Новая промышленная экспресс-технология
обезвреживания и утилизации соединений
шестивалентного хрома. 1. Введение.
Соединения шестивалентного хрома (CrO₃, K₂Cr₂O₇, Na₂Cr₂O₇) широко применяют в кожевенной, химической, радиотехнической и других отраслях промышленности, а также при химической обработке металлов - травлении, полировке, анодировании, осветлении, пассивации, при нанесении гальванических хромовых покрытий, металлизации пластмасс и др.
1.1. Для восстановления шестивалентных хроматов (Cr⁺⁶ -> Cr⁺³) в промышленности используют обычно сернистые соединения: сернистый газ (SO₄), растворяемый в обрабатываемом растворе, сульфит натрия (Na₂S₂O₃), метабисульфит (Na₂S₂O₅). При этом необходимо поддерживать постоянное Ph = 2-3, что требует расхода дополнительных химических реагентов и увеличивает трудоемкость обезвреживания. Все эти сернистые соединения диссоциируют в бисульфитный анион (HSO₃)^{- -} и восстанавливают хром до трехвалентного, который затем осаждают, нейтрализуя растворы гидроксидом натрия.
1.2. Для восстановления часто используют более дешевые соли железа двухвалентного. Но в этом случае существенно увеличиваются объемы используемых при обеззараживании растворов и количество образующегося при этом шлама, нуждающегося в захоронении. Теоретически для восстановления 1 кГ шестивалентного хрома требуется 3,22 кГ Fe²⁺ и 6,60 кГ H₂SO₄ (или 4,91 кГ HCl соответственно). На практике эти количества значительно больше, т.к. соединения двухвалентного железа при хранении и растворении в воде самопроизвольно окисляются до трехвалентного кислородом воздуха.
1.3. Используемые в промышленности процессы обезврежи-вания соединений шестивалентного хрома трудоемки и имеют существенные недостатки:
• высокая стоимость химических реагентов и их вредность (соединения серы, кислоты и др.);
• невозможность полноты выделения соединений хрома из растворов сточных вод, т.к. даже при локальной передозировке осадится едкая щелочь вместе с гидроксидом хрома (NaCrO₂), а в случае использования реагентов, содержащих сульфат-ионы, образуются водорастворимые комплексные сульфатные соединения трехвалентного хрома;
• требуют большого расхода воды для растворения реагентов - высокотоксичных коррозионноопасных веществ;
• образуются большие объемы шламов, создающие проблемы их захоронения;
• жесткие условия процесса обезвреживания, требующие сложного контроля и т.д.
2. Технология.
2.1. За счет использования пасты-восстановителя, состоящей из активированного ультрадисперсного железа (Fe⁰) в концентрированном насыщенном растворе солей двухвалентного железа разработан экспресс-метод обезвреживания ядовитых соединений хрома. Восстановление: CrO₃ + Fe²⁺ (Fe⁰) -> Cr³⁺ + Fe³⁺ достигается за доли минуты, не требуя контроля процесса, т.к. добавляется самобновляющийся восстановитель (Fe⁰ -> Fe²⁺).
Паста-восстановитель безвредна, ее получают при простом смешении двух других отходов металлообработки.
2.2. Существенными преимуществами являются:
• полнота обезвреживания (присутствует самообновляющий-ся восстановитель);
• процесс экологически чист, не дает вредных побочных продуктов и избытка реагентов;
• дает возможность без разбавления и залповых сбросов обезвреживать отработанные концентрированные хромовые электролиты, различные технические смеси и суспензии, почвы, загрязненные этими ядовитыми веществами;
• из процесса обезвреживания Cr⁶⁺ исключены растворы и пары (SO₂) химических реагентов, не требуется перекачивания больших объемов этих растворов, использования сложного реагентного хозяйства, больших отстойников и т.д.;
• за счет использования взаимного обезвреживания отходов металлообработки вместо растворов реагентов и одностадийности процесса достигается большая полнота обезвреживания ядовитых соединений хрома и при этом резко (в десятки и сотни раз) снижаются капиталовложения на реализацию этого способа;
• вместо шламов и проблемы их захоронения предприятие получает антикоррозийную пожаробезопасную пигментную пасту, имеющую самостоятельные области использования.
3. Пример применения:
3.1. По существующим технологиях при переработке 1 м³ отработанной ванны хромирования (содержащей 160 - 200 кГ оксида хрома) получается (за счет добавленных реагентов более 20 т шлама, нуждающегося в захоронении.
3.2. Предлагаемый экспресс-метод позволяет получить из того же 1м³ при той же концентрации получить 3 т коррозионно-защитной краски, которую наносить прямо на ржавую поверхность без ее предварительной подготовки, полное отсутствие побочных продуктов, требующих захоронения.
3.3. Предлагаемый экспресс-метод может быть применен и для очистки других отходов. Так, например, при обезвреживании растворов, содержащих соединения меди, получается пигментная паста цвета медовой бирюзы. Получаемые пигментные пасты могут служить основой для получения экологически безопасных фосфатных красок (КЭФ), защищающих металлы от коррозии, а гниющие материалы от гниения и горения.
4. Предлагаемая организация работ:
4.1. Прием отходов по ценам, несколько меньшим размеров штрафов, налагамых за загрязнение среды (в необходимых для процесса обезвреживания соотношениях).
4.2. Получение в процессе обезвреживания коррозийно - защитных красок.
4.3. Реализация красок.
5. Возможные сферы деятельности:
• очистка природных и сточных вод гелями-сорбентами;
• очистка сточных вод горнодобывающей промышленности;
• очистка воды в отработанных карьерах с извлечением значительных количеств цветных металлов