможно с помощью других экстраген - тов. Однако при разработке таких технологий следует помнить, что в шламах различные металлы несовместимы между собой, так, цинк является ядом для никеля, свинец - для цинка и никеля и т. п. Последнее обстоятельство приводит к тому, что во многих случаях регенерация металлов из шламов гальванического произ­водства не производится.