Способ регенерации отработанных щелочных растворов для травления алюминиевых сплавов

.И.СмирновВ.А.Ир охоров, К.С.ЗацА,Маркус ПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИРАСТВОРОВ ДЛЯ Т цляетсяолько одинотработанИзобретение относится к способам регенерации отработанных травиль"ных 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 отраслей промышленности;Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ регене-;. рации отработанных растворов для травления алюминиевых сплавов, за. ключающийся в том, что в нагретый до 87-100 С раствор вводят при перемешивании окись кальция, образующийся при этом осадок гидроалюмнната кальция удаляют из раствора филь трованием 11.Недостатками способов я то, что перерабатывается т производственный отход -/ОТРАБОТАННЫХ ЩЕЛОЧНЫХЛЕНИЯ АДОМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ный травильный раствор, весьма ограничена область составов регенерируемых растворов - метод каустификацинможет быть рекомендован только длярастворов, содержащих алюминий в количестве менее 45 г/л. Кроме того,содержащийся в регенерируемых раст"ворах алюминий выделяется не полностью - его концентрация может бытьснижена только до 25 г/л, а в результате регенерации образуется объемистый осадок гидроалюмината кальцияколлоидной дисперсности, трудно декантируемый и Фильтруемый и трудно отмываемый вследствие адсорбации больЭшого количества щелочи и алюминия израствора, вследствие чего снижается эффективность процесса.Цель изобретения - повышение эфФективности процесса.Поставленная цель достигаетсяспособом, заключающимся в том, чтов нагретый раствор вводят при перемешивании окись кальция, образующий891802 5 1 О 45о5055 3ся при этом осадок гидроалюмината кальция удаляют из раствора фильтрованием, окись кальция вводят в виде карбидного шлама, представляющего собой отходы ацетиленового производства, а раствор нагревают до 60 80 оСОсуществление 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 А 10, 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 )карбидного шлама производят по формуле%=1 7 - 100АСгде А - содержание А 10 З в отработан3ном растворе, кг/мС - содержание активной СаО вкарбидном шламе, Х,Перемешивание осуществляют при 60-80 оС до полного удаления алюминия из раствора и образования стабиль ной трехкальциевой формы гидроалюмината (ГАК), что контролируют химическими анализами, Продолжительность этого процесса составляет 2-4 ч, в зависимости от концентрации исходного травильного раствора и активности карбидного шламаРегенерированный раствор отделяют от осадка путем сепарации или ва" куум"фильтрации и направляют в емкость ( сборник) для концентрированного раствора щелочи для последующей повторной подачи в ванны травления. ГАК промывают на фильтре водопроводной водой (2-3-х кратным объемом п отношению к объему осадка) и образующийся разбавленный Раствор щелочи подают в ванны легкого травления, обезжнривания или на концентрирование, Промытый ГАК направляют в распыпительную сушилку для сушки или ниэкотемпературного обжига, а затем на склад готовой продукции.Сушка ГАК при Фонтанном распылении суспензии осуществляется во взвешенном состоянии при 120-300 С, что дает возможность получать техни 4ческий 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 вряде случаев может применяться какготовое вяжущее.Применяемый карбидный шлам, имеющий структуру грубодисперсных частицс развитой внутренней пористостьюпозволяет, не замедляя скорости взаимодействия, получать легко отделяемый и промываемый осадок ГАК. Вследствие подобия структуры, образующегося ГАКа исходной форме частиц карбидного шлама, процессы промывкии фильтрации не вызывают затруднений а остаточное содержание щелочив ГАКе при двухкратной водной промывке составляет менее 3-5 Ж. В сочетании с применением распылительныхсушилок это дает возможность получать алюминат кальция в форме,пригодной для его последующей пере"работки.Особенности структуры карбидного шлама дают воэможность вводитьего расчетное количество в отрабо 35 танные травильные растворы без ограничения их состава и концентрациипо алюминию и щелочи и, соответственно, осуществлять полное связывание алюминия в растворе при сох-,40ранении высокой скорости процесса. Таким 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.П р и м е р, Отработанный раствор ванны химического фрезерования алюминиевых сплавов и карбидный шлам. Состав раствора, г/л: А 10165,9, йаОНоц 247,7, йаОНсвщ 112,9, плотность 1,306 г/см . Состав карбидного шлама, вес. : Са(ОН) 42, вода891802 О 550, СаСОу, легирующие элементы ипримеси 8, СаО 32.7При перемешивайии 120 л раствораи 82 л карбидного шлама при 70-80 Споглощение алюминия завершается втечение 34 ч. По данным анализа, гидроалюминат кальция практически полностью переходит за это время в стабильную трехкальциевую форму.После фильтрации получено 132 лраствора щелочи с концентрацией ЙаОН181 г/л и 90 кг сухого осадкаГАК.После двухкратной водной промывкиполучено при фильтрации около 100 лраствора щелочи с концентрацией МаОН и44 г/л.Состав высушенного осадка послепромывки составляет 8% ГАК, 11,5 карбидного шлама, 11,22 Саб )и 152щелочи (адсорбированной). 2 фПосле обжига при 400 оС ГАК перехо"дит в алюминат кальция полуторагидРат, имеюЩий стРУктУРУ 5 Аад т., Получаем",е по предлагаемому способурегеннрированные щелочные растворы : уумогут быть использованы в процессах химического фрезерования алюминиевых сплавов в машиностроительной,авиационной и других отраслях промышленности. Технический аломинат кальция может быть использован при изготовлении ряда специальных цементов.