Патент на изобретение №2387721

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ С ЦЕННЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу переработки техногенных железосодержащих шламов с ценными компонентами. Способ включает воздействие на шламы акустического поля ультразвуковой частоты в течение 15-25 с. Затем проводят орошение бактериальным раствором с последующим культивированием микроорганизмов в растворе и их накоплением. Далее добавляют катализаторы, интенсифицирующие накопление микроорганизмов, и осуществляют постоянное аэрирование шламов с бактериальным раствором при температуре 20-35°С. После аэрирования выщелачивают ценные компоненты из шламов и извлекают их. Техническим результатом является интенсификация кислотного выщелачивания ценных компонентов из отходов.

Изобретение относится к экологии, а именно к способам переработки техногенных отходов с ценными компонентами в содержащих оксиды железа выбросах горно-металлургических предприятий.

Известен способ, включающий магнитную сепарацию уловленной пыли и восстановление магнитного концентрата в атмосфере водорода при температуре 900°С с получением порошков крупностью до 40 мкм и содержанием железа 95,8% [Кокорин В.И. и др. Промышленный рециклинг техногенных отходов. – Ульяновск, 2005 г.].

Недостатками этого способа переработки техногенных отходов являются низкая эффективность магнитной сепарации пылевидного материала, что обуславливает многостадийность процесса, необходимость в технологически сложном оборудовании для проведения процесса при высокой температуре и в огнеопасной атмосфере водорода, высокие энергозатраты и, как следствие, высокие технологические и эксплуатационные расходы на реализацию процесса.

Известен способ гидрометаллургического выделения цинка, включающий выщелачивание раствором серной кислоты осажденных из рудничных вод шламов с получением раствора сернокислого цинка (цинкового купороса), осаждение из полученного раствора пигмента сульфопона путем сульфидизирующей обработки серой элементной и известью [RU 93003202, МПК С22В 7/00].

Недостатками этого способа переработки техногенных отходов являются высокие энергетические затраты, неблагоприятные экологические последствия процесса переработки шламов, обусловленные образованием больших количеств кислых стоков.

Целями изобретения являются минимизация отрицательного воздействия промышленных выбросов в районе действия горно-металлургических предприятий и снижение экологической нагрузки на окружающую среду, снижение энергетических затрат, доизвлечение ценных компонентов из отходов.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, – снижение энергетических затрат переработки отходов, отвечающее высоким экологическим требованиям и повышению эффективности использования минерального сырья с получением дополнительной продукции.

Технический результат состоит в интенсификации биовыщелачивания ценных компонентов из отходов вследствие предварительного воздействия кратковременной акустической обработки и действия микроорганизмов в среде с катализаторами.

Поставленные цели достигаются тем, что шламы, получаемые при улавливании отходящих на горно-металлургических предприятиях пылегазовых отходов и содержащие оксиды железа, направляются на промывку для удаления углеродной фракции, которая может использоваться по своему прямому назначению. Удаление поверхностно-активной углеродной фракции способствует сокращению продолжительности процесса и уменьшению расхода питательной биосреды, что в целом приводит к уменьшению эксплуатационных затрат.

Промытые шламы обрабатываются в акустическом поле ультразвуковой частоты в течение 15-25 с (оптимально – 20 с), распределяются тонким слоем (40-50 см) и орошаются бактериальным раствором при постоянном аэрировании, периодическом рыхлении и температуре 22-35°С. В питательный раствор добавляются катализаторы, интенсифицирующие накопление микроорганизмов на шламовых частицах и биоокисление ценных компонентов. Шламы орошаются бактериальным растворами в соотношении Т:Ж=5:1 и через определенный промежуток времени промываются растворами при Т:Ж=1:1.

Образующиеся щелоки поступают на извлечение ценных компонентов с последующим получением железооксидного биопигмента. Остающийся конечный твердый биокек может использоваться на строительные нужды.

Обычно присутствующие в шламах другие компоненты, такие как марганец, молибден, медь, цинк, хром, кобальт, никель, селен, рубидий, кадмий и пр., также выщелачиваются в растворы и могут быть извлечены с получением товарной продукции. Концентрация ряда компонентов (например, марганца, никеля, цинка) в бактериальном растворе на 1-2 порядка выше в сравнении с технологией химического варианта. Важно отметить, что при выщелачивании в тонком слое железо в растворе химического варианта отсутствует, тогда как его концентрация в бактериальном варианте достигает 34-38 г/л.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять максимальную утилизацию железосодержащих шламов при более низких расходах на электроэнергию за счет исключения операций постоянного перемешивания и приготовление больших объемов бактериальных растворов на выщелачивание, также исключается операция сернокислотного выщелачивания. Извлечение железа по предлагаемому способу повышается на 15-25% в сравнении с химическим вариантом. Реализация технологии не требует больших производственных площадей, энергоэкономична, малозатратна, ресурсосберегающая, экологически безопасна.

Внедрение предлагаемой бактериальной технологии утилизации техногенных отходов будет способствовать: снижению техногенной нагрузки на окружающую среду; получению высококачественных прозрачных минеральных железооксидных пигментов с использованием экологически безопасных биотехнологических процессов; глубокой переработке железосодержащих промышленных отходов с получением продуктов широкого назначения.

Пример

Шламы уловленной конверторной пыли с содержанием 70% оксидов железа после промывки подвергали воздействию в акустическом поле ультразвуковой частоты и орошали бактериальным раствором с одновременным добавлением катализатора развития роста микроорганизмов. Температура орошенного бактериальным раствором шлама поддерживалась в пределах 20-25°С при постоянном аэрировании. Накопление микроорганизмов в растворах с катализатором завершается уже на вторые-третьи сутки. В течение этого же времени в образующихся щелоках отмечается появление железа. В вариантах без катализатора период накопления микроорганизмов в 3-4 раза продолжительней, и соответственно, значительно увеличивается продолжительность выщелачивание железа в щелок и последующее его выделение, чем в вариантах с катализатором. Процесс выщелачивания железа с катализатором проходит более интенсивно и в более короткие сроки.

Железо выделяется в виде прозрачного пигмента, востребованного как на внутреннем, так и зарубежном рынках.

Формула изобретения

Способ переработки техногенных железосодержащих шламов с ценными компонентами, заключающийся в том, что шламы подвергают воздействию акустическим полем ультразвуковой частоты в течение 15-25 с, орошают бактериальным раствором с последующим культивированием микроорганизмов в растворе и их накоплением, добавляют катализаторы, интенсифицирующие накопление микроорганизмов, осуществляют постоянное аэрирование шламов с бактериальным раствором при температуре 20-35°С, выщелачивают ценные компоненты из шламов и извлекают их.