Экотехнология утилизации медьсодержащих промышленных отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Винницкий государственный педагогический университет

Экотехнология утилизации медьсодержащих промышленных отходов

Дензанов Г.А., Ковальчук А.В.

В машино-, приборо-, радиоэлектронной промышленности процессы гальванопокрытия основаны на использовании различных по составу и свойствам технологических растворов гальванических ванн (химического и электрохимического обезжиривания, травления, хромирования, цинкования, хроматирования, пассивирования и др.). Во многих случаях при этом образуются значительные количества газовых отходов и сточных вод. Неуклонное развитие приборо-, машиностроения, радиоэлектронной промышленности сопровождается увеличением количества таких отходов. Поэтому проблема очистки, утилизации или регенерации ценных компонентов промышленных отходов и использование их в основном технологическом процессе либо на других производствах актуальна и имеет важное народнохозяйственное значение как с целью более полного (комплексного) и рационального использования всех видов исходных реагентов и отходов, так и с целью охраны окружающей среды.

Учитывая актуальность и важность вопроса охраны окружающей природной среды, разработка эффективных процессов очистки или утилизации сточных вод, позволяющих исключить загрязнение биосферы, является сегодня острейшим вопросом.

Результаты исследований распределения вредных компонентов в потоках технологических схем гальваники показали, что при работе только одного гальванического участка на протяжении года в биосферу выбрасываются тысячи тонн вредных веществ.

Цель работы. Разработка экологически чистой технологии получения продукционного медного купороса и хлорида аммония из медьсодержащих промышленных отходов производства печатных плат, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве. медный купорос отход плата

Материал и результаты исследований. При современном уровне развития промышленности одной из острых экологических проблем является защита окружающей среды от токсичного воздействия отходов химико-гальванических процессов, в том числе промотходов производства травления печатных плат.

Обычно утилизация токсичных промышленных отходов нерентабельна и поэтому часто предпочитают вместо переработки их захоронение. Проведенные исследования показали, что производственные медьсодержащие отходы производства печатных плат и гальваники выгодно утилизировать не только с позиций экологической точки зрения, а и с коммерческой прибылью.

В производстве печатных плат из 1 м² двухсторонней платы образуется до 5 кг концентрированного по солям (хлориды аммония, меди) отработанного раствора, который содержит 12…15% солей меди (в перерасчете на медь). При открытом хранении этих растворов образуется медьсодержащий осадок (шлам), содержащий 25…35% меди.

Работа направлена на организацию производства медного купороса и хлорида аммония путем утилизации медьсодержащих промышленных отходов промышленности и гальваники.

Основные технико-экономические характеристики предложенной технологии:

экологически чистое производство, исключающее образование токсичных отходов, газовых выбросов и сточных вод;

безотходное производство с замкнутой системой водоснабжения и возвратом всех массопотоков в технологический цикл;

метрологический контроль и управление процессом утилизации, аналитический контроль химического состава сырья, промежуточных соединений, промывной воды и готовых товарных форм;

выпуск продукции, отвечающей по нормативам качества ее промышленному аналогу (для медного купороса - ГОСТ 19347-99, для хлорида аммония - ГОСТ 2210-73).

Сущность предложенной технологии получения продукционного медного купороса на основе отработанных травильных растворов производства печатных плат состоит в последовательном проведении химических реакций (1) и (2):

4Cu(NH₄)₂Cl + 2H₂SO₄ + 1,5О₂ + 4H₂O = CuSO₄*3CuO*4H₂O + 4NH₄Cl + 2(NH₄)₂SO₄ (1)

CuSO₄*3CuO*4H₂O + 3H₂SO₄ = 4CuSO₄*5H2O + 2H₂O (2)

Согласно разработанной технологии (рис. 1), отработанные травильные растворы или образовавшийся из этих растворов шлам смешивают с оборотным раствором и серной кислотой в реакторе (1) до рН 6,5-7,5. Образовавшаяся суспензия основных солей сульфатов меди расфильтровывается на фильтре (2) с получением осадка основных сульфатов меди и раствора хлорида аммония. Раствор хлорида аммония направляется на испарение и кристаллизацию в испаритель-кристаллизатор хлорида аммония (4). Образовавшаяся суспензия хлорида аммония направляется на фильтр-сушилку (5), где после отделения от маточного раствора сушится и затаривается в качестве целевого продукта. Осадок основных сульфатов меди из бункера (3) поступает в реактор-кристаллизатор СuSO₄5H₂O (6), где смешивается с оборотным раствором и серной кислотой до образования и полного растворения в жидкой фазе сульфата меди. Раствор сульфата меди отделяется от осадка и охлаждается за счет испарения раствора хлорида аммония. При этом кристаллизуется сульфат меди. Смесь направляется в фильтр-сушилку СuSO₄5H₂O (7), где после отделения от маточного раствора и промывки водой (оборотного раствора) сушится и затаривается в качестве целевого продукта.

