77 . Укажите технологические направления переработки шламов металлообрабатывающей промышленности.

Гальванические шламы образуются на заводских очистных сооружениях после обезвреживания сточных вод гальванических производств. В зависимости от используемого метода обработки сточных вод их классифицируют на три основные группы:

Шламы Осадитель

кальцийсодержащие известковое молоко

натрийсодержащие щелочь, сода

железосодержащие железосодержащие реагенты,

лектрокоагуляционный

метод очистки

Гальванические шламы представляют собой аморфные осадки, содержащие гидроксиды железа и цветных металлов. В ряде производств концентрация цветных металлов в гальванических шламах может быть приведена к их концентрации в природных рудах. После специальной подготовки они могут быть использованы в качестве сырья на предприятиях цветной металлургии или в промышленности строительных материалов.

По данным (35)технология подготовки гальванических шламов включает обезвоживание, фильтрование и при необходимости термическую сушку.

Для обезвоживания осадков могут быть использованы реагентные и безреагентные методы. При реагентном методе обезвоживания в качестве реагентов используют известь, соли железа и алюминия, кислотосодержащие реагенты, полиэлектролиты, присадочные материалы. Введение реагентов уменьшает удельное сопротивление осадка, изменяет его структуру.

Основным недостатком этого метода является дефицитность используемых реагентов, их высокая стоимость, необходимость приготовления и хранения реагентов, увеличение объема осадка.

Безреагентные методы обезвоживания гальванических шламов являются наиболее перспективными. Для обезвоживания гальванических шламов применяют методы электрообработки (электрооагуляционный, электроосмос, электрофорез), биохимической очистки, простое уплотнение, замораживание.

Электрокоагуляционный метод по сравнению с реагентными методами обезвоживания имеет ряд преимуществ, в том числе, непрерывность процесса сокращения его продолжительности, значительное сокращение объема реагентного хозяйства, уменьшение необходимых производственных площадей, снижение солесодержания обработанной воды, отсутствие в осадке дополнительных загрязнителей.

Метод электрообработкн с применением электроосмоса и электрофореза используют для обработки осадка после реагентной схемы восстановления ионов шестивалентного хрома. Причиной положительного эффекта является дестабилизация дисперсной системы под действием электрического поля, дегидратация частиц оксигидратов железа и хрома. Скорость фильтрации осадка после его электрообработки увеличивается в 4-5 раз, скорость осаждения - в 6-7 раз, удельное сопротивление уменьшается в 4 раза, влажность составляет 75 мас.%. Недостатком этого метода являются значительные энергозатраты, величина которых достигает до 60 кВт/м³.

Водоотдающие свойства металлосодержащих осадков улучшаются при замораживании. При охлаждении слоя осадка толщиной 1 см при температуре - 9...-12 ºС в течение 2-2,5 ч с последующим быстрым размораживанием и отстаиванием в течение 15 мин удельное сопротивление обезвоженного осадка составляет 8,2•10^-10 см/г, влажность - 85-87 мас.%. Обезвоживание осадков замораживанием может проводиться на шламовой площадке. Недостатком этого метода также является значительный расход электроэнергии (50 кВт•ч/м^{3 )}

Простое уплотнение позволяет повысить концентрацию твердой фазы в осадке в 2-3 раза, но более длительное уплотнение не оказывает существенного влияния на концентрацию осадка.

Предварительно обезвоженные осадки влажностью не более 95 мас.% направляют для более глубокого обезвоживания в вакуум-фильтры, фильтр-прессы или центрифуги. На этой стадии подготовки достигается уплотнение осадка до 20 % начального объема и уменьшение влажности до 50-70 мас.%.

При необходимости полученный обезвоженный осадок подвергают термической сушке в сушильных барабанах.

При использовании гальванических шламов на предприятиях цветной металлургии в качестве сырья для извлечения цветных металлов имеются определенные ограничения по их составу, влажности и другим техническим требованиям к ним. Например, цинк является ядом для никеля, примеси свинца несовместимы с никелем и цинком и т. п. Шламы должны иметь влажность не более 10 мас.%, массу отдельных кусков не более 1 кг.

Однако в гидрометаллургии цветвых металлов используют(35)различные селективные методы извлечения практически всех цветных металлов из гальванических шламов. Например, разработан метод селективного экстракционного отделения кобальта солями четвертичных аммониевых оснований(35). Выделенный кобальтовый кек может быть переработан в соединения кобальта. Из рафината после экстракции кобальта выделяют осаждением в виде карбонатов цинк и никель. Из осадка вельцеванием при температуре 800-900º С выделяют оксид цинка (товарный продукт). Клинкер содержит, в основном, оксид никеля. Никелевый клинкер может быть использован для получения различных его соединений или других целей.

