Патент на изобретение №2390500
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ МЫШЬЯКА И СОПУТСТВУЮЩИХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к способам очистки сточных вод и других водных кислых растворов, содержащих мышьяк и тяжелые металлы – хром, марганец, железо, никель, медь, цинк, стронций, кадмий, свинец, и может быть использовано в химической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности, имеющих токсичные воды, содержащие указанные металлы в концентрации, превышающей значения ПДК. Для осуществления способа обработку водных растворов проводят в две стадии с удалением образующегося осадка после каждой стадии, при этом на первой стадии осаждение проводят ионами железа, затем окислителем с последующим доведением рН до 6,5-7,0, а на второй стадии – ионами трехвалентного железа с последующим доведением рН до 10,0-10,5. Изобретение обеспечивает повышение эффективности вывода из сточных вод мышьяка и сопутствующих ему металлов в виде нерастворимых соединений и доведение концентраций металлов и мышьяка в очищенной воде до значений ниже их значений ПДК. 2 табл.
Изобретение относится к очистке промышленных сточных вод от соединений мышьяка и сопутствующих тяжелых металлов, к которым относятся: хром, марганец, никель, цинк, стронций, кадмий, свинец. Данное изобретение может быть использовано в различных технологических процессах в химической, металлургической и машиностроительной отраслях промышленности. Известен способ вывода мышьяка из мышьяксодержащих материалов путем осаждения растворенного мышьяка в нейтральной среде осадителем, в качестве которого используют сульфат железа +3 в весовом соотношении 3,5-5,5:1 к растворенному мышьяку, а для перевода ионов Fe+2 в Fe+3, As+3 в As+5 используют какой-либо окислитель, например пиролюзит (Патент RU Недостатком способа, принятого за прототип, является очистка водных растворов только от соединений мышьяка, соединения тяжелых металлов остаются в растворе. Задачей предлагаемого изобретения является очистка водных растворов или сточных вод не только от мышьяка, но и от целого ряда сопутствующих мышьяку металлов, концентрация которых в сточной воде превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) – хром, марганец, никель, цинк, стронций, кадмий, свинец. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки водных растворов от мышьяка и сопутствующих тяжелых металлов, включающем последовательное осаждение труднорастворимых соединений ионами железа в присутствии окислителя, обработку очищаемых водных растворов проводят в две стадии с удалением образующегося осадка после каждой стадии, при этом на первой стадии рН обрабатываемого раствора равен 6,5-7,0, а на второй стадии – 10-10,5. Предлагаемый способ очистки водных растворов осуществляют следующим образом. Исходный раствор доводят до нейтральной рН с помощью дешевых реагентов: каустической или кальцинированной содой (или их смесью). Можно использовать оборотные реагенты или же отходы производства, которые при сливании дадут нейтральную рН. Осаждение мышьяка и всех сопутствующих металлов проводят ионами железа +3; исходным реагентом может быть отработанный раствор железа +2 в весовом отношении 2-5:1 ко всем растворенным соединениям металлов, сопутствующих мышьяку. Для перевода ионов мышьяка +3 в мышьяк +5, и железа +2 в железо +3 можно использовать любой окислитель или проводить оксидирование раствора кислородом воздуха методом аэрации. В результате окислительно-восстановительных процессов в растворе появляются ионы с различными степенями окисления, такие как Fe+2, Fe+3, As+3, As+5, Cr+2, Cr+3, Cr+6, Mn+2, Mn+3, неизменными остаются ионы Ni+2, Zn+2, Sr+2, Cd+2, Pb+2. Взаимодействие этих элементов друг с другом в нейтральной и щелочной среде приводит к образованию нерастворимых соединений, в частности арсенатов железа и других металлов, хроматов свинца, кадмия, стронция, цинка, марганца, оксидов и гидроксидов вышеперечисленных элементов, имеющих крайне низкие произведения растворимости. На первой стадии полностью осаждаются соединения мышьяка, хрома, стронция. На второй стадии можно использовать любую соль железа +3, например хлорид железа (+3), без дополнительного окисления раствора. На второй стадии окончательно осаждаются соединения марганца, никеля, кадмия, цинка, свинца. В результате предложенного способа происходит очистка водных растворов (сточных вод) от мышьяка и тяжелых металлов до концентраций ниже их значений ПДК. Контроль концентраций осаждаемых металлов и мышьяка в процессе отделения проводят масс-спектрометрическим методом. Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами. Пример 1. 