Переработка отработанного сульфатного травильного раствора методом удерживания кислоты на сильноосновном анионите

Анна Наумовна  Крачак; Александра Николаевна  Груздева; Руслан Хажсетович  Хамизов; Алексей Анатольевич  Долгоносов

doi:10.17308/sorpchrom.2022.22/10721

Анна Наумовна Крачак Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия
Александра Николаевна Груздева Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия
Руслан Хажсетович Хамизов Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия
Алексей Анатольевич Долгоносов Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2022.22/10721

Ключевые слова: отработанный травильный раствор, метод удерживания кислоты, анионообменник, разделение солей и кислот, сульфат железа, серная кислота.

Аннотация

Отработанные травильные растворы (ОТР), представляющие собой концентрированные смеси солей и кислот, являются экологически опасными и требуют утилизации. На примере реального ОТР промышленного предприятия черной металлургии, содержащего более 200 г/дм³ сульфата железа и более 65 г/дм³ серной кислоты, показана возможность разделения этих компонентов методом удерживания кислоты на сильноосновном анионите АВ-17х8 в сульфатной форме. Процесс переработки представляет собой периодическое пропускание через слой анионита друг за другом в противоположных направлениях отработанного травильного раствора (стадия удерживания кислоты) и сильно разбавленного водного раствора сульфата (стадия вытеснения кислоты). Обсуждается механизм разделения компонентов, связанный с размерным эффектом, а именно, с эксклюзией сильно гидратированных ионных пар соли, которые в меньшей степени, чем молекулы или ионных пары кислоты, могут проникать в наноразмерные «поры» гелевого анионита. Дополнительным подтверждением механизма эксклюзии не отдельных ионов, а нейтральных ионных пар является показанная в работе возможность разделения кислоты и солевых компонентов в разбавленных растворах в условиях, когда нельзя пренебрегать Доннановским эффектом исключения коионов из фазы ионообменника.

Продемонстрирован процесс разделения концентрированной кислоты и соли, в котором нет каких-либо жидких отходов. Представлены экспериментальные выходные кривые, показывающие возможность получения солевого раствора с концентрацией, практически равной концентрации сульфата железа в исходной смеси, и кислотного раствора, который может быть возвращен для повторного использования в производственных целях. Солевой раствор также может быть утилизирован с получением железного купороса.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Анна Наумовна Крачак, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

к.х.н., старший научный сотрудник, лаборатория сорбционных методов, ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Александра Николаевна Груздева, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

к.х.н., старший научный сотрудник, лаборатория сорбционных методов, ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Руслан Хажсетович Хамизов, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

д.х.н., чл. корр. РАН, и.о. директора ГЕОХИ РАН, зав. лабораторией сорбционных методов, ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Алексей Анатольевич Долгоносов, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

младший научный сотрудник, лаборатория геохимии углерода им. Э.М. Галимова, ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Литература

Gao Ya, Yue T., Sun W., He D., Lu Ch., Fu X. Acid recovering and iron recycling from pickling waste acid by extraction and spray pyrolysis techniques. J. Cleaner Prod. 2021; 312: 127747. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127747

Agrawal Archana, Sahu K.S. An overview of the recovery of acid from spent acidic solutions from steel and electroplating industries. J Hazard Mater. 2009; 171(1-3); 61-75. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.06.099

Mu Naushad, Z. Al-Othman. A Book on Ion Exchange, Adsorption and Solvent Extraction, New York: Nova Science Publishers Inc., 2013, 321 p.

Hatch M.J., Dillon J.A. Acid Retardation. Simple Physical Method for Separation of Strong Acids from Their Salts. I&EC Process Design and Development. 1963; 2(4): 253-264. https://doi.org/10.1021/i260008a001

Ferapontov N.B., Gorshkov V.I., Trobov Kh.T., Parbuzina L.R., Gavlina O.T., Strusovskaya N.L. Reagent-free Separation of Electrolytes on Ion Exchangers. Russ. J. Phys. Chemistry A. 1996; 70(5): 840-843.

Ferapontov N.B., Gorshkov V.I., Parbuzina L.R., Strusovskaya N.L., Gagarin A.N. Thermodynamics of Interphase Equilibrium in System Ion Exchanger-Solution of Low Molecular Weight Electrolyte. React. Funct. Polym. 2006; 66(12): 1749-1756. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2006.08.005

Davankov V.A., Tsyurupa M.P., Alexienko N.N. Selectivity in preparative separations of inorganic electrolytes by size-exclusion chromatography on hypercrosslinked polystyrene and microporous carbons. J. Chromatography A. 2005; 1100(1): 32-39. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2005.09.007

Davankov V., Tsyurupa M., Blinnikova Z., Pavlova L Self-concentration effects in preparative SEC of mineral electrolytes using nanoporous neutral polymeric sorbents. J. Sep. Sci. 2009; 32(1): 64-73. https://doi.org/10.1002/jssc.200800449

Krachak A.N., Khamizov R.K., Poznukhova V.A., Podgornaya E.B., Durnaykin V.A. Basic regularities of electrolyte separation in the method of Acid Retardation. I. Influence of cation type on the sorption of acids and their salts from binary solutions. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy. 2011; 11(1): 77-88

Khamizov R.Kh., Tikhonov N.A., Krachak A.N., Gruzdeva A.N., Vlasovskikh N.S. Separation of concentrated acid and salt solutions in nanoporous media as the basis for a new technology of processing of phosphorus-containing raw materials. Geochemistry International. 2016; 54(13): 1221-1235. https://doi.org/10.1134/S0016702916130085

Khamizov R.Kh., Krachak A.N., Podgornaya E.B., Gruzdeva A.N. Acid Retardation Effect in Sorption Columns with Two Liquid Phases: Capabilities of Application to Sample Preparation in Elemental Analysis. J. Analyt. Chemistry. 2019; 74(3): 226-238. https://doi.org/10.1134/S1061934819030079

Lur'e Yu.Yu. Analiz promyshlennykh stochnykh vod. M., Khimiya, 1984, 448 p.

Sidelnikov G.B., Tikhonov N.A., Khamizov R.K., Krachak A.N. Modeling and study of sorption and separation of acids in solution. Math. Models Comp. Simulations. 2013; 5(6): 501-510. https://doi.org/10.1134/S2070048213060112