Рисунок 1. Технологическая схема утилизации медьсодержащих промышленных отходов производств печатных плат гальваники с получением медного купороса и хлорида аммония: 1 - реактор получения основных сульфатов меди; 2 - фильтр; 3 - бункер основных сульфатов меди; 4 - испаритель-кристаллизатор NH4Cl; 5 - фильтр-сушилка NH4Cl; 6 - реактор-кристаллизатор СиSO4^. 5H2O; 7 - фильтр-сушилка СиSO4^. 5H2O

Реализация предложенной технологии осуществляется на блочно-модульном комплексе, представляющем собой замкнутую технологическую систему для утилизации соединений меди из отработанных травильных растворов и медьсодержащих шламов. Производительность типового технологического комплекса зависит от объемов утилизируемых отходов и рассчитана на переработку не менее 100т медьсодержащих промышленных отходов в год. Количество технического хлорида аммония из шламов отработанных травильных растворов производства печатных плат составляет: 0,5 т NН₄Сl (сухой продукт) при получении 1 т медного купороса образуется.

На основании результатов экспериментальных испытаний из одной тонны сухого медьсодержащего шлама производства печатных плат получается 1,2 т медного купороса и 0,6 т хлорида аммония (табл. 1).

Предложенные технологические процессы позволяют утилизировать медьсодержащие промотходы с получением хлорида аммония (ГОСТ 3773-72) и купороса медного (ГОСТ 347-84). Рыночная стоимость медного купороса оптом равна 5…7 грн/кг, хлорида аммония 1…2 грн/кг. В настоящее время медьсодержащего шлама только в отходах радиоэлектронных заводов г. Винница содержится примерно 30...60 тонн, а во всей области - 80…120 т. Из этого количества, согласно предложенной технологии, возможно получение не менее 150 т медного купороса и 75 т хлорида аммония. Следовательно, экономия может составить порядка 600 тыс. грн.

Предлагаемые типовые технологические процессы апробированы в лабораторных и заводских условиях на типовом оборудовании. Разработка предусматривает получения целевой продукции - медного купороса и хлорида аммония из медьсодержащих промотходов производства печатных плат без образования сточных вод, вторичных отходов и токсичных газовых выбросов. Промышленная реализация предлагаемой технологии может быть реализована на стандартном оборудовании с соответствующей его модернизацией.

Таблица 1. Материальный баланс технологии утилизации медьсодержащих шламов

Технологическим процессом производства предусмотрено низкотемпературное упаривание и сушка растворов хлорида аммония и целевых продуктов при рН, близком к нейтральному. Это исключает вредные выбросы в атмосферу. Оборотное движение растворов исключает образование сточных вод. В технологическом цикле возможно образование твердых экологически безопасных отходов. Это соединения основных сульфатов железа, кальция, титана, образующихся вследствие использования жесткой воды и коррозии оборудования.

Выводы

Предложена ресурсосберегающая, экологически безопасная технология утилизации медьсодержащих отработанных травильных растворов и шламов с получением хлорида аммония (ГОСТ 3773-72) и медного купороса (ГОСТ 19347-99).

Результаты проведенных опытно-промышленных испытаний подтвердили возможность, техническую и экономическую целесообразность получения ценной продукции из промышленных отходов производства печатных плат без образования сточных вод и токсичных газовых выбросов.

Промышленное внедрение предложенной технологии может быть реализовано на действующем стандартном оборудовании с соответствующей его модернизацией.

Согласно технико-экономическому обоснованию промышленная реализация предложенной технологии утилизации медьсодержащих отходов позволяет получать из 1 т медьсодержащего шлама (от производства печатных плат) продукционные соли меди с экономической прибылью не менее 2 тыс. грн.

Литература

1. Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, фунгицидов, промышленных солей, окислов, кислот).- Л.: Госнаучиздат, 1984.- 1008 с.

2. Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. - Л.: Машиностроение, 1984. - 77с.

3. Патент 28686 України МКU 7 С01G 3/00. Спосіб регенерації міднохлоридних травільних розчинів. /Г.О.Дензанов, Бюл.№8, 2003.

4. Пат. Россия №2026390 С22 В 15/00 Способ утилизации меди из отработанных травильных растворов. Г.А. Дензанов.

5. Патент 58686 А, України МКU 7 С01G 3/00. Спосіб одержання основних з'єднань міді./ Г.О.Дензанов, Бюл.№8, 2003.

6. Дензанов Г.О., Петрук В.Г. Дензанов Г.О., Петрук В.Г. Спосіб одержання мідного купоросу. Деклараційний патент України №11962, бюл.1, 2006р.

Размещено на Allbest.ru