Способ очистки щелочных сточных вод, неорганический коагулянт для очистки щелочных сточных вод и способ его получения

 

Использование изобретения: в технологии очистки сточных вод, а также при получении коагулянта из красного шлама. Сущность: красный шлам глиноземного производства обрабатывают 3-5% соляной кислотой. Полученный твердый остаток обрабатывают 50-55% серной кислотой. Полученную пульпу фильтруют и к полученному раствору добавляют концентрированную серную кислоту до ее общего содержания в растворе 25-50%. Полученный раствор выдерживают 10-20 ч. и отделяют полученный осадок. Осадок представляет собой неорганический коагулянт, содержащий компоненты в мас. %: смесь Al₂(SO₄)₃·nH₂O, где n=6, 12, 14 и Al₂(SO₄)₃·H₂SO₄ ·12H₂O в пересчете на Al₂O₃-2-10, FeSO₄· H₂O в пересчете на Fe₂O₃ - 2-10, H₂SO₄ общая - 40-60 (в том числе H₂SO₄ свободная - 20-40) и H₂O кристаллизационная до 100%. Полученным коагулянтом обрабатывают щелочные сточные воды. 3 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии получения неорганических веществ и переработке минерального сырья и может быть использовано на предприятиях глиноземного производства и обогатительных фабриках для получения товарного продукта из отходов. Изобретение также относится к технологии очистки сточных вод, имеющих повышенное содержание щелочи, и может быть использовано на водосточных сооружениях, в частности, станциях осветления и нейтрализации промышленных стоков металлургических, обогатительных и химических производств.

Известен неорганический коагулянт, содержащий основное количество алюминия и железа при поддержании следующих соотношений в растворе: молярное отношение железа и алюминия 0,5<Fe/Al<10:SO/(Fe-Al)<1,5. [1] Известный коагулят из-за относительно низкого содержания сульфат-иона может быть использован только для общего осветления воды, но не может снизить показатель pH и содержание щелочи, а, следовательно, не пригоден для очистки щелочных сточных вод. Способ получения коагулянта включает следующие стадии: выщелачивание с применением серной кислоты алюминия из шлама, содержащего алюминий, до остаточного содержания свободной серной кислоты после реакции выщелачивания 50 г/л; в полученный после выщелачивания раствор добавляют сульфат железа (II), а затем раствор подвергают обработке окислением (там же). Способ предлагает дополнительное введение сульфата железа (II) и проведение стадии окисления.

Известен неорганический коагулянт, представляющий собой смесь Al₂(SO₄)₃ и Fe₂(SO₄)₃ полученную обработкой серной кислотой золы каменных углей, и содержащую 20,8-29,3% Al₂O₃ и 6,7-13,7 Fe₂O₃. Однако известный коагулянт может быть использован только для очистки нейтральных сточных вод, поскольку для очистки щелочных вод наряду с осветлением необходима их нейтрализация [2] Известен также способ получения неорганического коагулянта путем обработки красного шлама глиноземного производства серной кислотой с последующей сушкой и размолом [3] Полученный коагулянт может быть использован для осветления сточных вод.

Таким образом, известные коагулянты на основе сульфатов аммония и железа используют для очистки сточных вод целью общего осветления воды, но они становятся не пригодны в случае щелочных вод, так как наряду с осветлением становится необходимым снижение содержания щелочи.

Следовательно, перед авторами стояла задача разработать неорганический коагулянт для очистки щелочных сточных вод, позволяющий получить наряду с эффектом осветления, также и снижение защелоченности вод.

Поставленная задача решена путем использования для очистки сточных вод неорганического коагулянта, содержащего сульфаты аммония и железа, который дополнительной содержит серную кислоту, а сульфат аммония в виде смесей Al₂(SO₄)₃·nH₂O, где n= 6, 12, 14 и Al₂(SO₄)₃·H₂SO₄ ·12H₂O, а сульфат железа в виде FeSO₄·H₂O при следующем соотношении компонентов, мас.

Смесь Al₂(SO₄)₃·nH₂O, где n= 6, 12, 14 и Al₂(SO₄)₃·H₂SO₄·12H₂O в пересчете на Al₂O₃ 2-10 FeSO₄·H₂O в пересчете на Fe₂O₃ 2-10 H₂SO₄ общая 40-60 В том числе H₂SO₄ свободная 20-40 H₂O кристаллизационная до 100 Способ очистки сточных щелочных вод включает введение коагулянта предлагаемого состава в количестве 0,07-2,5 г/л с последующим перемешиванием и отстаиванием.

Неорганический коагулянт предлагаемого состава может быть получен обработкой красного шлама глиноземного производства серной кислотой, при этом перед обработкой серной кислотой красный шлам глиноземного производства обрабатывают 3-5% соляной кислотой при соотношении Т:Ж=1:5-10, а затем обработке серной кислотой подвергают полученный твердый остаток при концентрации серной кислоты 50-55% и 100-110^oC и соотношении Т:Ж=1:6-8, затем полученную пульпу фильтруют и к полученному раствору добавляют концентрированную серную кислоту до получения ее общего содержания в растворе 25-50% полученный раствор выдерживают 10-20 ч и отделяют полученный осадок.

