ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Гальванические производства машиностроительных предприятий и граверные мастерские текстильных фабрик являются источником высокотоксичных отходов: отработанных электролитов хромирования и хроматирования, а также растворов из так называемых ванн улавливания после хромирования. Они относительно невелики по объему, но содержат в очень высоких концентрациях ( до 200г/л ) соединения высокотоксичного хрома (6+):

cro ₃, k ₂cr ₂o ₇, и др., а также соединения хрома (3+) до 15г/л, железа до 5г/л, меди до 3г/л и цинка до 3г/л.

Для нейтрализации данных отходов предложена дешевая и эффективная технология локальной электрохимической нейтрализации. Она проста и может быть освоена персоналом гальванического участка, чтобы проводить нейтрализацию отходов непосредственно на месте их возникновения, до смешения со стоками других производств, которое делает невозможным полное выделение тяжелых металлов.

Разработанная технология подобна известному техпроцессу электрокоагуляционной очистки сточных вод, содержащих соединения тяжелых металлов, но имеет два существенных отличия. Во-первых, возможна переработка концентрированных отходов. Во-вторых, технология предусматривает не традиционное выделение тяжелых металлов из сточных вод, а является именно нейтрализацией, т.к. в результате переработки получаются только сухие нетоксичные пигменты и никаких жидких отходов.

Технология заключается в электролизе постоянным током хромосодержащих отходов в непроточном электролизере. В качестве электродов используется дешевый железный лом: трубы, уголки, полосовая сталь и т.п.

Основная реакция, протекающая на катоде, заключается в восстановлении высокотоксичных соединений хрома (6+) в малотоксичный хром (3+):

cro ₃ + 6h ⁺ + 6е = cr ³⁺ + 3h ₂o ( 1 )

Часть тока расходуется также на побочные катодные реакции выделения водорода: 2h ⁺ + 2e = h ₂ ( 2 )

2h ₂o + 2e = h ₂ + 2oh ^- ( 3 )

На аноде при работе в нормальном режиме протекает, главным образом, реакция растворения железа:

fe - 2e = fe ²⁺ ( 4 )

Ионыfe ²⁺в прианодном пространстве восстанавливаютcr ⁶⁺по химической реакции:

cro ₃ + 3fe ²⁺ + 6h ⁺ = cr ³⁺ + 3fe ³⁺ + 3h ₂o ( 5 )

Т.о., суммируя основные электрохимические и химические реакции, можно получить следующее общее уравнение процесса электрохимической нейтрализации:

Сro ₃ + fe + 3h ₂o = cr(oh) ₃ + fe(oh) ₃ ( 6 )

Анализ уравнения показывает, что расходуемыми реактивами являются

только железный лом и вода, а процесс заканчивается осаждением гидроксидов всех тяжелых металлов и никаких побочных продуктов не образуется.

Оставшаяся над осадками гидроксидов вода содержит небольшое количество нетоксичных солейnacl, k ₂so ₄и т.п. После отстаивания и декантации эта вода должна использоваться на разбавление следующей порции нейтрализуемых отходов, а растворенные в ней соли обеспечивают повышение электропроводности и депассивацию железных анодов. Полученные осадки на заключительном этапе промывают, а использованную воду также направляют на долив в электролизер. Несмотря на дополнительный расход воды на промывку, никаких жидких остатков в данной технологии не остается, т.к. вся вода постепенно расходуется: во-первых, на испарение в электролизере, где жидкость при электролизе разогревается до 40-50 ^оС; во-вторых, на электрохимическое разложение на электродах; в-третьих, на образование гидроксидов тяжелых металлов; в-четвертых, на испарение при сушке и термообработке осадков.

Для осуществления нейтрализации с наибольшей эффективностью необходимо учитывать значительное влияние кислотности. В процессе нейтрализации кислотность отходов быстро падает из-за расхода Н ⁺-ионов в основных (1,5) и побочных(2,3) реакциях: начальное значениеph=1-2за несколько часов увеличивается на 2-3 единицы. Одновременно с таким значительным падением кислотности выход по току уменьшается примерно в 2 раза. Поэтому на начальном этапе процесса нейтрализации необходимы периодические (2-3 раза) упреждающие корректировки кислотности серной или соляной кислотой доph=2-3. На заключительном этапе добавлять кислоту не требуется, т.к. естественное падение кислотности необходимо для достижения к концу процессаph=8-9, при котором обеспечивается наиболее полное комплексное осаждение гидроксидов тяжелых металлов.

Значительно снижают эффективность нейтрализации пленки нерастворимых гидроксидов, непрерывно нарастающие на электродах в процессе электролиза. Рост пленок обусловлен естественными причинами: на катоде - защелачиванием прикатодного пространства, а на аноде - диффузионно-концентрационными ограничениями. Установлено, что простая операция ежедневной механической чистки электродов позволяет повысить

Выход по току электрохимической нейтрализации хромосодержащих отходов примерно на 25%.

Технология электрохимической нейтрализации прошла многократные полупроизводственные испытания в электролизере объемом 125л. Установлено, что соблюдение всех рекомендуемых оптимальных режимов электролиза позволяет снизить расход электроэнергии до 10-15кВт час на 1кг переработанногоcro ₃.

Полученная смесь гидроксидов тяжелых металлов, главным образом, железа (3+) и хрома (3+), после сушки и соответствующей термообработки может быть превращена в безопасный пигмент черного цвета. Известно успешное использование подобных пигментов при отделочных работах в строительстве.