например глиноземистого, расширяюще"гося и огнеупорного, преимущественно при изготовлении вяжущего в жидких3самотвердеющих смесях для литейныхформ, В 1 м отработанного растворе3может .содержаться до 200 кг едкогонатра и до 150 кг глинозема - дефицитных дорогостоящих продуктов,40Карбидный шлам, образующийся вкачестве отхода при получении ацетилена также не находит применения исбрасывается в отвалы, требуя захоронения в местах, согласованньи с .43органами санитарного надзора и загрязняя таким образом почву.Использование карбидного шламадает значительный экономический эффект. Удается вводить карбидный шлам,не замедляя общей скорости процесса,в наиболее концентрированные отраба-,танные травильные растворы (с содержа"кием А 10 . 150-200 г/л) в количествах, необходимых для полной регене-рации таких растворов (с получениемчистого едкого натра), беэ существенного,загущения обрабатываемых суспензий, с быстрым оседанием частиц, что 6позволяет легко отфильтровывать растворы (с выходом 80-90%) вакуум-фильтрацией, сепарацией или даже просто, сли.вая их после седиментации осадка. Этосвязано с особенностями структурыкарбидного шлама, представленного вформе грубодисперсных тяжелых частицс высокоразвитой внутренней пористостью.В таблице приведено сопоставление(СаО;.32 Ж), 50 КО, 8 о СаСО, леги"рующие компоненты , для регенерацииобычного отработанного травильногораствора (состава; А 1, О 165,9 г/л,йа 01 247,7 г/л, йаОНс ,в 12,9 г/л,плотность 1,306 г/см после химфрезерования алюминиевого сплава и болеенизкоконцентрированных ( разбавленных)растворов.Как видно из приведенных в таблице данных, при введении Са 0 даже внаиболее разбавленные растворы (сконцентрацией А 10 , равной 26,853,7 г/л) возникает осадок существенно большого объема, чем при применении карбидного шлама, соответственноудается отфильтровать меньшее количество регенерированного раствора.При концентрации А 103 в растворе80,5 г/л удается отфильтровать (ва-куум-фильтрацией) около половины исходного (регенерированного) раствора, поскольку при этом образуетсяобъемистый, коллоиднодисперсный, трудно уплотняеиый осадок, заполняющий753 общего объема системы. При содержании 200 г/л СаО ( раствор с107,3 г/л А 1, О образующаяся гидроалюминатная (гидрогранатная) фазазаполняет полный объем емкости, вкоторой производится регенерация,При этом осадок образует дисперсную кристаллиэационную (неуплотняемую) структуру (с измеримой прочностью около 0,5 кгс/см), что практически исключает возможность отфильтровывания регенерированногораствора,При регенерации промьппленногораствора после химфрезерования алюминиевого сплава с введением в раствор расчетного количества СаО - до310 г/л (раствор с 165,9 г/л А 0)прочность структурированного осадка повьппается до 5 кгс/см , что экви 2валентно его превращению в камень.В891802 Прочность структурированного осадкафкгс/см Количест-.во фильтруемогорегенерированногораствораЖ (от ис"ходного) Количество введенного компонента (дляполнойрегенерации), г/л Объем об разовавшегося осадка, Х (к пол ному объ Концентрация2 3 травиль-.ном раст воре,г/л Вид введенногосырья (регенерирующегокомпонента) Известь (СаО) 85. 5020 26,8 Карбидный 150 8100 45 Известь (СаО)53,7Карбидныйшлам 70 300 10 150 75 Известь СаО 80,5 Карбидныйшлам 89 450 12 200 100 Прак 5 Практитически чески не не рас- Фильтруслаивает- ется ся 0,5 Осадок структурирован, занимает полный объИзвесть (СаО) 107,3 ем При этом происходит бурное разогре вание раствора с испарением жидкости, что усугубляет перечисленные недостатки извести, как реагента для регенерации, 3Введение карбидного шлама даже в концентрированные травильные растворы с 50-180 г/л А 10 ,.(т,е.в количестве более 800-900 г/л)позволяет полностью связать алюми ний в алюминат кальция требуемой формы и отфильровать более 803 раствора. При этом отделение регенерированного раствора возможно осуществить даже простой седиментаци- % ей, поскольку образуется свободно оседающий осадок из грубодисперсных частиц, не образующих сплошной дисперсной структуры.В экологическом аспекте пред 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. 8Осуществление предлагаемого способа позволяет .сократить потребление дефицитного едкого натра, упростить и удешевить процесс составления растворов ванн химфрезерованиязначительно 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/мХ 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 1 ОПродолжение таблицы Вид введенногосырья регенерирующегокомпонента Количество введенногокомпонента дляполной регенерации , г/л Карбидныйшлам 600 15 86 0 Известь (СаО) 310 100 Сус Регене,0 Осадокпензия не рирован- превратипсярасслаива"ный раст- в камень,ется вор не занимаетфильтрует-полный объемся 165,9 Карбидныйшлам 880 20 что, с целью повышения эффективности процесса, окись кальция вводят в виде карбидного шлама, представляющего со" бой отходы ацетиленового производства, 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1."Коррозия и защита от коррозии",РЖ В 2, 2 К 247 П, 1971.Заказ 11157 40 Тираж 1051 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-З 5 Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Концепт". рация АйОв травильном раст воре, г/л Объем об разовавшегося осадка, Х к пол ному объ ему Количество фйльтруемогорегенерированногораствора7 (от исходного) Прочностьструктурированногоосадка,кгс/см 0 Осадок неструктуриро-,ван,частицыоседают раздельно