экологичный нейтрализатор железного купороса и способ его использования

Формула изобретения

1. Экологичный нейтрализатор железного купороса, содержащий обезвреживающий кальцийсодержащий материал, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего материала используют металлургические шлаки следующего состава, мас.%: СаО 32,1-48,3; MgO 5,6-11,7; SiO₂ 7,1-18,5; Fe₂O₃ 6,6-16,0; MnO 1,3-5,8, с размерами частиц 0-300 мм.

2. Способ нейтрализации железного купороса, включающий введение обезвреживающего кальцийсодержащего материала, отличающийся тем, что нейтрализацию ведут путем послойной укладки железного купороса с кальцийсодержащим металлургическим шлаком в соотношении 1:5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к нейтрализации железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов, и может использоваться в металлургической и химической и других отраслях промышленности.

Известен способ нейтрализации кислых железосодержащих вод, включающий введение известковых материалов, аэрацию и перемешивание. В качестве известковых материалов используют отходы производства стройматериалов следующего состава, мас.%: СаО 15,0-16,5; MgO 17,5-19,0; SiO ₂ 4,0-7,0; SO₃ 2,5-3,5; Fe₂O ₃ 1,5-2,0; органическая часть - остальное, с размерами частиц не более 0,08 мм в количестве 3-5 г/л (А.С. СССР № 1792924, кл. C02F 1/66, опубл. 07.02.1993).

Недостатком известных нейтрализатора и способа его использования является большой расход реагента, длительность процесса.

Известно использование расплавленного (900-1200°С) металлургического, СаО содержащего, шлака, например, свинцового шлака следующего состава, %: окись кремния 31, кальция 12,0, алюминия 4,4, магния 0,9, закиси железа 26, натрия 0,75, калия 0,39, общая сера 0,56, для обезвреживания (нейтрализации) промышленных отходов путем значительного снижения растворимости солей сульфатов, входящих в эти отходы. При интенсификации процессов термической диссоциации и возгонки солей, введенные соли прочно связываются с компонентами шлака, степень выщелачивания солей из шлака составляет 0,02-0,07%, при одновременном увеличении эффективности процесса по снижению растворимости отходов солей сульфатов по сравнению с ближайшим прототипом (аналогом) - в 1000-10000 раз (А.С. СССР № 857017, кл. C02F 11/14, опубл. 25.08.1981).

Недостатком известных нейтрализатора и способа его использования является сложность, определенные трудности практического поддержания требуемого по известной технологии температурного (900-1200°С) интервала расплавленного металлургического, СаО содержащего, шлака, при одновременной технической сложности необходимости улавливания продуктов термической диссоциации и возгонки образуемых солей от шлака и невозможности применения при смешивании металлургического шлака именно для нейтрализации железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов в металлургической и химической и других отраслях промышленности.

Известно использование металлургического шлака, содержащего СаО до 50% в виде двухкальциевого силиката и мела, для обезвреживания (нейтрализации) кислых фторсодержащих сточных вод, например, сточных вод флюсоплавильных заводов, а также производств суперфосфата и фосфора, и связывания в нерастворимые соединения загрязняющих веществ, входящих в сточные воды, при рН 7,5-7,8 (А.С. СССР № 255860, кл. С02С 1/40, опубл. 28.04.1977).

Недостатком известного нейтрализатора и способа его использования является невозможность применения при смешивании металлургического шлака именно для нейтрализации железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов в металлургической и химической и других отраслях промышленности.

Известны обезвреживающие компоненты утилизации жидких нефтеотходов, представляющие собой смесь, мас.%: оксид кальция 10-40%, оксид магния 305%, нефтяной шлам до 100. Между молекулами воды, содержащейся в нефтешламе, обезвреживающим реагентом происходит экзотермическая реакция, которая начинается через несколько минут после перемешивания и протекает вначале медленно, постепенно ускоряясь при разогреве смеси до 60-90°С в зависимости от выхода реагента, при этом происходит диспергирование частиц нефтешлама с последующей адсорбцией их на поверхности сорбента. В процессе карбонатизации оксидов щелочноземельных металлов атмосферной углекислотой прочность обезвреживания нефтеотходов будет возрастать во время их хранения. Конечный продукт реакции - коричневое порошкообразное вещество, инертное в отношении воздействия на воду и почву, морозоустойчивое, выдерживающее высокие механические нагрузки, который можно оставить в амбаре, либо вывезти на специально отведенную площадку. Утилизированные вышеупомянутым способом нефтеотходы совместимы с окружающей средой, не подвергаются эрозии и выщелачиванию из них нефтепродуктов, экологически безопасны (патент РФ № 2187466, кл. C02F 11/12, опубл. 07.02.1993).

