Способ регенерации отработанных щелочных растворов для травления алюминиевых сплавов

 

Б.И.Смирнов, В.Х.Прохоров, К.С.Зацепин, Г.Н.Чернуха, В.А.Ирин и А.А.Маркус (72) Авторы изобретения

l / (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ЩЕЛОЧНЫХ

РАСТВОРОВ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ АЛ6МИНИЕВЬЕ СПЛАВОВ

Изобретение относится к способам регенерации отработанных травильных растворов, а именно щелочных алюминатных растворов, образующихся при изготовлении и обработке кон-.. струкций, изделий и деталей из алюминиевых сплавов методами химического (размерного, контурного, легкого травления на предприятиях машиностроительной, авиационной и других

30 отраслей промышленности .

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ регене-;рации отработанных растворов для травления алюминиевых сплавов, sa35 . ключающийся .в том, что в нагретый до 87-100 С раствор вводят при перемешивании окись кальция, образующийся при этом осадок гидроалюмината кальция удаляют из раствора фильтрованием (1).

Недостатками способов яцляется то, что перерабатывается только один производственный отход — отработан-1 ный травильный раствор, весьма ограничена область составов регенерируемых растворов — метод каустификацин может быть рекомендован только для растворов, содержащих алюминий в количестве менее 45 г/л. Кроме того, содержащийся в регенерируемых раст" ворах алюминий выделяется не полностью - его концентрация может быть снижена только до 25 г/л, а в результате регенерации образуется объемистый осадок гидроалюмината кальция коллоидной дисперсности, трудно декантируемый и фильтруемый и трудно отмываемый, вследствие адсорбации большого количества щелочи и алюминия из раствора, вследствие чего снижается эффективность процесса.

Цель изобретения — повышение эфФективности процесса.

Поставленная цель достигается способом, заключающимся в -том, что в нагретый раствор вводят при перемешивании окись кальция, образующий891

802 4 ческий продукт определенного гранулометрического состава.

При низкотемпературном обжиге

ГАК в результате дегидратации этой формулы при 350-400 С образуется алюминат кальция, обладающий в отличие от ГАК, вяжущими свойствами. . Указанный продукт удовлетворяет (при соблюдении перечисленных условий) техническим требованиям на "Алюми" нат кальция технический" — для переработки в специальные цементы, а в ряде случаев может применяться как готовое вяжущее.

Применяемый карбидный шлам, имеющий структуру грубодисперсных частиц с развитой внутренней пористостью позволяет, не замедляя скорости взаимодействия, получать легко отделяемый и промываемый осадок ГАК. Вследствие подобия структуры, образующе-. гося ГАКа исходной форме частиц карбидного шлама, процессы промывки и фильтрации не вызывают затруднений, а остаточное содержанке щелочи в ГАКе при двухкратной водной промывке составляет менее 3-5Х. В сочетании с применением распылительных сушилок это дает возможность получать алюминат кальция в форме, пригодной для его последующей переработки.

Особенности структуры карбидного шлама дают воэможность вводить

его расчетное количество в отработанные травильные растворы без ограничения их состава и концентрации по алюминию и щелочи и, соответственно, осуществлять полное связывание алюминия в растворе при сох-, ранении высокой скорости процесса. ся при этом осадок гидроалюмината кальция удаляют из раствора фильтрованием, окись кальция вводят в виде карбидного шлама, представляющего собой отходы ацетиленового производства, а раствор нагревают

5 до 60-80 С.

Осуществление процесса производят в стальной емкости, оборудованной нагревательным устройством и мешалкой. В емкость (реактор ) подают из ванны травления определенное количество отработанного щелочного алюминатного раствора с известным содержанием Al@0g, При постоянном перемешивании и нагревании в раствор постепенно вводят из отстойника расчетное количество карбидного шлама (влажность в пределах 50-(ОХ).

Расчет нужного количества (кг/м )кар20 бидного шлама производят по формуле И=1 7 — 100

А

С где А — содержание AI 03 в отработан

3 ном растворе, кг/м

С вЂ” содержание активной СаО в карбидном шламе, Х, Перемешивание осуществляют при

60-80 С до полного удаления алюминия из раствора и образования стабильнои трехкальциевой формы гидроалю30 мината (ГАК), что контролируют химическими анализами. Продолжительность. этого процесса составляет 2-4 ч, в зависимости от концентрации исходного травильного раствора и активности карбидного шлама

Регенерированный раствор отделяют от осадка путем сепарации или ва" куум-фильтрации и направляют в емкость (сборник) для концентрирован- 40 ного раствора щелочи для последующей повторной подачи в ванны травления.

