Способ переработки цинксодержащих отходов вискозного производства
Номер патента: 14186
Опубликовано: 30.04.2011
Авторы: Матвейчук Юлия Владимировна, Ясинецкий Валерий Владимирович
Текст
(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ВИСКОЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА(71) Заявитель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(72) Авторы Ясинецкий Валерий Владимирович Матвейчук Юлия Владимировна(73) Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(56) АРТЕМЕНКО С.Е. и др. Экологические проблемы производств химических волокон. - Саратов, 1993. - . 27.1506580, 1978.678462, 1952.3380804, 1968.1486322, 1977.(57) Способ переработки цинксодержащих отходов вискозного производства, содержащих цинк в виде сульфида и карбоната, при котором отходы обрабатывают растворами соляной кислоты при температуре 70 С в течение 3 часов при перемешивании и массовом соотношении отходов и соляной кислоты 12,5, при этом вначале отходы обрабатывают 4 ной соляной кислотой, отделяют фильтрованием солянокислый раствор и обрабатывают им новую порцию отходов, затем отделяют фильтрованием отработанный раствор, а полученный осадок обрабатывают новой порцией 4-ной соляной кислоты, отделяют солянокислый раствор и обрабатывают им новую порцию отходов, после чего отделяют фильтрованием отработанный раствор, объединяют отработанные растворы, объединенный раствор нейтрализуют раствором гидроксида натрия до 6,5-7,0, затем раствором аммиака доводятдо 11,0-11,5, при этом в осадок выпадают гидроксид железаи гидроксид железа , которые отделяют фильтрованием, к полученному аммиачному раствору цинка добавляют карбонат натрия в стехиометрическом количестве по отношению к цинку, проводят отгонку аммиака при температуре 75 С в течение 140 минут, отогнанный аммиак возвращают на стадию нейтрализации, а выпавшие в осадок карбонат и гидроксокарбонат цинка отделяют от раствора фильтрованием и прокаливают при температуре 300 С с получением оксида цинка. Изобретение относится к способам переработки цинксодержащих отходов вискозного производства, содержащих цинк в виде сульфида и карбоната. Форма нахождения цинка в отходах вискозного производства определяется тем, какой реагент используется для его осаждения из производственных сточных вод (карбонат натрия, сульфид натрия, гидроксид кальция). 14186 1 2011.04.30 Цинксодержащие отходы вискозного производства перерабатывают металлургическими способами (пиро-, гидрометаллургическими), включающими в технологический процесс стадию обжига, или способами, исключающими стадию обжига. Переработка цинксодержащих отходов способами, исключающими из технологического процесса стадию обжига, сопряжена со значительно меньшими трудо-, энерго- и ресурсозатратами, с высокой экологической безопасностью по сравнению с обжиговыми, которые требует высоких капитальных затрат на сооружение вельц-печей, влекут за собой значительный расход тепловой энергии (природного газа), сопряжены с большими безвозвратными потерями теплоты, выбросами сернистого газа в атмосферу (большая экологическая нагрузка производства), сложностью организации малотоннажных производств. Поэтому переработку цинксодержащих отходов вискозного производства целесообразно осуществлять способами, исключающими стадию обжига из технологического процесса. Большинство способов переработки цинксодержащих отходов вискозного производства, в которых цинк преимущественно находится в виде гидроксида, карбоната, гидроксокарбоната цинка, основано на его обработке растворами щелочей. Известен способ переработки цинксодержащих отходов вискозного производства,включающий обработку отходов раствором гидроксида натрия с концентрацией 280 г/л с последующим электролизом полученного раствора. Отработанный раствор щелочи повторно используют для экстракции. Выход цинка по току составляет 95 . Общая степень регенерации цинка из-за сброса больших количеств флотационных отходов не превышает 75-851. Известен способ переработки цинксодержащих отходов 10 раствором гидроксида калия при механическом перемешивании в течение 30 мин. Содержание цинка в растворе составило 500 мг/л независимо от скорости и продолжительности перемешивания, концентрации раствора щелочи (до 20 ), соотношения твердой и жидкой фаз (от 11 до 110). Цинк в отходах находится не только в виде гидроксида цинка, но и сульфида цинка. Полученный раствор после экстракции подвергают электролизу. Выход металла по току составляет 552. Основным недостатком известных способов