Файл: Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений.pdf

тайного травильного раствора оставшейся в нем серной кислоты, количество которой зависит от применяемого метода травления. Важнейшей целью является получе­ ние из отработадного травильного раствора сульфата железа и исключение операций, связанных с нейтрализа­ цией, а также очисткой концентрированных сточных вод.

Среди методов выделения FeS04 из отработанных травильных растворов, рассмотренных Сперном [15], за­ служивает внимания метод полной регенерации серной кислоты с получением Fe20 3 в качестве продукта оконча­ тельной переработки FeSC>4-7H^O. В этом методе с по­ мощью газообразной НС1 получают FI2SO4, возвращае­ мую в травильное отделение. FeC!2 подвергают разложе­ нию на Fe20 3 и газообразную НС1, возвращаемую пов­ торно для реакции с FeS04-7H20 .

Регенерация травильного раствора, составленного из соляной кислоты, затруднена вследствие большой раст­ воримости FeCl2. Один из методов [15] основан на вы­

кислоты. Увеличение концентрации происходит за счет абсорбции газообразной НС1, получаемой в процессе хи­ мико-термического разложения FeCl2 на Fe20 3 и НС1, либо его восстановления водородом до Fe и НС1 в соот­ ветствии со следующей реакцией:

сточные воды после травления меди. Сточные воды после травления других металлов, например алюминия и цин­ ка, подвергаются нейтрализации без получения раство­ ренных металлов или их солей.

Сточные воды, образующиеся при травлении меди, содержат H2S 04 и CUSO4. Самый старый и простой ме­ тод регенерации меди в этих сточных водах заключается в выделении ее в виде металлического осадка на поверх­ ности металлической стружки. Этот процесс, называемый цементацией, протекает очень быстро по реакции

CuS04+ Fe >FeS(V|- Cu.

Раствор после удаления осадка меди нейтрализуют в соответствии с ранее описанными способами.

39

Ионообменный метод

С момента разработки и внедрения в некоторых стра­ нах технологии производства ионообменных материалов, характеризующихся большой обменной емкостью и хи­ мическим сопротивлением, создались условия, благопри­ ятствующие их применению для регенерации ценнейших травильных растворов или очистки сточных вод. Ионо­ обменный метод несомненно является одним из самых современных технологических методов, применяемых в травильных отделениях.

Ионообменные материалы, называемые кратко иони­ тами, относятся к синтетическим, крупномолекулярным органическим соединениям со встроенным в их скелет ио­ ноактивными группами, способными к обмену ионов в

ным количеством подвижных, способных к замене поло­ жительных ионов (катионов);

2) аниониты — постоянную связь со скелетом имеют положительно заряженные основные группы (преимуще­ ственно аминовые), заряд которых уравновешен эквива­ лентным количеством подвижных, способных к замене отрицательных ионов (анионов);

3) амфотерные — обладают одновременно свойства­ ми катионитов и анионитов.

Благодаря применению для регенерации травильных растворов анионитов стало экономически выгодным тра­ вление стальных заготовок в фосфорной кислоте [3, 4], которая отличается от соляной и серной кислоты лучши­ ми химическими свойствами и в особенности большей равномерностью травления и способностью к образова­ нию тонкого фосфатного слоя, защищающего поверх­ ность металла от коррозии.

Применяя непрерывную регенерацию Н3РО4, которая схематически показана на рис. 5, следует управлять ус­ ловиями травления таким образом,чтобы травильный ра­ створ, направляющийся на катионитовую колонну, со­ держал около 18% Н3РО4 и 2—3% Fe, а регенерирован-

40

ный травильный раствор около 20% Н 3Р 0 4 после добав­

ки концентрированной Н 3 Р О 4 .

Регенерацию катионитов осуществляют периодически

При периодической регенерации Н3Р 0 4 процесс трав­ ления продолжается до полного истощения ванны, после

из хромовой, фосфорной кислоты и глицерина, применя­ емого для электрополирования кислотоупорной стали.

