Утилизация гальваношламов в магнитные материалы

2
Содержание
с.
Реферат 3
Список сокращений 4
Введение 5
1. Литературный обзор 7
1.1. Воздействие г альванических производств на окружающую среду 7
1.2. Способы утилизации гальваношламов 12
1.3. Утилизация гальваношламов в магнитные материалы 15
1.4. Получение и свойства магнитных материалов из чистых компонентов 19
1.5. Способы повышения магнитных свойств ферритовых материалов 27
1.6. Применение ферритовых магнитных материалов 33
1.7. Выводы из литературного обзора 40
1.8. Цели и задачи исследований 41
2. Объекты и методы исследований 42
3. Исследование состава и структуры гальваношламов 54
4. Получение и свойства магнитно-твердых ферритов с
использованием гальваношламов 70
5. Получение и свойства магнитно-мягких ферритов из гальваношламов 91
6. Применение магнитных материалов на основе гальваношламов 102
7. Реализация результатов эксперимента 107
7.1. Разработка технологической схемы и технологических рекомендаций для проектирования производства по переработке гальваношламов
в магнитные материалы 107
7.2. Эколого-экономичсское обоснование работы 121
Общие выводы по диссертационной работе 129
Список использованных литературных источников 130
Приложения: 148
1. Бизнес - план инвестиционного проекта производства магнитных материалов из гальваношламов
2. Акты промышленных испытаний материалов из г альваношламов
3. Гигиенический сертификат
3
РЕФЕРАТ
ГАЛЬВАНОШЛАМЫ, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, УТИЛИЗАЦИЯ, МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МАГНИТНО-ТВЕРДЫЕ, МАГНИТНОМЯГКИЕ, ФЕРРИТЫ, МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МАГНИТНО-МЯГКИЙ НАПОЛНИТЕЛЬ, ДЕФЕКТОСКОПИЯ.
Диссертация изложена на 148 с., содержит 30 таблиц, 32 рис., состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы, включающего 205 наименований, и приложений.
Объект настоящих исследований - галъваношламы, являющиеся основным источником поступления тяжелых металлов в окружающую среду. На основе наиболее типичных электрокоагуляционных гальваношламов были синтезированы магнитно-твердые материалы (МТМ), состоящие, в основном из гексаферригов бария. Показана возможность использования в качестве барийсодержащего компонента промышленного отхода, образующею при регенерации щелочных электролитов аккумуляторных батарей. Также получены магнитно-мягкие материалы (МММ) со свойствами серийных никель-цинковых ферритов. МТМ и МММ использовались для изготовления полимерных материалов, поглощающих высокочастотные излучения и в дефектоскопии.
Продуты переработки гальваношламов - МТМ и МММ - являются менее токсичными за счет процессов ферритообразования с участием ионов тяжелых металлов при их температурной обработке.
Разработаны технологические рекомендации для проектирования цеха по переработке гальваношламов и бизнес-план инвестиционного проекта со сроком окупаемости затрат 2 года.
16
тромагнитных аппаратах для измельчения различных материалов с высокой степенью однородности, эмульгирования и др. Порошок гексаферрита бария находит применение при интенсификации процессов очистки сточных вод, по-лучения магнитных композиционных материалов: Для экспериментальных исследований использовали шлам очистки сточных вод завода автоматических линий им. 50-летия Октября, г. Москва. Химический состав шлама, мас.% : ?-”!Ре(ОН)з 4-70,6; Сг(ОН)3 - 7,9; Са(ОН)2 - Б;8^№(ОН)2 - 3,0; Мё(ОН) - 1,4; 2п(ОН)2 - 0,5; Си(ОН)2 - 0,4; органические соединения - 9,4. & основу технологии изготовления образцов гексаферрита бария из шламов очистки сточных вод положен существующий промышленный метод получения ферритов [60].
