Бокарева Е.А., Абдулина С.А.

Восточно-Казахстанский Государственный Технический

Университет им.Д.Серикбаева

ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ АО «УК ТМК»

Современное титаномагниевое производство базируется на хлорной технологии, которая при всех своих достоинствах отличается высоким уровнем образования промпродуктов и отходов, поскольку при переработке сырья хлорированию подвергаются и примеси. К наиболее объемным твердым отходам относятся отработанный расплав титановых хлораторов (ОРТХ), отработанный расплав магниевых электролизеров (ОРМЭ), возгоны системы конденсации хлорирования титанового сырья (ВСК), кек выщелачивания ОРТХ, осадки шламонакопителей (ОШ). Ценные компоненты, которые содержатся в этих отходах – это титан, хром, железо, магний, марганец, скандий, ванадий, цирконий и др.

Исследования по переработке таких отходов или их утилизации ведутся постоянно по основным направлениям:

- переработка ОРМЭ с получением калийных удобрений;

- использование осадков шламонакопителей в производстве строительных материалов и для нейтрализации кислых стоков;

- переработка ОРТХ с получением железоокисных пигментов и хромовых концентратов.

ОРТХ содержит ≈ 75 % водорастворимых хлоридов, что делает невозможным хранение его в отвалах. В настоящее время большей частью ОРТХ подвергают гидроразмыву и стоки направляют в шламохранилище.

При переработке ОРТХ его выщелачивают раствором соляной кислоты (30 г/дм³), полученный при этом раствор содержит ≈ 40 г/дм³ железа и 5-6 г/дм³ хрома, из него железо и хром могут быть выделены дробным гидролитическим осаждением. Однако при нейтрализации щелочными реагентами образуются большие объемы стоков, требуется значительный расход реагентов, а получаемые гидратные осадки весьма трудно фильтруются.

Известен способ осаждения железа в виде гетита FeOOH, который требует строгого соблюдения кислотности, pH должен быть в пределах 2,5÷4,0. При меньшем значении pH может произойти растворение осажденного железа, а при большем значении pH возможно образование Fe(OH)₂ и соосаждение марганца, что не желательно, так как снижает качество получаемого продукта.

В гидрометаллургии цинка для выделения железа из раствора нашел применение ярозит-процесс, который дает возможность получать хорошо сгущаемые и легкофильтруемые осадки.

В литературе имеются сведения о попытке переноса ярозит-процесса в переработку отходов титаномагниевого производства. Формула ярозита:

AFe₃(OH)₆(SO₄)₂,

где A = K⁺, Na⁺, NH₄⁺.

Поскольку в отходах титаномагниевого производства нет сульфат-иона, его вводили, добавляя сульфат натрия, а в качестве окислителя для железа использовали гипохлорит натрия.

В работе приводятся экспериментальные данные по переработке ОРТХ с получением соединений железа и хрома. В основе разрабатываемой технологии – осаждение железа в виде ярозита с использованием в качестве окислителей железа перекиси водорода (Н₂О₂), персульфата аммония и гипохлорида кальция. Сначала из раствора осаждается при pH = 1¸1,5 железистый продукт, а затем при pH = 4¸4,5 – хромовый продукт. Однако достаточно полного разделения железа и хрома не происходит, железо "размазывается", содержание его и в железистом, и в хромовом продуктах составляет 10÷23 %. Содержание хрома в железистом продукте 0,3÷0,4 %, в хромовом – 4,2÷5,5 %. Железистые осадки имеют желтый или светложелтый цвет, хорошо фильтруются, но существенно загрязнены сульфатом кальция. Выход железистого и хромового продуктов при использовании в качестве окислителей перекиси водорода и персульфата аммония суммарного составляют ≈ 20÷25 % от массы ОРТХ, а в случае гипохлорида кальция ≈ 35÷50 %, что объясняется большей массой образующегося сульфата кальция.

Таким образом, применение ярозитной технологии для выделения железа из отходов титаномагниевого производства не дает возможности получать продукты, пригодные для производства пигментов. Однако, учитывая, что железо в них находится в водонерастворимой форме, а также принимая во внимание сокращение массы по сравнению с исходным материалом, эти осадки можно хранить в отвалах.

Растворы, полученные после выделения железа и хрома, содержат 2÷10 г/дм³ железа и ≈ 0,02 г/дм³ хрома. Они могут быть направлены далее на мембранный электролиз с целью получения хлора, водорода, соды, карбоната калия (поташа – К₂СО₃).

Из рассматриваемых окислителей железа целесообразно использовать либо персульфат аммония, либо перекись водорода, т.к. они дают меньшие по массе осадки, а также создают лучшие условия труда по сравнению с гипохлоритами.

Рассматривается вариант с коллективным гидролитическим осаждением железа и хрома при рН = 4÷6 и последующим мембранным электролизом раствора, который заложен в перспективной схеме переработки отходов. Однако тормозящим моментом в этом варианте осаждения железа и марганца является плохая фильтруемость осадков.