Недостатком известного нейтрализатора и способа его использования является длительность процесса отвердения обзвреженных реагентами нефтеотходов, необходимость приготовления специальной смеси специальных обезвреживающих компонентов в определенной пропорции, а также невозможность получения твердого нерастворимого продукта, в том числе - нейтрализации - т.е. невозможность применения при смешивании металлургического шлака именно для нейтрализации железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов в металлургической и химической и других отраслях промышленности.

Известен экологичный нейтрализатор травильных растворов - известь или известняк с последующим сбросом образующихся шламов (Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ. М., изд. «Химия», 1984, с.196-198).

Недостатком известного нейтрализатора и способа его использования является технологическая сложность практического осуществления вышеупомянутых нескольких последовательно проводимых процессов с определенными трудностями, а также длительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является простой, дешевый и доступный экологичный вяжущий компонент для захоронения токсичных химических отходов отвержением, т.е. превращением токсичных компонентов в нерастворимые соединения - известь и ее производные, с учетом объема отходов и степени их токсичности, с последующим захоронением продуктов отвержения (Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ. М., изд. «Химия», 1984, с.44-46).

Недостатком известного нейтрализатора и способа его использования является сложность практического осуществления вышеупомянутых нескольких последовательно проводимых процессов с определенными трудностями, а также длительность процесса.

Технический результат использования изобретения заключается в достижении полной нейтрализации, удешевлении и упрощение технологии нейтрализации, а также улучшении экологии.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что экологичный нейтрализатор железного купороса, содержащий обезвреживающий кальцийсодержащий материал, в качестве кальцийсодержащего материала используют металлургические шлаки следующего состава, мас.%: СаО 32,1-48,3; MgO 5,6-11,7; SiO₂ 7,1-18,5; Fe₂O₃ 6,6-16,0; MnO 1,3-5,8, с размерами частиц 0-300 мм.

Известен способ двухступенчатой нейтрализации сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию, отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка, при этом нейтрализацию сточных вод разделяют последовательно на две стадии: феррохромовым шлаком и известковым молоком (А.Ю.Шабалин. Очистка и использование сточных вед на предприятиях черной металлургии. - М.: Металлургия, 1968, с.257-278).

Недостатками известного нейтрализатора являются большой расход феррохромового шлака, усложнение технологии необходимости удалением осадка из отстойников.

Известен способ нейтрализации кислых шахтных вод, включающий введение в стоки карбонатного материала. В качестве карбонатсодержащего материала используют пульпу из шлама отхода Березниковского содового завода, состоящую из мелкодисперсного карбоната кальция не менее 80%, приготовленную в смесителе с использованием воды из шахтного самоизлива, при этом пульпу подают дозированным сливом в зону реакции - канал самоизлива кислых шахтных вод - с последующей подачей очищенных стоков в отстойник (патент РФ № 2293063, кл. C02F 1/66, опубл. 20.08.2006 г.).

Недостатками известного нейтрализатора являются длительность процесса, усложнение технологии удаления осадка из зоны реакции, а также необходимости поддерживания температуры дозированного слива пульпы в зимних условиях равной температуре слива шахтных вод.

Известен способ очистки кислых железосодержащих сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию сточных вод известковым молоком, отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка (Д.Н.Смирнов, Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. - М.: Металлургия, 1980, 195 с.).

Недостатками известного способа являются большой расход извести, загипсовывание трубопроводов, трудность осаждения мелкодисперсных хлопьев гидроокиси железа, большой объем образующегося осадка и трудность его обезвоживания.

