Переработка кислотных сточных вод производства ванадия
Аннотация
Ванадий и его соединения, например пентаоксид, токсичны и ядовиты для окружающей среды и человека. Ванадий является одним из важнейших элементов в современном мировом промышленном применении: до 90 % используется как легирующий элемент в металлургии, также он применяется в нефтедобыче, химических источниках тока, автомобильной, аэрокосмической, оборонной и других отраслях промышленности. Рост потребления ресурсов приводит к увеличению объема промышленных кислотных стоков. В процессе производства одной тонны ванадия образуется более 100 м3 кислых ванадийсодержащих сточных вод с содержанием серной кислоты 20 кг/м3, ванадия 0.6 кг/м3. Ионообменные мембраны широко используют в современных технологиях водоочистки, процессах утилизации сточных вод. Электродиализ с биполярными ионообменными мембранами применяется в процессах рекуперации кислот и оснований из солевых стоков. В настоящей работе исследованы три схемы электродиализной переработки кислотных ванадийсодержащих сточных вод на лабораторных ячейках. Все исследования проводили на реальной сточной воде российского металлургического предприятия по производству ванадия. Показано, что при прямой электродиализной переработке без предварительной предподготовки происходит значительное осадкообразование на мембранах. Наиболее эффективным является процесс предварительного осаждения многовалентных металлов из сточных вод щелочью с последующим применением электродиализа с биполярными мембранами. Данная схема была исследована на лабораторной установке с электродиализной ячейкой с 5 тройными камерами и рабочей площадью каждой ионообменной мембраны 5x20 см2. Эксперимент проводили при плотности тока 1-3 A/дм2. Показано что применение этого процесса позволяет выделить тяжелые металлы в виде гидроксидов при их осаждении щелочью, вернуть в технологический цикл серную кислоту с концентрацией 2.5-3.5 %, получить щелочь для осаждения металлов и вернуть очищенную воду в техпроцесс. Таким образом, разработана схема безреагентной технологии переработки сточных вод производства ванадия с возвратом очищенной воды, серной кислоты, ванадия, других ценных компонентов, позволяющая значительно уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Скачивания
Литература
Global Vanadium Market 2023. Available at: https://au.finance.yahoo.com/news/global-vanadium-market-2023-increasing-121300884.html?guccounter=1 (accessed 8 may 2024).
Goonan T.G. Vanadium recycling in the United States in 2004, U.S. geological survey circular. 2011; 1196–S: 1-17. https://doi.org/10.3133/cir1196S
Moskalyk R.R., Alfantazi A.M. Processing of vanadium: A review, Minerals Engineering, 2003; 16(9): 793-805. https://doi.org/10.1016/S0892-6875(03)00213-9
Ota Y., Suzuki A., Yamaoka K., Nagao M., Tanaka Y., Irizuki T., Fujiwara O., Yoshioka K., Kawagata S., Kawano S., Nishimura O. Geochemical distribution of heavy metal elements and potential ecological risk assessment of Matsushima Bay sediments during 2012–2016, Sci. Total Environ., 2021; 751: 141825. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141825
Makhotkina E.S., Shubina M.V., Shubin I.G. Industrial, ecological and resource-efficient aspects of vanadium production and use of technogenic vanadium sources. Solid State Phenomena, 2020; 299: 1115-20. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.265.994
Chen Q., Yao Y., Li X., Lu J., Zhou J., Huang Z. Comparison of heavy metal removals from aqueous solutions by chemical precipitation and characteristics of precipitates, J. Water Process Eng., 2018; 26: 289-300. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2018.11.003
Belozerova A.A., Pechishcheva N.V., Ordinartsev D.P., Kholmanskikh I.A., Shunyaev K.Yu. Purification of aqueous solutions from As (III) and As (V) with the use of modified montmorillonite, Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2023; 23(5): 858-867. (In Russ.) https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11720
Zhai Y, Wei X, Zeng G, Zhang D, Chu K. Study of adsorbent derived from sewage sludge for the removal of Cd2+, Ni2+ in aqueous solutions, Sep. Purif. Technol., 2004; 38(2): 191-196. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2003.11.007
Shilina A.S., Bakhtin V.D., Burukhin S.B., Askhadullin S.R. Sorption of cations of heavy metals and radionuclides from the aqueous media by new synthetic zeolite-like sorbent, Nuclear Energy and Technology, 2017; 3(4): 249-54. https://doi.org/10.1016/j.nucet.2017.10
Kurniawan T.A., Chan G.Y., Lo W.-H., Babel S. Physico-chemical treatment techniques for wastewater laden with heavy metals, Chem. Eng. J., 2006; 118(1): 83-98. https://doi.org/10.1016/j.cej.2006.01.015
Da̧browski A., Hubicki Z., Podkościelny P., Robens E. Selective removal of the heavy metal ions from waters and industrial wastewaters by ion-exchange method, Chemosphere, 2004; 56(2): 91-106. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.03.006
Li H.-Y., Yang Y., Zhang M., Wei W., Xie B. A novel anion exchange method based on in situ selectively reductive desorption of Cr(VI) for its separation from V(V): Toward the comprehensive use of hazardous wastewater, J. Hazardous Materials, 2019; 368: 670-679. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.01.099
Yuan X.Z., Meng Y.T., Zeng G.M., Fang Y.Y., Shi J.G. Evaluation of tea-derived biosurfactant on removing heavy metal ions from dilute wastewater by ion flotation, Colloid Surf., 2008; 317(1-3): 256-261. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2007.10.024
Xiang J., Huang Q., Lv X., Bai C. Multistage utilization process for the gradient-recovery of V, Fe, and Ti from vanadium-bearing converter slag, J. Hazardous Materials, 2017; 336: 1-7. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.04.060
Zhang J., Zhang W., Xue Z. An environment-friendly process featuring calcified roasting and precipitation purification to prepare vanadium pentoxide from the converter vanadium slag, Metals, 2019; 9(1): 21. https://doi.org/10.3390/met9010021
Khalezov B.D., Krasheninin A.G., Vatolin N.A., Bornovolokov A.S. Manganese recovery from vanadium converter slags after leaching of vanadium, Russian metallurgy (Metally), 2020; 2020(1): 32-38. https://doi.org/10.1134/S0036029520010073
Loza S., Loza N., Korzhov A., Romanyuk N., Kovalchuk N., Melnikov S. Hybrid membrane technology for acid recovery from wastewater in coated steelwire production: A pilot scale study, Membranes, 2022; 12(12): 1196. https://doi.org/10.3390/membranes12121196
Melnikov S.S., Mugtamov O.A., Zabolotsky V.I. Study of electrodialysis concentration process of inorganic acids and salts for the two-stage conversion of salts into acids utilizing bipolar electrodialysis, Sep. Purif. Technol, 2020; 235: 1-10. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116198
Zabolotsky V.I., Korzhov A.N., But A.Yu., Melnikov S.S. Reagent-free electromembrane process for decarbonization of natural water, J. Membranes and Membrane Technologies, 2019; 1(6): 341-346. https://doi.org/10.1134/S2517751619060076
Achoh A., Zabolotsky V., Melnikov S. Conversion of water-organic solution of sodium naphtenates into naphtenic acids and alkali by electrodialysis with bipolar membranes, Separ. Purif. Technol., 2019; 212: 929-940. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.12.013
