Способ обезвреживания металлосодержащих техногенных образований
Изобретение относится к области обезвреживания металлосодержащих промышленных отходов, размещенных на полигонах захоронения, например отработанных катализаторов. Способ обезвреживания металлосодержащих техногенных образований включает промывку техногенных образований выщелачивающим раствором серной кислоты и сульфата железа, создание электрического поля с помощью внешнего источника тока, проведение электролиза водного раствора с образованием кислорода, а также проведение процесса цементации и фильтрования в геохимическом барьере. Из техногенных образований извлекают выщелачивающий раствор, осаждают взвешенные вещества с применением коагулянта, фильтруют в железной стружке, осаждают металлы, проводят катодное осаждение металлов в электролизере на катодах с различными значением электродного потенциала, фильтруют в геохимическом барьере с зернистой загрузкой, внутри которой размещены электрохимические источники тока, проводят корректировку состава выщелачивающего раствора, вновь закачивают в пласт. Перед закачкой в пласт раствор предварительно насыщают озоном с помощью искрового импульсного высоковольтного разряда, направляют гидравлические импульсные удары в техногенное образование совместно с потоком закачиваемого раствора, который фильтруют в направлении вектора напряженности электрического поля. Технический результат – повышение эффективности извлечения металлов из техногенных образований. 2 ил., 4 табл., 4 пр.
Изобретение относится к области обезвреживания металлосодержащих промышленных отходов, размещенных на полигонах захоронения, например, отработанных катализаторов.
Известен способ обезвреживания отвалов горных пород горнообогатительных комбинатов, при которых подотвальную воду с кислой реакцией закачивают в отвалы, что увеличивает растворимость металлов и увеличивает концентрацию металлов в подотвальной воде, из которой производят селективное их извлечение нейтрализацией щелочными реагентами (патент РФ №2438999).
Недостатком изобретения является относительно невысокий эффект извлечения металлов из отвальных горных пород.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ доизвлечения металлов из хвостов и шламов с последующим извлечением металлов из дренажных вод, достижение экологической безопасности (патент РФ №2322580). Способ заключается в промывке шлама водным раствором серной кислоты и сульфата железа, размещение внутри слоя шлама электродной пары анод-катод, создающей энергетическое поле и генерирующей кислород, применение геохимического барьера, а так же размещение цементационных пар из углерода и алюминия
Недостатком изобретения является относительно невысокий эффект извлечения металлов из шламов.
Задачей изобретения является повышение эффективности извлечения металлов из техногенных образований.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе обезвреживания металлосодержащих техногенных образований, включающем промывку техногенных образований выщелачивающим раствором серной кислоты и сульфата железа, создание электрического поля с помощью внешнего источника тока, проведение электролиза водного раствора с образованием кислорода, проведение процесса цементации и фильтрования в геохимическом барьере согласно изобретению из техногенных образований извлекают выщелачивающий раствор, осаждают взвешенные вещества с применением коагулянта, фильтруют в железной стружке, осаждают металлы, проводят катодное осаждение металлов в электролизере на катодах с разным значением электродного потенциала, фильтруют в геохимическом барьере с зернистой загрузкой, внутри которой размещены электрохимические источники тока, проводят корректировку состава выщелачивающего раствора, вновь закачивают в пласт, причем предварительно раствор насыщают озоном с помощью искрового импульсного высоковольтного разряда, направляют гидравлические импульсные удары в техногенное образование совместно с потоком закачиваемого раствора, который фильтруют в направлении вектора напряженности электрического поля.
На фиг. 1 представлена технологическая схема обезвреживания металлосодержащих техногенных образований. На фиг. 2 предоставлено сечение полигона захоронения металлосодержащих техногенных образований.