Известен безопасный упрощенный способ экологической утилизации (обезвреживания, захоронения) отходов, содержащих до 40-60% нефти и нефтепродуктов при влажности до 70-80%, включающий смешение отходов с обезвреживающим компонентом, например, оксидом кальция и магния. Способ осуществляют загрузкой нефтешлама в специально вырытый земляной котлован, равномерным распределением на поверхности нефтешлама с помощью ковша экскаватора обезвреживающего реагента, перемешивание компонентов в течение 10-30 минут движущимися фрезами экскаватора до получения однородной смеси, загрузку нефтешламма и реагента послойно до верха котлована, засыпку котлована слоем земли или песка для предотвращения размыва и выщелачивания незатвердевшего материала дождем или поверхностными водами, либо доставку нефтяного шлама с помощью автотранспорта или экскаватора на уплотненную земляную площадку, равномерное распределение шлама по поверхности площадки, нанесение обезвреживающего реагента на слой нефтешлама с помощью ковша экскаватора, перемешивание материала движущимися почвенными фрезами до получения однородной массы, просушивание обработанного нефтешлама в течении нескольких часов или дней в зависимости от влажности исходного нефтешлама, погрузку и вывоз сухого обезвреженного продукта автотранспортом в места «захоронения» (патент РФ № 2187466, кл. C02F 11/12, опубл. 07.02.1993).

Недостатком известного способа является длительность процесса отвердения обзвреженных реагентами нефтеотходов, необходимость приготовления специальной смеси специальных обезвреживающих компонентов в определенной пропорции, а также невозможность получения твердого нерастворимого продукта, в том числе - нейтрализации - т.е. невозможность применения при смешивании металлургического шлака именно для нейтрализации железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов в металлургической и химической и других отраслях промышленности.

Известен способ нейтрализации (регенерации) травильных растворов известью или известняком с последующим сбросом образующихся шламов. Способ основан на образовании желтого пигмента из отработанных травильных растворов при нейтрализации кислого раствора известью с последующим окислением Fe(OH)₂ до Fe(OH)₃ кислородом воздуха при повышенной температуре, включает добавление железного скрапа к отработанному травильному раствору для снижения его кислотности, разбавления полученного раствора водой, нейтрализацию известью с получением Fe(OH)₂, продувка воздухом в течение 4-5 часов при температуре 25-30°С, выдержку с одновременной продувкой воздухом при температуре 75°С в течение 7 часов и добавление к нему NH₄OH и FeSO₄ или отработанного раствора при рН=3,5, отделение осадка от раствора и добавление к нему цемента в качестве наполнителя, с возможным получением флокулянта, используемого при очистке сточных вод, для этого отработанный травильный раствор вначале отделяют фильтрованием от взвешенных частиц, после чего фильтрат нейтрализуют едким натрием, кальцинированной содой или Са(ОН)₂, под действием кислорода воздуха происходит окисление Fe(OH)₂ в гидрооксид железа Fe(OH)₃, который обладает флокулирующими свойствами и большой удельной поверхностью, при низкой стоимости, универсальности применения, высокой скоростью осветления (Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ. М., изд. «Химия», 1984, с.196-198).

Недостатком известного способа является сложность практического осуществления вышеупомянутых нескольких последовательно проводимых процессов с определенными трудностями, а также длительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ захоронения токсичных химических отходов отвержением, т.е. добавкой к отходам вяжущего компонента, например, наиболее простого, дешевого и доступного - извести и ее производных, с превращением токсичных компонентов химических отходов в нерастворимые соединения, с учетом объема химических отходов и степени их токсичности, с последующим захоронением экологичных продуктов отвержения. Известна, например, технология смешивания отходов (жидких и твердых) с последующим добавлением оксидов кальция, магния или железа до рН=7-10, с последующим введением в состав алюмосиликата в виде частиц размером 200 меш. и S_уд 1500-1600 см²/г, 300-1000 ч. портландцемента на 100 частей смеси и отверждением массы при температуре 100°С и 2 МПа в присутствии битума (Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ. М., изд. «Химия», 1984, с.44-46).

