Способ переработки шлама хроматного производства

(51) 09 3/00 (2006.01) 01 37/14 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ получения сырья, пригодного для изготовления огнеупорных материалов. Достигаемый технический результат повышение эффективности способа и экологической обстановки. Предлагаемый способ переработки шлама хроматного производства включает термическую обработку смеси хроматного шлама и базальтовой породы в соотношении, не превышающем 40-50,которую ведут в непрерывном режиме при температуре выше 1550 С при электромагнитном перемешивании расплава с помощью поперечного магнитного поля, полученный продукт выводят в виде непрерывной струи расплава и подвергают охлаждению водой. Предлагаемый способ позволяет полностью перевести токсичный шестивалентный хром в соединении С 3 в безопасное соединение трехвалентного хрома С 23 с концентрацией 6-9,улучшить экологическую обстановку и применять в качестве основного сырья при изготовлении огнеупорных материалов.(72) Акназаров Сестагер Хусаинович Лукьященко Валерий Григорьевич Мессерле Владимир Ефремович Умбеткалиев Куаныш Аскарович Устименко Александр Бориславович Шевченко Виктор Николаевич Головченко Ольга Юрьевна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМА ХРОМАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА(57) Изобретение относится к переработке шлама,получаемого при производстве хромовых соединений, и может быть использовано для перевода токсичного шестивалентного хрома в безопасную трехвалентную форму, а также для Изобретение относится к переработке шлама,получаемого при производстве хромовых соединений,и может быть использовано для перевода токсичного шестивалентного хрома в безопасную трехвалентную форму, а также для получения сырья, пригодного для изготовления огнеупорных материалов. При производстве хромовых соединений образуются токсичное отходы в виде монохроматного шлама. Так, например, за 50 лет работы Актюбинского завода хромовых соединений в процессе производства монохромата натрия в прудах - шламонакопителях скопились более 7 млн. тонн монохроматного шлама. В этой связи Министерство охраны окружающей среды Республики Казахстан приняло Программу по утилизации накопленных отходов на прудах - шламонакопителях - с целью снижения их токсичности и извлечения полезных соединений. Известен способ снижения содержания шестивалентного хрома в промышленных отходах и почвах (Болдырева О.И., Герцуенштейн Ф.Э.,Сусманович Е.В. Способ снижения содержания шести валентного хрома в промышленных отходах и почвах//Экология и промышленность России. -2002. Июнь. .15-16), который предусматривает введение в состав исходного материала аскорбиновой кислоты в различном виде 1) в растворе 2) в виде суспензии и(или) 3) в виде мелкозернистой фракции. Введение мелкозернистой фракции дает необходимый положительный эффект в случае достаточно высокой влажности обрабатываемого исходного материала. Процесс осуществляют при обычных температурах и не требует определения и изменения величины водородного показателя материала. Данный способ обеспечивает снижение концентрации шестивалентного хрома в почвах, осадочных породах,промышленных отходах и других аналогичных материалах и дает возможность осуществить переход шестивалентного хрома в четырехвалентный хром,который обладает менее токсичными свойствами. Эффективность заявленного решения проблемы перевода хрома шестивалентного в четырехвалентный проявляется в случае небольших по глубине и объему шламовых накоплений,так как процесс восстановления пройдет в приповерхностных слоях. В дальнейшем, под действием осадков часть С 4 возможно переместится в болееглубокие нижние слои,где установится динамическое равновесие и шестивалентный хром вновь окажется на поверхности пруда-накопителя. Нижние же слои в пруденакопителе так и останутся необработанными. Известен способ переработки шлама хроматного производства (Патент 2083497 РФ, МПК 01 37/02, 01 5/24, 01 37/14, опубл. 10.07.1997),включающий разложение соединений магния и хрома путем обработки его водной суспензии серной кислотой при массовом соотношении ЖТ в суспензии в пределах 3-8, температуре 70-100 С, конечном значении рН среды 4-7, поддерживаемом введением кислоты со скоростью 2,4-7 л 2 О 4/кгшлама ч. Осадок после отделения подвергают термообработке, а магнийсодержащий раствор очистке от соединений хрома и кальция путем последовательной обработки при рН 4,8-7,8 и температуре 40-90 С серосодержащим восстановителем и карбонатом натрия. В качестве серосодержащего восстановителя используют диоксид серы, сульфид, сульфит или тиосульфат натрия, продуктом окисления которых является сульфат натрия. Термообработка осадка ведется при 150-180 С. Данный способ утилизации шлама представляет собой довольно сложную технологическую цепочку, в которой задействована серная кислота, являющаяся прекурсором, вследствие чего, и достаточной сложной схемы, включающей несколько стадий процесса с различными термическими стадиями предложение по переработке больших объемов хромсодержащего материала представляется малообоснованным и экономически невыгодным. Известен способ обезвреживания почвы и старых отвалов,загрязненных соединениями шести валентного хрома путем его перевода в трехвалентное состояние (патент 19502814 , МПК 62 3/37 62 3/40 В 09 С 1/06 В 09 С 1/08 опубл.01.08.1996), в котором материал, содержащий соединения с ионами С 42- подвергают термической обработке во вращающейся печи при температурах 700-1200 С в присутствии восстановителей. В качестве восстановителей используют углеродсодержащие твердые, жидкие или газообразные соединения (уголь,нефть, искусственная смола, древесная стружка,природный газ, углеводороды и др.). Количество используемых восстановителей должно быть не меньшим стехиометрического количества для полного переводав . Недостатком способа является применение в качестве восстановителей углеродсодержащих твердых, жидких или