является то, что они не могут быть использованы для переработки отходов вискозного производства, в которых цинк содержится не только в форме карбоната, гидроксида, но и сульфида, нерастворимого в щелочах. Кроме того, известными способами нельзя достичь высокой степени регенерации цинка из отходов из-за сброса больших количеств флотационных отходов. Способы ориентированы на получение в качестве конечного продукта металлического цинка с помощью электролиза, который является весьма энергоемким процессом. Задачей изобретения является разработка способа переработки цинксодержащих отходов вискозного производства, содержащих цинк в виде сульфида и карбоната, обеспечивающий высокую степень регенерации цинка из отходов и получение готового продукта без проведения электролиза. Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки цинксодержащих отходов вискозного производства, содержащих цинк в виде сульфида и карбоната, отходы обрабатывают растворами соляной кислоты при температуре 70 С в течение 3 часов при перемешивании и массовом соотношении отходов и соляной кислоты 12,5, при этом вначале отходы обрабатывают 4 М-ной соляной кислотой, отделяют фильтрованием солянокислый раствор и обрабатывают им новую порцию отходов, затем отделяют фильтрованием отработанный раствор, а полученный осадок обрабатывают новой порцией 4 М-ной соляной кислоты, отделяют солянокислый раствор и обрабатывают им новую порцию отходов, после чего отделяют фильтрованием отработанный раствор, объединяют отработанные растворы, объединенный раствор нейтрализуют раствором гидроксида натрия до 6,5-7,0, затем раствором аммиака доводятдо 11,0-11,5, при этом в осадок выпадает гидроксид железаи гидроксид железа , которые отделяют фильтровани 2 14186 1 2011.04.30 ем, к полученному аммиачному раствору цинка добавляют карбонат натрия в стехиометрическом количестве по отношению к цинку, проводят отгонку аммиака при температуре 75 С в течение 140 мин, отогнанный аммиак возвращают на стадию нейтрализации, а выпавшие в осадок карбонат и гидроксокарбонат цинка отделяют от раствора фильтрованием и прокаливают при температуре 300 С с получением оксида цинка. Поставленная задача достигается применением для растворения сульфида и карбоната цинка соляной кислоты, в результате чего цинк переходит в раствор. Дальнейшее выделение цинка из раствора происходит без использования стадии электролиза с получением оксида цинка с содержанием основного вещества 99,20,4 . Общая степень регенерации цинка из отходов составляет 98-99 . Реакции, описывающие процесс переработки цинксодержащих отходов вискозного производства, имеют вид растворение сульфида цинка(2) 32222 растворение гидроксида железа 33332 растворение сульфида железа(4)222 нейтрализация солянокислого раствора и образование осадка гидроксидов железаи 3332334 получение аммиачного раствора цинка 243(3)42 отгонка аммиака прокаливание осадка карбоната и гидроксокарбоната цинка с получением оксида цинка 23 В табл. 1 приведены физико-химические показатели цинксодержащих отходов. Выбор температуры солянокислой обработки отходов проведен с учетом растворимости сероводорода и хлорида цинка в воде. Данные по растворимости сероводорода в воде приведены в табл. 2. 14186 1 2011.04.30 Таблица 1 Физико-химические показатели цинксодержащих отходов Вещество Содержание, (масс. ) (по сухому веществу) Сульфат-ионы 0,920,04 Сера элементарная 2,70,1 Сера сульфидная 3,340,03 Карбонат-ионы 5,40,2 Железо 3,20,2 Цинк 14,30,5 Массовая доля веществ, удаляемых при 71 прокаливании (кроме 2, , 2) Песок 641 Влажность 19,80,3 Таблица 2 Зависимость растворимости сероводорода в воде от температуры Растворимость сероводорода, М 3 Температура, С 20 0,11 40 0,07 50 0,05 60 0,04 70 0,03 80 0,02 90 0,01 Для обработки отходов соляной кислотой выбрана температура 70 С, так как при меньшей температуре остаточная концентрация сероводорода ухудшает качество готового продукта (оксида цинка). Проведение процесса при повышенной температуре способствует отгону из реакционной среды сероводорода. Дальнейшее повышение температуры практически не сказывается на растворимости хлорида цинка. При температуре 70 С предельная растворимость (концентрация) хлорида цинка равна 84(11,8 М), при 80 С 85(12,0 М), при 100-90 С - 86(12,2 М) 4, 5. Проведение процесса при более высоких температурах нецелесообразно из-за сложности аппаратурного оформления. Растворимость углекислого газа при температуре 70 С в справочнике 3 не приведена. Реакция растворения