Разработка технологии переработки Сr(VI)-содержащих промышленных отходов

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире во многих производствах для переработки загрязненной воды природных, технических, промышленных стоков и отработанных растворов от примесей различной природы, а также для извлечения соединений металлов в производствах в основном используются различные химические реагенты. Использование современных химических реагентов и методов очистки промышленных стоков и извлечение ионов черных, цветных металлов приводит к высокому экономическому и экологическому эффекту. Сегодня в мире особое внимание уделяется на разработку безотходной технологии, переработке твердых отходов, очистке отработанных технологических растворов, промышленных стоков и извлечение из них соединения металлов и других полезных компонентов. В современных предприятиях для предотвращения образования твердых отходов при переработке применяют сернистый газ, гидразин, образовавшихся, как побочный продукт. В республике проведены комплексные меры по организации и проведения научных исследований, в области разработки химических реагентов на основе местного сырья для очистки промышленных стоков и отработанных растворов, получены определенные теоретические и практические результаты. В этой связи следует особо отметить исследованиям по обеззараживанию отработанных растворов и сточных вод, а также извлечения из них ценных соединений металлов. В стратегии развития Республики Узбекистан третьим пунктом отмечено важные задачи, направленные на «Развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов». В этом направлении важна разработка новых, эффективных, вместе с тем экологически безопасных реагентов из местного сырья для очистки промышленных стоков и выделение соединений цветных металлов из отработанных растворов, которая имеет большое научно-практическое значение и являются актуальной. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных Указами Президента Республики Узбекистан УП-4707 от 4 марта 2015 г. «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы» и УП-4947 от 2 февраля 2017 г., «Стратегию действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017 -2021 годах», Постановлением ПП-142 от 29 мая 2015 г., «О программе развития промышленного потенциала Сурхандарьинской области на 2015-2017 годы» а также других нормативно-правовых документов, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка технологии комплексной переработки Сг(У1)-содержащих промышленных отходов с использованием нетрадиционного, эффективного и экологически безопасного органического восстановителя-древесных опилок. Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: установлены восстановительные свойства целлюлозы ионов хрома (VI) до хрома (III) в отработанных растворах, которое происходит в результате химических модификаций образующихся макромолекул целлюлозы с открытой цепью; определено, что в сильнокислой среде увеличение количества редко встречающейся в структуре целлюлозы альдегидной группы, способствует интенсификации процесса восстановления; доказана зависимость выхода продукта в процессе восстановления ионов xpoMa(VI) до хрома(Ш) от массового соотношения хромат ионов, восстановителя и серной кислоты, которая составляет - 1:1:1,6; установлена корреляционная зависимость эффективности процесса от pH среды, температуры, количества ионов хрома (VI), восстановителя и серной кислоты; установлены оптимальные условия очистки перерабатываемого раствора от сернокислого кальция и гидроксида железа (III); разработана безотходная технология комплексной переработки высокотоксичных отработанных хроматсодержащих растворов, с последующим получением оксидов металлов. Заключение Результаты исследований, проведенных по разработке технологии переработки хром (У1)-содержащих промышленных отходов позволяют сформулировать следующие общие выводы: 1. Исследованием состава, физико-химических свойств исходных материалов и химизма процессов, протекающих при восстановлении ионов хрома (VI) до хрома (III) установлена возможность использования целлюлозосодержащих материалов (древесных опилок) в качестве восстановительных реагентов в процессе переработки высококонцентрированных, токсичных хроматсодержащих отработанных растворов производств. 2. В результате извлечения ионов железа (III) до процесса восстановления ионов хрома (VI) до хрома (III) из отработанных хроматсодержащих растворов нетрадиционными реагентами расход серной кислоты сократился на 2,3 раза. 3. Научно обосновано и экспериментально показано восстановление ионов хрома (VI) до хрома (III), которое состоит из процесса перемешивания хроматсодержащего раствора, серной кислоты, древесных опилок в соотношениях (в.ч.) 1:1:1,6 соответственно, а продолжительность процесса 1 час. 4. На основании полученных результатов исследований рекомендована технология переработки отработанных хроматсодержащих растворов и сточных вод производств, с последующим получением оксида хрома (III), доступным, эффективным и экологически чистым органическим восстановителем - древесными опилками. 5. Определены оптимальные условия восстановления ионов Сг6+ до Сг3+, а также выделения образовавшихся побочных продуктов, путем последовательных стадий подщелачивания раствора с достижением ступенчатой седиментации при рН=7,5 и 9,0 для Ғе(ОН)з и Сг(ОН)з соответственно. Изучены и установлены оптимальные условия процесса фильтрации пульп с осадками Ғе(ОН)з, сернокислого кальция и Сг(ОН)з. 6. Установлена корреляционная зависимость полноценного проведения процесса восстановления ионов Сг6+, степени осаждения сернокислого кальция, Ғе(ОН)з и Сг(ОН)3 от исходной концентрации отработанного хроматсодержащего раствора, серной кислоты, физико-химических и восстановительных свойств исходных материалов, а также температуры процесса и времени его продолжительности. 7. Установлено, методами химических, ИК-спектроскопического и рентгенофазового анализов, что в конечной стадии процесса получен продукт, оксид хрома (III), соответствующий ГОСТу 2912-76 «Окись хрома пигментная». Показана возможность использования последнего в качестве импортозамещающего материала при изготовлении цветной глазури для керамических плит, для лакокрасочной промышленности и абразивных материалов (паста ГОИ), которые по качеству не уступают импортируемым аналогам. Проведены опытно-промышленные испытания и одобрены в качестве основного компонента пасты ГОИ и пигмента в составе шихты при изготовлении цветной глазури для керамических плит. 8. Научно обоснована и разработана принципиально новая технологическая схема переработки отработанных хроматсодержащих растворов производств, получения оксидов металлов с использованием эффективных и экологически безопасных органических восстановителей. Составлен и утвержден производителем временный технологический регламент на проведения процесса переработки и получения оксидов металлов из отработанных хроматсодержащих растворов, который дает возможность отказ от импорта реактивных восстановителей, таких как, сульфит, бисульфит натрия, сульфат железа (II), применяемых в существующей реагентной технологии переработки отработанных растворов и образования неликвидных шламов. 9. Выполнены расчеты материального баланса и техникоэкономического обоснования для внедрения разработанной технологии с показателями экономической эффективности 834 200 сум, без учета затрат на реагенты для переработки, процессов обеззараживания и обезвоживания, транспортные расходы до отвалов и компенсации за ущерб экологию при переработке 1 м3 отработанного хроматсодержащего раствора, концентрацией 50 г/л.