Недостатком известного способа является сложность практического осуществления вышеупомянутых нескольких последовательно проводимых процессов с определенными трудностями, а также длительность процесса.

Технический результат использования изобретения заключается в достижении полной нейтрализации, удешевлении и упрощении технологии нейтрализации, а также улучшении экологии.

Технический результат предполагаемого изобретения достигается тем, что в способе нейтрализации железного купороса, включающем введение обезвреживающего кальцийсодержащего материала, нейтрализацию ведут путем послойной укладки железного купороса с кальцийсодержащим металлургическим шлаком в соотношении масс (количеств) 1:5.

Заявляемый состав экологичного нейтрализатора, мас.%: СаО 32,1-48,3; MgO 5,6-11,7; SiO₂ 7,1-18,5; Fe ₂O₃ 6,6-16,0; MnO 1,3-5,8, размер частиц обезвреживающего кальцийсодержащего металлургического шлака 0-300 мм, а также вышеупомянутое количественное (массовое) соотношение при послойной укладке железного купороса с кальцийсодержащим металлургическим шлаком 1:5, выбраны опытным эмпирическим путем и являются оптимальными целесообразными для достижения полной нейтрализации железного купороса отработанных травильных растворов 4 класса опасности с образованием нерастворимых в воде природного минерала гипса и окислов железа.

Экологичный нейтрализатор железного купороса реализуют следующим способом. Нейтрализацию осуществляют путем послойной укладки железного купороса и обезвреживающего кальцийсодержащего материала металлургических шлаков в массовом (количественном) соотношении 1:5. В процессе взаимодействия железного купороса и смешанных металлургических шлаков, содержащих, мас.%: СаО 32,1-48,3; MgO 5,6-11,7; SiO₂ 7,1-18,5; Fe ₂O₃ 6,6-16,0; MnO 1,3-5,8, с размерами частиц 0-300 мм, образуются практически нерастворимые в воде природный минерал гипс и окислы железа

2FeSO₄ ×7H₂O+2СаО+¹/₂O₂ =2CaSO₄+2Fe(OH)₃+4H₂O

2Fe(OH)₃ =Fe₂O₃+3H₂O.

Исходя из приведенных реакций, массовая доля гипса (CaSO ₄) составляет 50%, а окислов железа - 30% от количества нейтрализуемого железного купороса.

Пример реализации экологичного нейтрализатора железного купороса и способ его использования.

Полученный в ККЦ сталеплавильный шлак 0-500 мм перерабатывают на шлакоперерабатывающих установках с выделением металлических фракций. Кальцийсодержащие отходы переработки сталеплавильного шлака фракции 0-300 мм загружают по 50 т в каждый железнодорожный думкар одного железнодорожного состава, доставляют в отработанный карьер и разгружают под откос. Аналогично железный купорос, выделенный при регенерации отработанных травильных растворов, также загружают по 50 т в каждый железнодорожный думкар другого железнодорожного состава, доставляют в отработанный карьер и разгружают под откос. В результате послойной укладки предварительно разгруженных обезвреживающих кальцийсодержащих металлургических шлаков 0-300 мм и железного купороса ведут полную нейтрализацию железного купороса обезвреживающим кальцийсодержащим металлургическим шлаком в массовом (количественном) соотношении 1:5, т.е. на каждые 5 составов железнодорожных думкаров обезвреживающих кальцийсодержащих металлургических шлаков 0-300 мм последовательно подают один состав железнодорожных думкаров железного купороса, что обеспечивает полную нейтрализацию одного отхода производства - железного купороса другим отходом производства - обезвреживающим кальцийсодержащим металлургическим шлаком 0-300 мм.

Экологичный нейтрализатор железного купороса и способ его использования внедрен при размещении железного купороса совместно с обезвреживающим нейтрализатором кальцийсодержащим металлургическим шлаком 0-300 мм в отработанном Восточном карьере валунчатых руд горы Магнитной рудника ГОП ОАО «ММК». Внедрением достигнута полная нейтрализация железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов, удешевлена и упрощена технология нейтрализации, улучшена экология.