сульфида цинка в растворе соляной кислоты (1) является равновесной и характеризуется константой равновесия(1)222. Константа равновесия равна 2,510 2222 ПР 102 ,2 7 13 1 ( 2)2 ( 2) 1,0102,510 где ПР - произведение растворимости сульфида цинка 3 1(2), 2(2) - первая и вторая константы диссоциации сероводородной кислоты 3. Из константы равновесия рассчитана концентрация ионов Н, необходимая для получения насыщенного при температуре 70 С раствора хлорида цинка. Исходя из константы равновесия (1), концентрация , необходимая для получения насыщенного раствора хлорида цинка концентрацией 11,8, составляет 5,9. Произведение растворимости 3 составляет 1,4510-11 3. Константа равновесия(2) равна 6,7105 (с учетом первой и второй констант диссоциации угольной кислоты 1(23)4,510-7, К 2(Н 2 СО 3)4,8-10-11 3). Константа равновесия (2) очень большая 14186 1 2011.04.30 величина, поэтому реакция (2) протекает в прямом направлении, т.е. в сторону образования хлорида цинка и углекислого газа. Соляная кислота концентрацией 5,9 обеспечивает полное растворение карбоната цинка 3. Обработку отходов проводили соляной кислотой концентрации 3, 4 и 5,9. Обработку отходов, целью которой было определение оптимального массового соотношения отходов и соляной кислоты, времени обработки, проводили 3 М-ной соляной кислотой. Навеска отходов во всех опытах составила 20,00 г. Температура обработки 70 С. Результаты представлены в табл. 3. Таблица 3 Степень извлечения цинка Продолжительность, ч Массовое соотношение отходов и 3 М соляной кислоты 10,5 11 11,5 12 12,5 Степень извлечения цинка, (мас. ) 1 20 33 33 39 41 3 20 33 56 60 69 6 23 34 53 50 53 14 54 55 63 Из табл. 3 видно, что увеличение продолжительности обработки более 3 ч не повышает степени извлечения цинка. При продолжительности обработки менее 3 часов степень извлечения цинка при массовом соотношении отходов и соляной кислоты от 11,5 до 12,5 существенно ниже, чем при трехчасовой обработке. Увеличение массового соотношения отходов и соляной кислоты более чем 12,5 нецелесообразно по технологическим причинам. При использовании соляной кислоты концентрацией 3 извлечение цинка в раствор неполное, поэтому необходимо повышать ее концентрацию. Обработку отходов проводили 4-ной соляной кислотой при разном массовом соотношении отходов и 4 соляной кислоты. Продолжительность обработки составила 3 ч,температура 70 С. Навеска отходов во всех опытах составляла 20,00 г. Результаты представлены в табл. 4. Таблица 4 Степень извлечения цинка в зависимости от массового соотношения отходов и 4 М Массовое соотношение отходов и 4 М соляной кислоты 10,5 11 11,5 12 12,5 Степень извлечения цинка, (мас. ) 17 44 65 86 100 При массовом соотношении отходов и 4-ной соляной кислоты, равным 12,5, получена 100 степень извлечения цинка в течение 3 ч. Обработку отходов проводили 5,9-ной соляной кислотой. Продолжительность обработки составила 3 ч, температура 70 С, массовое соотношение отходов и 5,9 М-ной соляной кислоты 12,5. Навеска отходов во всех опытах составляла 20,00 г. Степень извлечения цинка составила 100 . Использование 5,9 М-ной соляной кислоты (рассчитана исходя из константы равновесия (1 нецелесообразно, поскольку она обеспечивает одинаковое извлечение цинка по сравнению с 4-ной соляной кислотой. Таким образом, параметрами солянокислой обработки отходов являются концентрация соляной кислоты 4, продолжительность 3 ч, массовое соотношение отходов и соляной кислоты 12,5, температура 70 С. Повторное использование соляной кислоты повышает концентрацию ионов цинка в растворе и уменьшает расход щелочи на последующей стадии нейтрализации. После обработки отходов соляной кислотой пульпу фильтруют, а отработанный солянокислый раствор используют для обработки новой порции отходов массой 20,00 г в течение 3 ч, при массовом соотношении отходов и соляной кислоты 12,5 и температуре 70 С. Отработан 5 14186 1 2011.04.30 ный раствор соляной кислоты при повторном его использовании способен дополнительно извлечь до 40 цинка. При солянокислой обработке отходов наряду с цинком в раствор переходит железои . После повторного солянокислого извлечения цинка для нейтрализации раствора до 6,5-7,0 использовали раствор гидроксида натрия, а для последующего повышенияраствора до 11,0-11,5 добавляли раствор аммиака, что обеспечивает полное разделение смеси ионов железа ,и цинка. При этом цинк остается в растворе в виде аммиачного комплекса, а железо осаждается в виде гидроксидов железа , . Для осаждения цинка из аммиачного