Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОГО КУПОРОСА ИЗ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Способ получения железного купороса специальным растворением железа в серной кислоте в настоящее время утратил свое значение в связи с тем, что на металлообрабатывающих заводах в числе отходов производства имеются большие количества травильных растворов, которые легко могут быть переработаны на железный купорос. Травильные растворы получают при обработке (травлении) серной кислотой стальных изделий с целью удаления с них окалины (окислов железа) перед дальнейшей обработкой поверхности. Для травления применяют разбавленную 20—25%-ную серную кислоту. Отбросные травильные растворы содержат главным образом железный купорос (15—20% FeS04) и несколько процентов свободной серной кислоты (2—10%).
С развитием металлургии и металлообработки до современных масштабов проблема утилизации отбросных травильных растворов стала очень острой. Удаление больших количеств кислых жидкостей в естественные водоемы невозможно. Очистка сточных травильных растворов нейтрализацией их известью представляет большие трудности вследствие образования объемистых трудно отстаивающихся осадков. Объем осадка сульфата кальция и гидрата закиси железа в 20—25 раз превышает объем расходуемой на травление металла серной кислоты (в расчете на моногидрат). В связи с этим на многих заводах утилизируют травильные растворы, выделяя из них сульфат железа кристаллизацией с получением товарного продукта — железного купороса, при одновременном возврате остающейся маточной жидкости — серной кислоты в — травильные ванны. Однако потребность в железном купоросе пока значительно меньше, чем количество его, которое можно получить при полной утилизации травильных растворов, поэтому эта проблема остается нерешенной. Эти трудности однако постепенно преодолеваются. Описан способ обработки отбросного травильного раствора водной суспензией Са(ОН)2 при 90°, позволяющей получить быстро отстаивающийся осадок, состоящий из смеси Fej04 и гипса, которую разделяют магнитной сепарацией 4I-42.
Железный купорос является также побочным продуктом при . производстве двуокиси титана из титановых руд. На некоторых заводах за рубежом железный купорос используют в качестве вторичного сырья для получения серной кислоты, примешивая его (~20%) к поступающему на обжиг серному колчедану.-
Сульфат железа содержится и в сточных жидкостях некоторых Других производств, например в отработанных красящих раствоРах, из которых он также может быть регенерирован43.
• Кристаллический железный купорос может быть выделен из травильных растворов при охлаждении их до —5°, —10° или выпаркой с последующей кристаллизацией при охлаждении до 20— 25°. Можно также производить высаливание железного купороса из травильной жидкости серной кислотой (см. рис. 194) и после отделения кристаллического осадка возвращать маточный раствор на травление железа.
Обычно выделение железного купороса из травильных растворов производят охлаждением их воздухом или водой, или в вакуум-кристаллизационных установках. Предназначенную для травления металла серную кислоту часто используют при этом предварительно в качестве высаливающего средства. Вымораживание железного купороса при охлаждении травильного раствора холодильным рассолом или выпаривание его с последующим вымораживанием 44 являются менее экономичными способами.
Высаливание железного купороса можно также производить ацетоном и бутиловым спиртом. При смешении 1 л ацетона с 1 л Травильного раствора можно выкристаллизовать до 85% железного купороса 45'46.
Заслуживает внимания предложение47 регенерировать травильные растворы их нагреванием. При этом сульфат железа, растворимость которого с повышением температуры выше 64° уменьшается, выделяется в виде FeS04-H20, а маточный раствор возвращается на травление. Из раствора, насыщенного FeS04-H20, можно выделять это соединение в твердую фазу высаливанием, добавляя при 65—85° FeS04 • 7Н2048.
Если выделение железного купороса производится охлаждением отработанного травильного раствора, содержащего а% FeS04, а в остающемся маточном растворе b% FeS04, то из 1000 кг травильного раствора будет получено 1,83Х кг FeS04-7H20 или х кг FeS04, причем
(а — Ь) • 1000 100- 1,836
IOJc
А степень извлечения FeS04 из травильного раствора будет—%.
Если производить охлаждение отработанного травильного раствора с одновременным введением в кристаллизатор серной кислоты в количестве т кг на 1000 кг травильного раствора, то:
_ (а-Ь) ■ Mo-Brn Х 100-1,836 .
Т. ак; если отработанный травильный раствор, имеющий плотность 1,275 г/см3, содержащий 300 г/л или 23,5% FeS04 и 1—2%
H2SO4, охладить до ~30°, он станет насыщенным (см. рис. 194, табл. 46). При дальнейшем охлаждении до 3—4° концентрация маточного раствора станет равной 14% FeS04. При этом из 1 г травильного раствора будет получено 234 кг FeS04-7H20, а степень извлечения FeS04 составит 54%. Если же охладить раствор только до 30°, но с одновременной добавкой в кристаллизатор 0,25 т 75%-ной серной кислоты на 1 т отработанного травильного раствора для повышения кислотности маточного раствора до ~ 16% (200Г/л H2S04), то из 1 г травильного раствора будет получено 75 кг FeS04-7H20, а степень извлечения FeS04 составит в одном цикле 17,5%. Но при высаливании серной кислотой с одновременным охлаждением до 3—4° выхрд железного купороса из 1 т травильного раствора составит -~290 кг, а степень извлечения FeS04 в одном цикле -~67%. При работе на замкнутом цикле, т. е. с возвратом всего маточного раствора на травление, весь образующийся сульфат железа может быть выделен в виде желез-, ного купороса.
Таблица 46
Растворимость FeS04 В водных растворах серной кислоты
|
Воздушное охлаждение травильного раствора, предварительно отстоявшегося в течение 2—3 ч от окалины и других примесей, осуществляют иногда в установленных вне здания под навесом баках-кристаллизаторах 49. Кристаллы железного купороса оседают на стенках кристаллизаторов и на опущенных в них щитах. Степень извлечения FeS04 составляет 48%. Перемешивание раствора способствует его охлаждению и ускоряет кристаллизацию. Воздушное охлаждение протекает медленно и может быть использовано лишь на установках малой производительности. Поэтому во многих случаях осуществляют кристаллизацию с применением водя - ного охлаждения 50'51.