Для определения основных технологических параметров процесса исходный шлам исследовали методом дифференциально-термического анализа (Д'ГА). По данным ДТА установлен эндотермический эффект в области температур 200-450°С , что связано с выделением химически связанной воды, а также разложением органических соединений, присутствующих в шламе. В этом интервале температур происходит основная потеря массы в материале. Полученные данные показывают необходимость предварительного обжига шлама при 450°С для предотвращения разрушения керамических образцов при дальнейшей термической обработке. [59]
Этими же авторами в работе [61] приведена технология получения магнитных гранул на основе гексаферрита бария с использованием отходов гальванического производства. Шлам, прокаленный при 400°С, и ВаС03 смешивали сухим способом в электромагнитном измельчителе до удельной поверхности 900 см2/г. Образцы для снятия магнитных характеристик формовались в виде колец (диаметром 30 мм) на гидравлическом прессе ПГ-Ю. В качестве связующего использовали 10% раствор ПВС в количестве 10%. Образцы обжигались при температуре 1200°С в течение 5 минут. Полученные ферриты бария имели коэрцитивную силу 16-48 кА/м.
Кроме разработки технологии авторы [62] провели оптимизацию процесса получения магнитных гранул. На основании проведенной работы найдены оптимальные условия проведения процесса получения магнитных гранул: температура обжига - 1200°С; продолжительность обжига - 5 минут; продолжительность смешения в ЭМИ - 10 минут; отношение Ре203: ВаО = 5,5 : 1; максимальное количество примесей в исходной шихте - 2 % кальция, 0,45 % магния, 1,2 % хрома и 0,32 % никеля. [62]
17
Ферромагнитные порошки, полученные на основе отходов гальванопроизводства, используют при очистке сточных вод НПО «Литстанкопроект» (г. Вильнюс). Как показали лабораторно-промышленные испытания, применение ; :: таких :порошков'позволяет в 3 раза увеличить скорость осаждения, при этом объем осадка уменьшается на одну греть. Использование их возможно на предприятиях стекольной и керамической промышленности, где в сточных водах
МЛ. 5 м * * • • • • !•••»•*♦ > ? г г | I1" г = ! • > ИТ ‘ : НТ ' ! ! ! И ? М: ‘ *
*м$Щг содержаться свинец, кадмий, Хром, мёЩ'цйнк и другие металлы. [63]
Японскими: исследователями 164] предложен способ Переработки осадка, образующегося при удалении из сточных вод тяжелых металлов путем их осаждения в виде ферритов, в спеченный магнитный материал. Согласно этой технологии осадок смешивают с ферритами, образующимися в качестве побочного продукта в металлургическом и других производствах, и добавляют в смесь оксиды марганца и цинка, образующихся в качестве остаточного продукта при извлечении ртути из отработанных сухих гальванических элементов. Смесь формируют и подвергают предварительному спеканию при температуре 900°С в течение 2 часов, а затем спекают 2-4 часа при температурах 1100-1300°С на воздухе или в атмосфере с низкой концентрацией кислорода. Спеченный материал имеет объемную плотность 4670 кг/м3 и характеризуется магнитной проницаемостью более 150.
В результате исследований, проведенных в центре ТЯЕ01 [65] по переработке отходов в Гамбурге, установлено, что существуют возможности утилизации ценных металлов (железа, никеля, цинка, меди, хрома, марганца, свинца и кальция), содержащихся в травильных растворах путем реагенгной обработки их специально подобранной смеси с получением тонких ферритов желаемого состава. Отбор растворов для такой совместной обработки производится по содержанию в них желаемых металлов в количестве более 6 г/л и нежелательных металлов менее 0,5 г/л, что позволяет рассчитать состав получаемого феррита с высокой точностью с требуемым гранулометрическим составом и магнитными свойствами. Способ такой обработки основан на двухстадийном соосаждении и окислении гидроксидов металлов до ферритов в контролируемых условиях по pH (10) и температуре (60°С) с последующим их отделением (например, отстаиванием), промывкой и сушкой при температуре 150°С, размолом и обжигом при температурах 800-950°С. В результате получают ферриты в соответствии с формулами: К\хХп1тХ¥е2®4 ПРИ х = 0,3; 0,7; СохЫ105.х2п05.хРе2О4 при х = 0,05; 0,1; 0,2 и Со^п^егО, при х = 1,0; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6. Проверка магнит-