Технологическая схема обезвреживания металлосодержащих техногенных образований включает емкостное сооружение 1 в виде выемки грунта, оборудованное гидроизоляцией, в котором размещены металлосодержащие техногенные образования. В центре емкостного сооружения 1 размещена нагнетательная скважина 2. Труба нагнетательной скважины 2 выполнена из полипропилена. Трубы эксплуатационных скважин 3 выполнены из алюминия, размещены на равном удалении от нагнетательной скважины 2, электрически соединены друг с другом и с отрицательным полюсом источника питания 4. Положительный полюс источника питания 4 соединен со стержневыми электродами 5, выполненными из графита, размещенными на равном расстоянии от нагнетательной скважины 2, электрически соединены друг с другом.
Эксплуатационные скважины 3 соединены коллектором 6 со входом отстойника 7, который соединен с реагентным хозяйством 8 и шламовой площадкой 9. Отстойник 7 последовательно соединен с фильтром 10, вторичным отстойником 11 со шламовой площадкой 12, электролизером 13 с источником питания 14, с геохимическим барьером 15, камерой 16 смешения раствора с реагентным хозяйством 17, насосной станцией 18, плазмохимическим реактором 19 с генератором 20 импульсных напряжений.
Способ обезвреживания металлосодержащих техногенных образований осуществляется следующим образом. Готовится водный раствор 0,15 М серной кислоты и 0,15 М сульфата железа аналогично прототипу. Насосной станцией 18 раствор пропускают в плазмохимическом реакторе 19 и закачивают в нагнетательную скважину 2, имеющую перфорацию на всю глубину размещения шламов. Водный раствор фильтруется в шламе в радиальном направлении до эксплуатационных скважин 3. В процессе фильтрования происходит растворение металлов из шламов с невысокой скоростью. Для увеличения скорости растворения применен способ электролиза с образованием газообразных продуктов реакции (кислорода и хлора) на нерастворимых электродах 5 из графита.
Металлы, как правило, образуют металлоорганические комплексы, которые не выщелачиваются в кислых растворах, поэтому сильные окислители, полученные электролизом, способствуют деструкции органических веществ, высвобождению металлов и их растворению. Фильтрование раствора ведется в направлении от положительного электрода 5 к отрицательному электроду, роль которого выполняют эксплуатационные скважины 3, т.е. в направлении вектора напряженности электрического поля Е. Скорость фильтрования - 1 м/ч.
Раствор, извлеченный из эксплуатационных скважин 3, подлежит очистке. Первой ступенью является осаждение взвешенных веществ в отстойнике 7 при помощи коагулянта, подаваемого с помощью реагентного хозяйства 8. Осадок удаляется на шламовую площадку 9 для обезвоживания и утилизации. Далее раствор фильтруется со скоростью 0,1 м/ч в фильтре 10, загруженном железной стружкой. При этом происходит электрохимический процесс извлечения более благородного металла, в частности, меди, названный цементацией. Образовавшийся песок рафинированной меди осаждается в отстойнике 11 и удаляется на шламовые площадки 12.
Дальнейшее извлечение металлов происходит в электролизере 13 за счет катодного осаждения металлов. Аноды в электролизере выполнены из графита, катоды - из электроотрицательных металлов (Mg, Al, Zn). Скорость обработки воды в электролизере - 1 м/ч.
Доочистка растворов происходит фильтрованием в геохимическом барьере 15, который загружен фильтрующим материалом - силицированным кальцитом. В фильтрующем материале размещены электрохимические источники тока, создающие электрическое поле, за счет которого происходит катодное осаждение металлов на 98,0-99,9% при скорости фильтрования 0,1 м/ч. Геохимический барьер выполнен по патенту РФ№154393.
Далее в камере 16 смешения ведется корректировка концентрации серной кислоты и сульфата железа с помощью реагентного хозяйства 17, после чего раствор насосной станцией 18 подают в плазмохимический реактор 19 и нагнетательные скважины 2. В плазмохимическом реакторе 19, подключенном к генератору 20 импульсных напряжений, вырабатываются импульсы напряжением 110 кВ, длительностью 1 мкс, частотой 0,1 Гц, создающие искровые разряды. Плазмохимический реактор 19 вырабатывает в процессе разряда озон, пероксид водорода, ультрафиолетовое излучение, что значительно увеличивает окислительную мощность раствора, а также создает гидравлические удары, распространяемые на все техногенного образование, интенсифицируя процесс растворения металлов в растворе.