В настоящее время из научно-технической и патентной литературы не известен неорганический коагулянт на основе сульфатов алюминия и железа, содержащий компоненты в предлагаемых пределах, а также способ его получения и использования при очистке щелочных сточных вод.

Неорганический коагулянт предложенного состава может быть получен следующим образом: сухой отвальный красный шлам, содержащий оксиды железа, алюминия, кальция, кремния обрабатывают 3-5%-ной соляной кислотой при перемешивании и соотношении Т: Ж=1:5-10. После этого пульпу фильтруют. Полученный твердый остаток обрабатывают 50-55%-ной серной кислотой при перемешивании, температуре 100-110^oC и соотношении Т:Ж=1:6-8. По окончании обработки пульпу фильтруют, при этом получают раствор, содержащий сульфаты алюминия, железа и серную кислоту при мольном соотношении 2,0<Fe/Al<5,5 и 2,0<SO/Fe+Al<6,2. К полученному раствору добавляют концентрированную серную кислоту (96%) до 100 мас. Смесь выдерживают в течение 10-20 ч за это время вследствии высаливания происходит образование и осаждение твердой фазы. Полученны осадок представляет собой смесь сульфатов алюминия Al₂(SO₄)₃ ·nH₂O (n=6, 12, 14), Al₂(SO₄)₃ ·H₂SO₄·12H₂O и сульфата железа FeSO₄·H₂O, при этом соотношение 0,6<Fe/Al<5,0 и 5,0<SO/Fe+Al<10,0.

Смесь Al₂(SO₄) ₃·nH₂O, где n= 6, 12, 14 и Al₂(SO₄)₃ ·H₂SO₄·12H₂O в пересчете на Al₂O₃ 2-10 FeSO₄·H₂O в пересчете на Fe₂O₃ 2-10 H₂SO₄ общая 40-60 В том числе H₂SO₄ свободная 20-40
H₂O кристаллизационная до 100
Для очистки щелочных сточных вод, например, металлургических, обогатительных и химических производств полученный коагулянт дозируют из расчета 0,07-2,5 г/л и вводят в сточные воды. Перемешивают и отсеивают в течение 1-2 ч. В результате получают наряду с общим осветлением воды нейтрализацию содержащейся в воде щелочи до допустимых пределов.

Количество вводимого коагулянта объясняется следующими причинами. Введение коагулянта в количестве менее 0,07 г/л для рядовых и 1,5 г/л для аварийных стоков снижает нейтрализующий эффект.

Введение коагулянта в количестве, большем чем 2,5 г/л, для аварийных стоков и 0,15 г/л для рядовых стоков ведет к неоправданному перерасходу реагента и ухудшению показателей качества воды (низкое pH, высокое содержание сульфат-иона).

Пределы содержания компонентов в коагулянте обусловлены следующими причинами. При содержании (мас.) смеси сульфата алюминия в пересчете на Al₂O₃ ниже 2 и сульфата железа FeSO ₄ ·H₂O в пересчете на Fe₂O₃ также ниже 2 снижается эффективность осветления. Верхние пределы содержания указанных компонентов в коагулянте обусловлены пределами растворимости оксидов алюминия и железа в сернокислых растворах.

Параметры проведения отдельных стадий предлагаемого способа обусловлены следующим. При обработке соляной кислотой понижение соотношения Т:Ж менее, чем 1: 5 ведет к недостаточному удалению из красного шлама оксида кальция, что создает трудности на стадии сернокислотной обработки. При повышении соотношения Т:Ж более, чем 1:10 неоправданно возрастают материальные потоки. На первой стадии обработки серной кислотой понижение температуры ниже 100^oC и соотношения Т:Ж менее, чем 1:6 ведет к уменьшению извлечения в раствор алюминия и железа, а повышение температуры более 110^oC и соотношения Т:Ж более, чем 1: 8 вызывает увеличение энерго- и трудоемкости процесса при тех же показателях извлечения.

Выдержка полученной смеси в течение 10-20 ч обусловлена временем процесса высаливания. При выдержке менее 10 ч происходит малый выход коагулянта, выдерживать более 20 ч нецелесообразно, так как процесс высаливания в основном завершается.