1-ая стадия очистки. К раствору (сточные воды производства мышьяка и мышьяксодержащих соединений, имеющие рН<6) мышьяка с сопутствующими металлами (концентрации приведены в табл.1) добавляют раствор FeSO4 в весовом соотношении 5:1 (массы Fe ко всем металлам). Затем при непрерывном перемешивании добавляют MnO2 по стехиометрии для окисления As+3 в As+5 и Fe+2 в Fe+3. Затем добавлением Na2CO3 доводят рН до 6,5-7,0. Выдерживают очищаемый раствор в течение 1-3 суток, фильтрацией отделяют осадок. Далее обрабатывают фильтрат. 2-ая стадия очистки. К фильтрату добавляют FeCl3 в весовом соотношении 2:1 ко всей массе удаляемых металлов, добавляют раствор NaOH до рН 10,0-10,4, выдерживают 1-3 дня и фильтруют от образовавшегося осадка. Содержание мышьяка и сопутствующих металлов на разных стадиях очистки сточных вод сведено в табл.1
Извлечение мышьяка из раствора составило 99,86%, Пример 2. 1-ая стадия очистки. К раствору (сточные воды производства мышьяка и мышьяксодержащих соединений, имеющие рН<6) мышьяка с сопутствующими металлами (концентрации приведены в табл.2) добавляют сточные воды производства химической обработки стальных изделий, содержащие кислые растворы ионов железа без других тяжелых металлов, в весовом соотношении 3:1 (массы Fe ко всем элементам). Затем при непрерывном перемешивании добавляют концентрированный р-р Н2О2 по стехиометрии (примерно 1% от объема сточной воды) для окисления As+3 в As+5 и Fe+2 в Fe+3. Затем добавлением Na2CO3 доводят рН до 6,5-7,0. Выдерживают очищаемый раствор в течение 1-3 суток, фильтрацией (можно декантацией) отделяют осадок. Далее обрабатывают фильтрат. 2-ая стадия очистки. К фильтрату при интенсивном перемешивании (чтобы происходило насыщение раствора кислородом воздуха) добавляют FeSO4 в весовом соотношении 2:1 ко всей массе удаляемых металлов, добавляют раствор NaOH до рН 10,0-10,4, выдерживают 1-3 дня и сливают с образовавшегося осадка. Содержание мышьяка и сопутствующих металлов на разных стадиях очистки сточных вод сведено в табл.2
Пример 3. 1-ая стадия очистки. К раствору (сточные воды производства мышьяка и мышьяксодержащих соединений, имеющие рН 2-ая стадия очистки. К фильтрату при интенсивном перемешивании (чтобы происходило насыщение раствора кислородом воздуха) добавляют FeSO4 в весовом соотношении 2:1 ко всей массе удаляемых металлов, добавляют раствор NaOH до рН 10,5 затем выдерживают 1-3 дня и сливают с образовавшегося осадка. Исходные концентрации, а также концентрации элементов на 1-ой и 2-ой стадиях очистки, соответственно, оказывались идентичными второму примеру (табл.2). Извлечение мышьяка из раствора составило 99,85%, что выше, чем у прототипа, и наряду с этим предложенный способ позволяет извлекать сопутствующие тяжелые металлы до 98,18-99,87%. В настоящем изобретении можно использовать для извлечения мышьяка и сопутствующих тяжелых металлов отработанный раствор промышленного производства, который содержит ионы железа. Тем самым происходит одновременная утилизация двух отходов. Поскольку большинство производств, связанных с добычей, переработкой и выделением мышьяка не могут обходиться без образования различных отходов, в том числе и водных, настоящее изобретение может иметь широкое применение.
Формула изобретения
Способ очистки водных растворов от мышьяка и сопутствующих тяжелых металлов: хрома, марганца, никеля, цинка, стронция, кадмия, свинца – осаждением труднорастворимых соединений ионами железа в присутствии окислителя, отличающийся тем, что обработку водных растворов проводят в две стадии с удалением образующегося осадка после каждой стадии, при этом на первой стадии осаждение проводят ионами железа, затем окислителем с последующим доведением рН до 6,5-7,0, а на второй стадии – ионами трехвалентного железа с последующим доведением рН до 10,0-10,5.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2226562, кл. С22В 30/04 C02F 1/62, 2004). Данный патент принят за прототип. В результате в виде осадка получают арсенат железа +3, который нерастворим в воде и может храниться, не загрязняя окружающей среды. В растворе после осаждения мышьяка оставалось 0,33 г/л; извлечение мышьяка составляло – 97,18%.
6) мышьяка с сопутствующими металлами (концентрации приведены в табл.2) добавляют раствор ионов железа +3 в весовом соотношении 3:1 (массы Fe ко всем элементам). Затем при непрерывном перемешивании добавляют концентрированный р-р H2O2 по стехиометрии (примерно 1% от объема сточной воды) для окисления As+3 в As+5. Затем добавлением Na2CO3 доводят рН до 6,5-7,0. Выдерживают очищаемый раствор в течение 1-3 суток, фильтрацией (можно декантацией) отделяют осадок. Далее обрабатывают фильтрат.