газообразных соединений, так как при этом образуется большое количество дымовых газов, требующих дополнительной очистки. Также остается вопрос с дальнейшей утилизацией обезвреженного минерального сырья. Задача изобретения - разработка способа переработки шлама хроматного производства для перевода токсичного шестивалентного хрома в безопасную трехвалентную форму для дальнейшей его утилизации и применения в качестве основного сырья при изготовлении огнеупорных материалов. Технический результат - повышение эффективности способа и экологической обстановки. Технический результат достигается предлагаемым способом переработки шлама хроматного производства, включающим термическую обработку хроматного шлама, но в отличие от известного хроматный шлам смешивают с базальтовой породой,термическую обработку ведут в непрерывном режиме при температуре выше 1550 С при электромагнитном перемешивании расплава с помощью поперечного магнитного поля, полученный продукт выводят в виде непрерывной струи расплава и подвергают охлаждению водой, а соотношение хромового шлама к базальтовой породе не превышает 40-50. Термическая обработка выше 1550 С позволяет полностью перевести токсичный шестивалентный хром в соединении С 3 в безопасное соединение трехвалентного хрома С 23 с концентрацией 6-9 для дальнейшей его утилизации и применения в качестве 2 основного сырья при изготовлении огнеупорных материалов. При температуре плавления шихты,состоящей их смеси хроматного шлама и базальта,ниже 1550 С наблюдается повышение вязкости расплава, в результате чего резко уменьшается степень его электромагнитного перемешивания и периодическое застывание в проходном сечении водоохлаждаемой летки. Известно введение оксидов хромаив модельные базальты для возрастания вязкости расплавов (Солошенко А.А., Кравченко Г.А. Переработка шлама хроматного производства на шлакоситаллы//2 Международный конгресс по управлению отходами ВэйстТэк- 2001, Москва, 5-8 июня, 2001 Тезисы докладов. - М., 2001. с.193). Однако смешение хромового шлама с базальтовой породой в соотношении 40-50 уменьшает энергозатраты при термической обработке. Кроме этого, плавку смеси хроматного шлама и базальта ведут в электропечах с завышенными энергозатратами. Увеличение соотношения хромового шлама к базальтовой породе выше 50 значительно повышает вязкость расплава, затрудняет их смешение, т.е. получения гомогенного расплава и увеличивает энергозатраты, а снижение соотношения менее 40 экономически невыгодно, снижается эффективность обеззараживания шлама. Электромагнитное перемешивание с помощью поперечного магнитного поля увеличивает скорость и равномерность нагрева и обеспечивает гомогенность расплава. Охлаждение водой конечного продукта резко снижает твердость конечного продукта, что облегчает последующее его измельчение. Предлагаемый способ позволяет полностью перевести токсичный шестивалентный хром в соединении С 3 в безопасное соединение трехвалентного хрома С 23 с концентрацией 6-9,улучшить экологическую обстановку и применять в качестве основного сырья при изготовлении огнеупорных материалов. Способ осуществляют в электромагнитном реакторе (Патент 18229 РК, МПК Н 05 В 7/20 Н 05 В 7/08, опубл. 16.05.2011, бюл. 5). Пример 1. В реактор, представляющий собой вертикальную реакционную камеру объемом 0,15 м 3,размещенную внутри трехфазного электромагнита поперечного магнитного поля, и ограниченную снизу дном с леткой выпуска струи расплава, а сверху крышкой с тремя силовыми электродами и одним центральным - нейтральным, засыпаем шихту,состоящую из смеси хроматного шлама и базальта в соотношении 40 на 60. Розжиг реактора осуществляют подачей трехфазного напряжения от регулируемого тиристорного источника тока и протеканием токов между тремя силовыми электродами по графитовым дорожкам, сформированными между концами электродов при засыпке реактора. После получения рабочего объема расплава в реакционной камере открывают летку, из которой льется струя расплава,при этом включают питатель непрерывной подачи шихты, состоящей из смеси хроматного шлама и базальта, с производительностью до 150 кг/час. При протекании рабочих токов по расплаву между электродами на эти участки действуют электромагнитные силы благодаря взаимодействию трехфазного поперечного магнитного поля с током,приводящие к электромагнитному перемешиванию расплава, что способствует улучшению гомогенезации расплава, ускорению процесса плавления и, как следствие, снижению энергозатрат, которые не превышают 1 кВт ч/кг. Полученный продукт застывшего расплава обладает повышенной твердостью, что повышает затраты на его измельчение, необходимое для подготовки сырья на изготовление огнеупорных изделий,поэтому вытекающую струю расплава подвергают охлаждению водой. При этом резко снижается его твердость, что облегчает последующее его измельчение. Качественный рентгенофазовый анализ образцов исходного хроматного шлама и конечного продукта,проведенный с использованием дифрактометра ДРОН 3 М, показал, что в конечном продукте содержится только трехвалентный хром С 23. Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1, только засыпают смесь хроматного шлама и базальта в соотношении 50 на 50. Качественный рентгенофазовый анализ образцов исходного хроматного шлама и конечного продукта показал, что в конечном продукте содержится только трехвалентный хром С 23. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ переработки шлама хроматного производства, включающий термическую обработку хроматного шлама, отличающийся тем, что хроматный шлам смешивают с базальтовой породой,термическую обработку ведут в непрерывном режиме при температуре выше 1550 С при электромагнитном перемешивании расплава с помощью поперечного магнитного поля, полученный продукт выводят в виде непрерывной струи расплава и подвергают охлаждению водой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение хромового шлама к базальтовой породе не превышает 40-50.