Процессов коагуляции

Впервые сделана попытка классифицировать отходы и систематизировать существующие и разрабатываемые процессы их переработки. Объяснено происхождение отходов. Описано свыше 300 процессов извлечения металлов и неорганических соединений из отходов. Приведена технология каждого специфического процесса извлечения и рециклинга и изложены возможные варианты утилизации отходов.

время в США работают десять заводов по переработке урановой руды: восемь — в штате Вайоминг и два — в штате Юта. Подобные заводы есть и в других странах. Процессы, используемые на этих заводах для получения UaOs, различны и зависят от химического и минералогического состава руд. В свою очередь, эти процессы отличаются от обычных процессов извлечения металлов из руд.

Анализируя состояние различных отраслей горнодобывающей промышленности, объемы добываемой и перерабатываемой горной массы, технический уровень и состояние механизации добычи и переработки, экономические показатели процессов извлечения полезного компонента, существующую и предполагаемую конъюнктуру на внутреннем и внешнем рынках, можно наметить приоритетные группы руд, горных пород и отдельных материалов, дезинтеграция которых электроимпульсным методом могла бы быть экономически целесообразной уже сейчас с применением существующего электротехнического оборудования:

Интерес представляют процессы цементационного извлечения благородных металлов из растворов, получаемых выщелачиванием огарков хлорирующего обжига. Золото, серебро, платина и платиноиды образую! в хлористых растворах хорошо растворимые комплексы типа [ АиС12]", [ АиС14 ] -, [ AgCU ] -, [ PtCL, ]2 -, [ PtCU 2 ", [ PdCL, ]2 - и др. Из этих соединений металлы могут быть осаждены цементацией цинком [ 133-135], железом [ 136], свинцом [ 137], медью [ 138] и др. При использовании меди в качестве металла-цементатора возникают затруднения, связанные с образованием на ее поверхности пленки Си2С12. 3. ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ В отличие от процессов извлечения меди и благородных металлов из рудных растворов цементацией в гидрометаллургии никеля, цинка я кадмия этот процесс используют для очистки технологических растворов от примесей, вредно влияющих при электролизе. Такими примесями в гидрометаллургии никеля является медь, а в гидрометаллургии цинка и кадмия — медь, кадмий, никель, кобальт, мышьяк, сурьма и др.

Многие задачи технологии производства редких щелочных элементов могут быть успешно решены с применением неорганических ионообменникрв, которые по сравнению с ионообменными смолами обладают более высокой избирательностью, высокой термической устойчивостью и связанной с этим возможностью осуществления процессов извлечения, разделения и концентрирования из растворов при высоких температурах, обеспечивающих высокую скорость обмена как в процессе сорбции, так и в процессе десорбции. Это очень важно при осуществлении таких процессов, как извлечение редких щелочных элементов из очень разбавленных растворов, концентрация которых по редкому элементу составляет от 0,1 до 70—80 мг/л.

Во втором издании (первое — в 1972 г.) рассмотрены теориям практика металлургии благородных металлов. Описаны физико-химические основы процессов извлечения золота и серебра из коренных руд. Изложены термодинамика и кинетика процессов цианирования, осажде-иия и аффинажа золота и серебра. Приведены наиболее распространенные и перспективные методы извлечения золота из упорных руд и концентратов, получения металлов платиновой группы и их свойства. Рассмотрена переработка вторичных благородных металлов.

Металлический кобальт извлекается из кобальтсодсржащих материалов главным образом двумя способами: а) термическим восстановлением и рафинированием и б) электролизом. Недавно разработан третий способ извлечения кобальта, который включает операции выщелачивания и восстановления под давлением (гидрометаллургия). Главные особенности процессов извлечения, используемых на различных предприятиях, описаны в этом разделе.

Новые и более подробные описания указанных выше и других процессов извлечения тория из монацита приведены в статьях Баргузена и Шмут-ца 155] и Катберта [14]*.

На нескольких заводах [281—283] экстрагируют уран из руд по той же технологии с незначительными изменениями. Схема процесса осуществляемого на заводе фирмы «Eldorado Nuclear» показана на рис. 211. Урановая смоляная руда содержит лишь, следы молибдена. Эта схема во многих отношениях типич-1 на для процессов извлечения урана аминами.

Методы опреснения воды извлечением солей теоретически представляются более экономичными, так как количество растворенных в опресняемой воде солей в 30—100 раз меньше количества молекул Н2О. Однако техническое несовершенство разработанных в настоящее время процессов извлечения солей из рассолов не позволяет пока реализовать это экономическое преимущество. В настоящее время разрабатываются следующие методы опреснения воды.