Ионитный метод используют также и для обработки промывных вод, так как он позволяет получить чистую воду, пригодную для повторного применения в техноло­ гическом процессе.

В то же время образующиеся в процессе регенерации ионитов небольшие объемы концентрированных раство­ ров, содержащих составляющие травильного раствора, могут быть легко нейтрализованы простыми методами

[18].

Типичный перечень устройств, служащих для очистки кислых промывных вод травильного отделения, включа­ ет маслоотделитель, фильтр из гравия, а также катионитовые и анионитовые колонны. Для обеспечения непре­ рывности подачи сточных вод через устройство необхо­ димо иметь не меньше двух фильтров и две колонны с ионитами.

Добавочное оборудование станции состоит из резер­ вуаров для необработанных сточных вод и для очищен­

41

ной воды, а также из соответствующего количества на­ сосов. Схема станции для очистки сточных вод ионитным методом приведена на рис. 6.

\

Hzso^ NaOH

Катионит обычно применяют в виде гидрида, а анио­ нит — в виде гидроокиси. В процессе очистки сточных вод по вышеприведенной схеме происходят следующие реакции ионообмена:

КТ— н + д- Ме+ /Г - КТ — Ме+ + Н+ А~;

A t—ОН- + н+ А~ - A t - А~ -I- Н+ ОН^ (НяО),

где КТ — Н+ — катионит в виде иона гидрида; А Т — ОН- — анионит в виде гидроокиси;

Ме+А~ — электролит, содержащийся в сточных водах;

Ме+ — катион; А~ — анион.

После истощения обменной способности ионита его регенерируют: катионит — кислотой, а анионит — раство­ ром основания. Наиболее часто для регенерации катио­ нов применяют растворы (до 10%) соляной кислоты, иногда серной, а для регенерации анионитов — растворы гидроокиси натрия. Благодаря регенерации иониты вос­

42

станавливают свои первоначальные ионообменные свой­ ства:

Kt — Ме+ + НС1 - КТ —Я+ ~[- Ме+ С1;

АТ - -Ь NaOH - A t - OH“ + Na+Л“ .

Регенерированные иониты после промывки слегка подсоленной водой снова поступают в работу.

Количество ионитных колонн и количество ионооб­ менной массы подсчитывают с учетом обменной емкости применяемых ионитов, средней концентрации электроли­ тов в сточных водах и заданного цикла работы. При этом необходимо учитывать конструкционные требова­ ния и механическую прочность зерен ионита, от чего за­ висит высота его слоя в колонне. Следует отметить, что существуют определенные оптимальные размеры, учи­ тывающие гидравлические условия протекания жидкости через зернистые слои определенной грануляции.

Для предохранения слоя ионита от загрязнения, в особенности маслами и коллоидальными взвесями, сточ­ ные воды подвергают тщательному обезжириванию и фильтрованию.

В процессе эксплуатации ионита наступает постепен­ ное снижение его обменной способности вследствие заблокирования ионоактивных групп и засорения каналов коллоидами. Наблюдается также и постепенное измель­ чение ионита. Разрушенный слой с малой обменной спо­ собностью заменяют свежим.

Учитывая химическую агрессивность очищаемых сточ­ ных вод и продуктов регенерации ионитов, для изготов­ ления трубопроводов применяют преимущественно винидюр или полиэтилен, а внутреннюю поверхность ко­ лонн и резервуаров покрывают полиэтиленом или теф­ лоном, наносимым с помощью пламени.

Э л ектр о х и м и ч еск и е м етод ы

В последнее время большой интерес вызывает воз­ можность промышленного применения электрохимиче­ ских процессов для регенерации отработанных травиль­ ных растворов. При этом необходимо отметить следую­ щие электрохимические процессы: 1) электролиз с нейт­ ральными мембранами; 2) электролиз с ионитовыми ме­ мбранами.

43