Пример 1. Опытная модель загружена отработанными катализаторами полигона «Михайловский» Стерлитамакского района Республики Башкортостан. Промывали модель водными растворами серной кислоты и сульфата железа (концентрация по прототипу), затем создавали электрическое поле и проводили электролиз раствора при напряжении 4 В. Дополнительно подключали плазмохимический реактор при напряжении 110 кВ и частоте импульсов 0,1 Гц. Результаты приведены в таблице 1. Скорость промывки модели - 1 м/ч.
Из приведенных данных следует, что электрическое поле и электролиз воды оказывает существенное влияние на выщелачивание металлов, однако больший эффект достигнут за счет применения искровых разрядов в плазмохимическом реакторе.
Пример 2. Проводили опыты по извлечению металлов из воды фильтрованием в железной стружке. В качестве индикатора использована медь. Скорость фильтрования раствора в пределах 0,05-0,40 м/ч. Результаты приведены в таблице 2.
Из приведенных результатов следует, что оптимальной скоростью фильтрования является 0,1 м/ч, при которой достигнут высокий эффект цементации меди с образованием рафинированной меди высокой чистоты в виде порошка.
Пример 3. Проводили опыты по извлечению металлов из водных растворов методом кристаллизации (катодным осаждением). В электролизере размещали электродные пары из графита (анод) и электроотрицательных металлов (катод). В качестве катода использовали Mg, Al, Zn. На электроды подавали напряжение 2,5-3,0 В, при большем напряжении возникает интенсивное газообразование, что требует утилизации газов для исключения образования взрывоопасных концентраций. Скорость фильтрования 0,1 м/ч. Результаты определения эффекта извлечения металлов приведены в таблице 3.
Из приведенных результатов следует, что металлы извлекаются с разным эффектом в интервале 35-81%. В результате обработки раствора в электролизе образуется металлический песок, который удаляли седиментацией с последующим разделением гидроклассификацией.
Пример 4. Проводили опыты по доочистке раствора геохимическим барьером длиной 12 м, заполненным силицированным кальцитом. По длине барьера равномерно в теле фильтра размещали 60 электрохимических источников тока, образованных электроотрицательными электродами (магний) и электроположительными электродами (графит). Электродвижущая сила источников тока равна 2 В. Скорость фильтрования - 0,1 м/ч. Результаты приведены в таблице 4.
Из приведенных результатов следует, что достигнут высокий эффект очистке растворов от различных металлов в диапазоне 96,0-99,8%, что позволяет циклически использовать водные растворы для промывки техногенных образований с извлечением металлов.
Технический результат заключается в повышении эффективности извлечения металлов из техногенных образований.
Способ обезвреживания металлосодержащих техногенных образований, включающий промывку техногенных образований выщелачивающим раствором серной кислоты и сульфата железа, создание электрического поля с помощью внешнего источника тока, проведение электролиза водного раствора с образованием кислорода, а также проведение процесса цементации и фильтрования в геохимическом барьере, отличающийся тем, что из техногенных образований извлекают выщелачивающий раствор, осаждают взвешенные вещества с применением коагулянта, фильтруют в железной стружке, осаждают металлы, проводят катодное осаждение металлов в электролизере на катодах с различными значением электродного потенциала, фильтруют в геохимическом барьере с зернистой загрузкой, внутри которой размещены электрохимические источники тока, проводят корректировку состава выщелачивающего раствора, вновь закачивают в пласт, причем предварительно раствор насыщают озоном с помощью искрового импульсного высоковольтного разряда, направляют гидравлические импульсные удары в техногенное образование совместно с потоком закачиваемого раствора, который фильтруют в направлении вектора напряженности электрического поля.