В зависимости от организации коагуляции на Na-фильтры будет поступать осветленная вода с различным значением рН. При рН<7 в растворе присутствуют в основном ионы аммония, а при рН>12 в нем содержатся только NH4OH и растворенный газ — аммиак. После коагуляции сернокислым алюминием на Na-фильтры будет поступать осветленная сточная вода с рН»7,0, содержащая NH4+. После коагуляции солями железа с известкованием рН осветленной сточной воды составляет 10,5—11,0, в связи с чем содержание недиссоциированного аммиака значительно превышает содержание ионов аммония [162]. Учитывая применение на ТЭС обоих процессов коагуляции, провели исследование влияния рН на ионообменную деаммонизацию городских сточных вод [177]. Расход 8%-ной NaCl на регенерацию составлял 180 кг/мт загрузки. Выходные кривые по иону аммония на катеоните КУ-2' показаны на рис. 7.2; из них следует, что осуществление ионообменной деаммонизации осветленной сточной воды при рН = 7 приводит к уменьшению остаточного содержания аммония в фильтрате и увеличению обменной емкости Na-фильтра по NH4+. Это> необходимо учесть при организации подкисления обрабатываемой сточной воды. При двухступенчатом Na-катионировании природной воды подкисление и декарбонизацию добавочной воды обыч-

Полиакрйламйд (ПАА) находит широкое применение при проведении процессов коагуляции или известкования с целью ускорения осаждения образовавшейся взвеси. Он представляет собой студнеподобное вещество желтовато-белого цвета, весьма медленно растворяющееся в воде. Для приготовления его растворов необходимо поэтому интенсивное перемешивание. Гидравлические мешалки для этого не могут быть использованы, так как требуется длительное перемешивание. Эффективны пропеллерные или лопастные мешалки, которые не только перемешивают, но и измельчают вязкую массу реагента. Конструкции таких мешалок разработаны Академией коммунального хозяйства (канд. техн. наук Ю. И. Вейцер). Обычно готовят раствор полиакриламида, концентрацией 1—2%, из которых разбавлением получают рабочие растворы, содержащие 0,1—0,2% реагента. Оптимальная доза ПАА находится в пределах 0,5— 2 мг/кг, большие дозы вызывают опалесценцию воды и сопровождаются ненужным перерасходом реагента. Дозирование ПАА может быть осуществлено по схемам, представленным на рис. 7-13, 7-16 или 7-17. Растворы его нейтральны и, как и сам реагент, безвредны. Ввод реагента в систему следует производить в том месте, в котором завершаются процессы выпадения взвешенных веществ, т. е. вводить раствор ПАА необходимо в воду, содержащую взвесь. Технический ПАА содержит примерно 92% воды и 8% самого продукта. Указанные данные по концентрации и дозе раствора относятся к чистому продукту, т. е. к содержащему 8% ПАА.

Эффективность разрушения образца зависит от эффективности сращивания вакансий ,в колонии и осаждения вакансий на поверхности микропор. Вакансии 'появляются при движении дислокаций в плоскостях наибольших касательных напряжений (S-плоскости). Если в этой плоскости отсутствуют нормальные напряжения, то образование пор может происходить только за счет объединения вакансий. Разрыхление кристаллической решетки в них, прилежащих к S-плоскостям, рассматривается Одингом как результат повышения пористости металла вследствие коагуляции вакансий. Повышение пористости в 5-плоскостях приводит к локальному снижению прочности металла. В тот момент, когда напряжение от внешних сил окажется больше предела прочности в локальном объединении, наступает локальное разрушение. При наличии максимальных нормальных напряжений (Л'-плоскости) большую эффективность приобретают процессы осаждения вакансий на поверхности микропоры, превращающие ее в трещину. В зависимости от величины обоих напряжений предопределяются условия для 'преимущественного развития процессов коагуляции или процессов осаждения вакансий и, как следствие, возникновение разрушения по 5- или по А/-ПЛОСКОСТИ.

Как отмечалось выше, расчетные исследования конфузорных и диффузорных двухфазных потоков выполнены с упрощениями. Наиболее существенными следует считать предположения о монодисперсной структуре жидкой фазы, об отсутствии пограничных слоев и о слабом влиянии процессов коагуляции, дробления капель и переохлаждения, а также степени турбулентности несущей фазы. Вместе с тем данные расчетов иллюстрируют влияние некоторых основных критериев подобия.