35

ГАК промывают на фильтре водопро- 45 водной водой (2-3-х кратным объемом по отношению к объему осадка) и образующийся разбавленный раствор щелочи подают в ванны легкого травления, обезжиривания или на концентрирова- 50 ние. Промытый ГАК направляют в распыпительную сушилку дпя сушки или низкотемпературного обжига, а затем на склад готовой продукции.

Сушка ГАК прн фонтанном распылении суспензии осуществляется во взвешенном состоянии при 120-300 С, что дает возможность получать техниТаким образом, образуются два технических продукта - регенерированный раствор щелочи и технический алюминат кальция.

Испытания способа проводили в лабораторных и заводских условиях с применением отработанных растворов ванн химического травления алюмини- евых сплавов и карбидного шлама — отхода ацетиленового производства.

Пример. Отработанный раствор ванны химического фрезерования алюминиевых сплавов и карбидный шлам.

Состав раствора, г/л: Al О 165,9, йаОНоб,ц247,7, йаОНсво0112,9, плотность 1,306 г/см . Состав карбидного шлама, вес. : Са(ОН) 42, вода

891802

5

50, СаС031, легирующие элементы и примеси 8, СаО 32.

ОКТИВй

При перемешивайии 120 л раствора и 82 л карбидного шлама при 70-80 C поглощение алюминия завершается в течение 34 ч. По данным анализа, гидроалюминат кальция практически полностью переходит за это время в стабильную трехкальциевую форму.

После фильтрации получено 132 л раствора щелочи с концентрацией ЙаОН

181 г/л и 90 кг сухого осадка ГАК.

После двухкратной водной промывки получено при фильтрации около 100 л. раствора щелочи с концентрацией Na0H !$

44 г/л.

Состав высушенного осадка после промывки составляет 8? ГАК, 11,5 карбидного шлама, (!,2F. Саб !и!.,52 щелочи (адсорбированной). Зп

После обжига при 400аC ГАК перехо" дит в алюминат кальция полуторагидрат, имеющий структуру (A . д т., Получаемые по предлагаемому способу регеннрированные щелочные растворы :, 3$ могут быть использованы s нрацессах химического фрезерования алюминиевых сплавов в машиностроительной, авиационной и других отраслях промышленности. Технический ашоминат кальция может быть использован при изготовлении ряда специальных цементов. например глиноземистога, расширяюще" гася и огнеупорного, преимущественно при изготовлении вяжущего в жидких

3$ самотвердеющих смесях для литейных форм. В 1 м отработанного растворе

3 может .содержаться до 200 кг едкага натра и до 150 кг глинозема - дефицитных дорогостоящих продуктов.

Карбидный шлам, образующийся s качестве отхода при получении ацетилена также не находит применения и сбрасывается в отвалы, требуя захоронения в местах, согласованных с . 4$ органами санитарного надзора и загряз™ няя таким образом почву.

Использование карбидного шлама дает значительный экономический эффект. Удается вводить карбидный шлам, не замедляя общей скорости процесса, в наиболее концентрированные отрабо-. танные травильные растворы (с содержа" кием А1 0 150-200 г/л) в количествах, необходимых для полной регене- рации таких растворов (с получением чистого едкого натра), беэ существенного.загущения обрабатываемых суспензий, с быстрым оседанием частиц,.чта

6 позволяет легко отфильтровывать растворы (с выходом 80-90 ) вакуум-фильтрацией, сепарацией или даже просто, сли. вая их после седиментации осадка. Эта связано с особенностями структуры карбидного шлама, представленного в форме грубодисперсных тяжелых частиц с высокоразвитой внутренней пористостью.

В таблице приведено сопоставление эффективности применения извести (строиталанаи I-го сорта, 902 Саб и карбидного шлама (42, Са(ОН) (СаО . 32Ж), 50 К О, S o CaCQ, легирующие компоненты, для регенерации обычного отработанного травильного раствора (состава; Al О 165,9 г/л, NaOQ 247,7 г/л, NaOНHс в!12,9 г/л, плотность 1,306 г/см> после химфрезерования алюминиевого сплава и более низкоконцентрированных (разбавленных) растворов.

Как видно из приведенных в таблице данных, при введении Са0 даже в наиболее разбавленные растворы (с концентрацией А1аоэ. Равной 26.8

53,7 г/л) возникает осадок существенно большого объема, чем при применении карбидного шлама, соответственно удается отфильтровать меньшее количество регенерированного раствора.

При концентрации А1 0 в растворе . 80,5 г/л удается отфильтровать (ва- куум-фильтрацией) около половины исходного (регенерированного) раствора поскольку при этом образуется объемистый,- коллоиднодисперсный, трудна уплотняемый осадок, заполняющий

75Х общего объема системы. При содержании 200 г/л СаО (раствор с

107,3 г/л А19 0 образующаяся гидроалюминатная (гидрогранатная) фаза заполняет полный объем емкости, в которой производится регенерация.