Пример 1. Сухой отвальный красный шлам, содержащий, мас. Fe₂O₃ 42,6; Al₂O₃ 14,0; CaO 14,1; SiO₂ 7,6; TiO₂ 4,0; остальное до 100, обрабатывают 4%-ной HCl в течение 30 мин при соотношении Т:Ж 1:6 и перемешивании. Затем пульпу фильтруют и получают твердый осадок и сливой раствор. Твердый осадок обрабатывают 50%-ной H₂SO₄ в течение 40 мин при 100^oC и соотношении Т:Ж 1:6. Затем пульпу фильтруют и получают раствор, к которому добавляют 96%-ную H₂SO₄ из расчета 0,3 л на 1 л раствора, и после перемешивания в течение 1 ч оставляют отстаиваться в течение 12 ч. Затем смесь фильтруют и получают твердый осадок коагулянт, содержащий, мас. смесь Al₂(SO₄)₃·nH₂O, где n 6, 12, 14 и Al₂(SO₄)₃·H ₂SO₄·12H₂O в пересчете на Al₂ O₃ 6,7; FeSO₄·H₂O в пересчете на Fe₂O₃ 3,0; H₂SO_4общ 46,1; (в т.ч. H₂SO_4своб. 27,0), H₂O_{кристаллизованная} 44,2. При этом соотношение компонентов составляет: Fe/Al 0,6; SO ₄ /Fe + Al 8.

Остальные примеры осуществления способа получения коагулянта приведены в табл. 1.

Примеры использования предлагаемого коагулянта для очистки щелочных сточных вод приведены ниже.

Пример 2. В сточные воды глиноземного и электролизного цехов, содержащие 93 мг/л щелочи при pH 8,6 и 260 мг/л взвешенных веществ вводят коагулянт, содержащий мас. смесь Al₂(SO₄ )₃·nH₂O, где n 6, 12, 14 и Al₂(SO₄)₃·H₂SO₄·12H₂O в пересчете на Al₂O₃ 9,0; FeSO₄·H₂O в пересчете на Fe₂O₃ 2,1; H₂SO_4общая 49,5; (в т.ч. H₂SO_{4свободная} 23,0), H₂O_{кристаллизационная} 39,4, дозированный из расчета 150 мг/л. Перемешивают и отстаивают в течение 1 ч. Получают: содержание щелочи снижается до 46 мг/л, pH снижается до 7,1; содержание взвешенных веществ снижается до 30 мг/л.

При использовании для очистки сточных вод 75%-ной серной кислоты получают: содержание щелочи снижается до 71 мг/л, pH снижается до 7,7; содержание взвешенных веществ снижается до 230 мг/л.

Остальные параметры, иллюстрирующие очистку сточных щелочных вод, приведены в табл. 2.

Таким образом, авторами предлагается способ очистки щелочных сточных вод и коагулянт для очистки, позволяющие получить не только осветляющий эффект, но и значительно снизить содержание щелочи и понизить pH. Кроме того, при производстве предлагаемого коагулянта используют отвальный красный шлам глиноземного производства, что позволяет более полно утилизировать отходы производства.

Формула изобретения

Способ очистки щелочных сточных вод путем введения неорганического коагулянта, содержащего сульфаты алюминия и железа, с последующим перемешиванием и отстаиванием, отличающийся тем, что коагулянт содержит, мас.

Смесь Al₂(SO₄)₃·n H₂O, где n 6,12,14, и Al₂(SO₄)₃·H₂SO₄·12 H₂O в пересчете на Al₂O₃ 2 10
FeSO₄·H₂O в пересчете на Fe₂O₃ 2 10
H₂SO₄ (общая) 40 60
В том числе H₂SO₄ (свободная) 20 40
H₂O кристаллизационная До 100
причем коагулянт вводят в количестве 0,07 2,5 г/л.

2. Неорганический коагулянт для очистки щелочных сточных вод, содержащий сульфаты алюминия и железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит серную кислоту, сульфат алюминия в виде смеси Al₂(SO₄)₃· nH₂O, где n 6,12,14, и Al₂(SO₄)₃ · H₂SO₄·12H₂O, а сульфат железа в виде FeSO₄·H₂O при следующем соотношении компонентов, мас.

Смесь Al₂(SO₄)₃·n H₂O, где n 6,12,14, и Al₂(SO₄)₃·H₂SO₄·12 H₂O в пересчете на Al₂O₃ 2 10
FeSO₄·H₂O в пересчете на Fe₂O₃ 2 10
H₂SO₄ (общая) 40 60
В том числе H₂SO₄ (свободная) 20 40
H₂O кристаллизационная До 100
3. Способ получения неорганического коагулянта, включающий обработку красного шлама глиноземного производства серной кислотой, отличающийся тем, что перед обработкой серной кислотой красный шлам глиноземного производства обрабатывают 3 5%-ной соляной кислотой при соотношении Т:Ж 1 5 10, а затем обработке серной кислотой подвергают полученный твердый остаток при концентрации серной кислоты 50 55% температуре 100 110^oС и соотношении Т Ж 1 6 8, полученную пульпу фильтруют и к полученному раствору добавляют концентрированную серную кислоту до ее общего содержания в растворе 25 50% полученный раствор выдерживают 10 20 ч и отделяют полученный осадок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2