Хлорирование воды. Значительное содержание стабилизирующих коллоидов в исходной воде препятствует нормальному протеканию процессов коагуляции и хлопьеобразования/ Стабилизаторами коллоидов являются, например, гуминовые соединения. Они адсорбируются на поверхности частиц гидроокиси алюминия, мешая их укрупнению. В таких случаях применяют различные вспомогательные средства, одним из которых является хлорирование воды.

Предочистка. Поверхностные воды требуют до проведения основной стадии обработки предварительной очистки (предочистки), в результате которой вода освобождается от грубодисперсных и коллоидных примесей при их коагуляции; при известковании происходят снижение щелочности, декарбонизация, частичное умягчение и снижение со-лесодержания воды. При совмещении процессов коагуляции и известкования полнее удаляются взвешенные и органические вещества, соединения кремния и железа. Осветлительные фильтры, также входящие в состав системы предочистки и устанавливаемые за осветлителями, обеспечивают содержание ГДП в обработанной воде менее 1 мг/дм .

Суммарная реализация процессов коагуляции и осветления приводит к увеличению прозрачности воды, ее обесцвечиванию, снижению кремнийсодержания и окисляемости за счет удаления примерно 50 — 70 % коллоидных веществ.

В практике водоподготовки на электростанциях и в коммунальном водоснабжении используют один из вариантов коагуляции, связанный с вводом в природную воду реагентов, называемых коагулянтами и образующих новую дисперсную систему со знаком заряда частиц, противоположным знаку заряда коллоидов природных вод (обычно заряженных отрицательно). При этом происходит взаимная коагуляция разноименно заряженных коллоидов при их взаимодействии с дестабилизированными участками поверхности, называемая гетерокоагуляцией. В дальнейшем микрохлопья сцепляются, захватывая грубодисперсные примеси и воду, и образуют коагуляцион-ную структуру в виде хлопьев (флокул) размером 0,5—3 мм (рис. 2.3). Макрофаза затем выделяется из воды в аппаратах для коагуляции — осветлителях и далее в пористой загрузке осветлитель-ных фильтров. В качестве коагулянтов применяют сульфат алюминия A12(S04)3 • 18Н20 или сульфат двухвалентного железа FeS04 • 7Н20, причем последний реагент используют при совмещении процессов коагуляции и известкования в осветлителях.

В настоящее время на различных водоподготовительных установках используются осветлители двух типов: разработанные ЦНИИ МПС (для реализации процессов коагуляции) и разработанные ВТИ (в них осуществляется известкование или известкование с коагуляцией). Конструкции осветлителей этих двух типов не имеют принципиальных различий, но скорости движения воды в различных зонах осветлителей выбраны разными. Это связано с характеристиками образующегося в осветлителях шлама: при коагуляции он более легкий, поэтому скорости подъемного движения воды должны быть более низкими, чем при известковании, так как скорость восходящего движения воды в осветлителе не должна превышать скорость осаждения частиц во избежание уноса их потоком воды из осветлителя. Осветлители для известкования конструкции ВТИ могут быть использованы для проведения в них коагуляции сульфатом алюминия, но с учетом вышеизложенного расчетная производительность таких осветлителей уменьшается до 0,7 номинальной при известковании.

В условиях длительной работы жаропрочных материалов высокое содержание второй фазы неизбежно вызовет ее коагуляцию и уменьшение прочности сплава. Кроме того, резко снижается длительная пластичность за счет интенсивного развития межзе-ренного разрушения. Исходя из этого для сплавов, предназначенных к длительной работе, принимают обычно материалы с меньшим количеством избыточной фазы. При использовании для этой цели материалов, предназначенных для краткосрочной службы, удается повысить их длительную прочность и пластичность при переходе к ступенчатой термической обработке 150 ], отличающейся от обычной введением после закалки промежуточных режимов старения при температурах на 100—200° С выше рабочей в целях прохождения процессов коагуляции избыточной второй фазы. Применение этого вида старения позволило использовать для длительной работы в энергетических стационарных установках ряд сплавов на никелевой основе, разработанных для авиационных газовых турбин кратковременного действия. Эта операция явилась полезной и для стареющих алюминиевых сплавов в случае их применения при высоких температурах.

Предочистка. Поверхностные воды требуют до проведения основной стадии обработки предварительной очистки (предочистки), в результате которой вода освобождается от грубодисперсных и коллоидных примесей при их коагуляции; при известковании происходят снижение щелочности, декарбонизация, частичное умягчение и снижение со-лесодержания воды. При совмещении процессов коагуляции и известкования полнее удаляются взвешенные и органические вещества, соединения кремния и железа. Осветлительные фильтры, также входящие в состав системы предочистки и устанавливаемые за осветлителями, обеспечивают содержание ГДП в обработанной воде менее 1 мг/дм .