При этом осадок образует дисперсную кристаллиэационную (неуплотняемую 1 структуру (с измеримой прочностью около 0,5 кгс/cM ), что практически исключает возможность отфильтровывания регенерированного раствора.

При регенерации промьппленного раствора после химфрезерования алюминиевого сплава с введением в раствор расчетного количества СаΠ— до

310 г/л (раствор с 165,9 г/л A! 0 ) прочность структурированного осадка повьппается до 5 кгс/см, что экви2. валентно его превращению в камень.

891802

Прочность структурированного осадка, кгс/см

Количест-. во фильтруемого регенерированного раствора

X (от исходного) Количество введенного компонента (для полной регенерации), г/л

Объем об разовавшегося осадка, Х (к пол ному объ

Концентрация

А120З в травиль-. ном раст воре, г/л

Вид введенного сырья (регенерирующего компонента) Известь (Са0) 85.

50 20

26,8

Карбидный

150 8

100 45

Известь (СаО)

53,7

Карбидный шлам

92

300 10

150 75

Известь СаО 80,5

Карбидный шлам

450 12

200 100 Прак" 5 Практитически чески не не рас- фильтруслаивает- ется ся

0,5 Осадок структурирован, занимает полный объИзвесть (СаО) }07,3 ем

При этом происходит бурное разогревание раствора с испарением жидкости, что усугубляет перечисленные недостатки извести, как реагента для регенерации. S

Введение карбидного шлама даже в концентрированные травильные растворы с !50-180 г/л Alg0 y,(т,е. в количестве более 800-900 г/л) позволяет полностью связать алюми- 1е ний в алюминат кальция требуемой формы и отфильровать более 80Х раствора. При этом отделение регенерированного раствора возможно осуществить даже простой седиментаци- >S ей, поскольку образуется свободно оседающий осадок из грубодисперсных частиц, не образующих сплошной дисперсной структуры.

В экологическом аспекте пред- 20 лагаемая комплексная переработка двух производственных отходов и создание безотходной технологии позволя- ет устранить загрязнение. природной среды в указанных технологических И процессах. При этом исключаются зат.раты на строительство и эксплуатацию очистных станций.

Осуществление предлагаемого способа позволяет .сократить потребление дефицитного едкого натра, упростить и удешевить процесс составления растворов ванн химфрезерования, .значительно снизить затраты на проведение технологии химического травления за счет возврата и многократного использования щелочи, исключения кислотной нейтрализации, и уменьшения трудозатрат при приготовлении .травильных растворов и доводке изделий.

Технико-экономический эффект спо« соба только от получения дополнительных ресурсов щелочи — возврата травильного раствора и. от утилизации алюмината кальция с учетом затрат на регенерацию, составит около 20 руб/м

2 травильного раствора (при этом не учитывалась экономия от улучшения технологического процесса и от устранения ущерба от загрязнения среды . Применение алюмината кальция в ряде специальных цементов может дать экономический эффект в размере 9-15 руб/т цемента.

891802

Продолжение таблицы

Вид введенного сырья регенерирующего компонента

Количество введенного компонента для полной регенерации, г/л

Карбидный шлам

600 15 86 0

Известь (СаО) 310 100 Сус- 0 Регене- 5,0 Осадок пензия не рирован- превратипся расслаива-ный раст- в камень, ется вор не занимает фильтрует-полный объем ся

165, 9

Карбидный шлам

880 20 что, с целью повышения эффективности процесса, окись кальция вводят в виде карбцдного шлама, представляющего собой отходы ацетиленового производст ва, а раствор нагревают до 60-80 С.

Формула изобретения

Способ регенерации отработанных щелочных растворов для травления алюминиевых сплавов, заключающийся в том, что в нагретый раствор вводят нри перемешиваиии окись кальция, образующий., ся при этом осадок гидроалюмината каль" ция удаляют из раствора фильтрованием, отличающийся тем, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1."Коррозия и защита от коррозии", РЖ В 2, 2 К 241 П, 1971.

Составитель. ф. Олейннченко

Редактор Н.Рогулич Техред 3. Фанта Корректор С.Щомак.

Заказ 11157 40 Тираж 1051 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Концепт". рация

A6q0 q в травильном раст воре, г/л

Объем об разовавшегося осадка, 7 к пол ному объ ему

Количество фйльтруемого регенерированного раствора

Ж (от исходного) Прочность структурированного осадка, кгс/см

0 Осадок не структуриро-, ван,частицы оседают раз,дельно