Одним из основных направлений переработки гальванических шламов в настоящее время остается использование их в промышленности строительных материалов для получения нерастворимых отвержденных блоков, асфальтобетона, при производстве черепицы, керамзита, декоративного стекла(32). При этом для уменьшения экологической опасности применяют методы химической фиксации твердой фазы гальванических отходов, производимой путем ферритизации, силикатизации, отверждения с использованием неорганических и органических вяжущих, спекания.

При получении нерастворимых отвержденных блоков в качестве связующих веществ используют портландцемент или другие виды цементов, в зависимости от химического состава шлама. Обязательным условием процесса отверждения является отсутствие органических веществ в шламе. В связи с этим обезвоженный гальванический шлам при таком его использовании должен быть прокаленным.

При вводе обезвоженного и прокаленного гальванического осадка в керамическую смесь происходит не только их надежное обезвоживание и захоронение, но и улучшаются свойства черепицы. Осадки, содержащие тяжелые металлы, обладают отощающими свойствами. Добавка этих осадков уменьшает пластичность формовочной смеси и чувствительность к сушке. Процесс сушки можно вести более интенсивно, так как воздушная усадка уменьшается. Пористость и водопоглощение обожженных изделий

незначительно увеличиваются, однако механическая прочность на 5-10 % выше контрольной. Черепица, содержащая тяжелые металлы, в обожженном виде обладает более яркой окраской. При этом уменьшается брак черепицы по внешнему виду.

Гальванический шлам, обогащенный железом при использовании в качестве реагента солей железа в процессе обезвоживания, в высушенном состоянии используется при производстве керамзита с целью замены опилок, являющихся в ряде случаев дефицитным материалом.

Гальванические осадки после сушки до гигроскопической влажности, а при значительном содержании органических составляющих прокаленные до озоления, используются в качестве красителя при производстве декоративного стекла. В зависимости от химического состава гальванического шлама получают стекло различного цвета. Например, при введении в шихту гальванического шлама, содержащего Са-10, Сг-9,09, Ni-3,4, Zn-6,8, Fe-11,36, Cu-4, Pb-3,5, Al₂0₃-5,45, F-2,27, W-2,27 мас.%, получают стекло слабо серого цвета. При введении гальванического шлама, в состав которого входит Сг-15, W- 0,001, Рb-следы, Al-2,1, Fe-11,1, Zn-1,2, Mg-0,42, Ni-1 мас.%, в зависимости от состава шихты можно получать плитку и стеклоблоки серо-зеленого или салатового цвета. При других составах гальванического шлама может быть получено стекло зеленого, сине-зеленого, ярко-синего, темно-коричневого непрозрачного черного (плитка) цвета.

Абразивно-металлические замасляные шламы образуются в процессе шлифовки поверхности металлических изделий. Состав шламов зависит от материала изделий, используемых абразивных материалов и эмульсий. Например, состав абразивно-металлических замасленных шламов, образующихся в калиброванном производстве в процессе шлифовки калиброванных прутков из стали марки 60С12, характеризуется следующим соотношением компонентов, мас.%: железо общее Fe_общ.-84,5-84,8, оксид кремния SiO₂-6,11...б,40, оксид алюминия А1₂0₃ -0,74.-0,86,маслянная фракция- 2,97...5,86, углерод общий C_общ-2,1(62). Влажность шлама составляет 22,07...38,18 мас.%. После отделения масляной фракции в высушенных образцах шлама содержание

магнитной фракции составляет 92,74-91,88, немагнитной-7,15-7,71мас.%

После специальной подготовки замасляные шламы могут быть использованы в качестве сырья для получения железорудных окатышей [62], в качестве добавок к асфальтобетону, в керамзитовом гравии [53].

Шламы электродного производства по химико-минералогическому составу соответствуют составу обмазочной массы электродов, приготовленной из рудного сырья. Основными фазами шлама являются мусковит (K,Na)(Al,MgFe)₂(Si₂Al_0.9)O₁₀(OH₂), рутил TiO₂(Cr, Fe, Mo, Nb, Sn, Ta, V), оксид титанаTi₃O₅, кальцит CaCO₃, α-кварц SiO₂(61). Указанные фазы входят в состав обмазочной массы электродов марки АНО-4, приготовленной из рудного сырья. В лабораторных условиях установлена возможность использования высушенного до гигроскопической влажности шлама в качестве добавки в сырьевую шихту обмазочной массы электродов. Клинкер, полученный прокаливанием высушенного шлама электродного производства при температуре 800-900 ºС, может быть использован качестве минеральной добавки к цементу, в производстве кирпича, керамической плитки.