раствора в раствор предварительно вводят карбонат натрия в стехиометрическом количестве по отношению к цинку 2)(32-)11). Для максимально полного осаждения цинка из аммиачного раствора в виде смеси карбоната,гидроксокарбоната и отгонки аммиака до 99 продолжительность процесса должна быть не менее 140 минут при температуре 75 С, при меньшей продолжительности не достигается максимально полное осаждение цинка из раствора. Большая продолжительность не влияет на степень извлечения цинка из раствора. Растворимость аммиака в воде при температуре 75 С составляет 8,8 г/100 г воды 3. Дальнейшее повышение температуры существенно не уменьшает растворимости аммиака (при 80 С-6,5 г/100 г воды 3). В указанных условиях степень извлечения цинка составила 99,7(остаточная концентрация 0,06-0,065 г/л). Содержание основного вещества (оксида цинка) в техническом оксиде цинка, полученном после прокаливания при температуре 300 С смеси карбоната и гидроксокарбоната цинка, составляет 99,20,4 . Температура прокаливания выбрана исходя из справочных данных 6. Общая степень регенерации цинка из отходов составляет 98-99 . Способ осуществляют следующим образом. В обогреваемый реактор с перемешивающим устройством загружают цинксодержащие отходы, подают раствор 4-ной соляной кислоты при массовом соотношении отходов и соляной кислоты 12,5. При перемешивании производят нагрев до 70 С и выдерживают при этой температуре 3 ч. Отделяют солянокислый раствор фильтрованием и используют для обработки новой порции отходов, затем разделяют фильтрованием осадок и отработанный раствор. Полученный осадок обрабатывают новой порцией 4-ной соляной кислоты, отделяют солянокислый раствор и используют его для обработки новой порции отходов. После чего отделяют фильтрованием отработанный раствор и объединяют оба отработанных раствора. Полученный раствор нейтрализуют добавлением раствора гидроксида натрия до 6,5-7,0, а затем раствором аммиака доводятдо 11,0-11,5, при этом в осадок выпадает гидроксид железаи , отделяют аммиачный раствор цинка фильтрованием, после чего в стехиометрическом количестве по отношению к цинку добавляют карбонат натрия и проводят отгонку аммиака при температуре 75 С в течение 140 мин. Отгоняемый аммиак возвращают на стадию нейтрализации. Из раствора осаждается карбонат и гидроксокарбонат цинка. Раствор отфильтровывают от осадка. Осадок прокаливают при температуре 300 С с получением оксида цинка с содержанием основного вещества 99,20,4 . Общая степень регенерации цинка из отходов составляет 98-99 . В ходе процесса обработки отходов растворами соляной кислоты выделяется сероводород (18,7 м 3 сероводорода на 1 тонну влажных отходов), который можно утилизировать до серы. Образующийся гидроксид железаиможно использовать для получения красного пигментного оксида железа(36 кг оксида железана 1 тонну влажных отходов) или смешанного оксида железаи(черный пигмент). Данные мероприятия повысят экологическую безопасность, безотходность предлагаемого способа и позволят получить дополнительный экономический эффект. 1. Артеменко С.Е., Овчинникова Г.П. Экологические проблемы производства химических волокон. - Сарат. гос. техн. ун-т., 1991. - . 43. 2. Огенко В.М. и др. Технологическая схема переработки шламов производств химического волокна // Экология окружающей среды стран СНГ Электронный ресурс. Режим доступа ///-2002/1108. - Дата доступа 12.06.09. 3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М. Химия, 1979. - . 480. 4. Киргинцев А.Н., Трушникова Л.Н., Лаврентьева В.Г. Растворимость неорганических веществ в воде Справочник. - Л. Химия, 1972. - . 248. 5. Зайцев И.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ Справ, изд. - М. Химия, 1988. - . 416. 6. Абрамова Н.А. и др. Основные свойства неорганических и органических соединений. Справочник химика. В 6 т. / Редкол. Никольский Б.Н. (гл. ред.) и др. - Л. Химия,1962 - 1967.- Т. 3. - 1964. - С. 1165. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
МПК / Метки
МПК: D01F 13/00
Метки: производства, цинксодержащих, отходов, переработки, способ, вискозного
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/7-14186-sposob-pererabotki-cinksoderzhashhih-othodov-viskoznogo-proizvodstva.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ переработки цинксодержащих отходов вискозного производства</a>
Предыдущий патент: Способ получения бактериального концентрата
Следующий патент: Способ изготовления датчика Холла
Случайный патент: Способ переработки резиновых отходов