Сплавы кобальта, никеля, ванадия, молибдена и алюминия. Их вначале растворяют в серной кислоте, а затем в раствор добавляют горячую щелочь. При этом основные металлы (кобальт и никель) образуют выпадающие в осадок гидроксиды, а амфотерные (ванадий, молибден, алюминий) - растворимые гидроксокомплексы:
(Co3+, Ni2+, V5+ Mo6+, Al3+) + NaOH + H2O → Co(OH)3↓ + Ni(OH)2↓ + Na[V(OH)6] + Na2[Mo(OH)8] + Na3[Al(OH)6].
Далее следует фильтрация, после чего промытый осадок растворяют в серной кислоте, и раствор сульфатов направляют на электролиз, а раствор осторожно нейтрализуют кислотой, выделяя и отфильтровывая последовательно осадки Al(OH)3, V2O5·H2O и MoO3·H2O.
Молибден из отходов производства Проволоку и другие изделия окисляют в токе кислорода при 9000°С, полученный загрязненный MoO3 растворяют в аммиаке:
MoO3 + NH4OH = (NH4)2MoO4 + H2O,
отфильтровывают раствор молибдата и постепенным выпариванием аммиака получают осадок парамолибдата аммония:
7(NH4)2MoO4 + 4H2O = (NH4)6Mo7O24 ↓ + 8(NH4)OH (1)
Для получения чистой трехокиси молибдена, пригодной для восстановления металла, парамолибдат прокаливают при 5000°С:
(NH4)6Mo7O24 → 7MoO3 + 6NH3 + 3H2O.
Рассмотренный метод достаточно сложен и пригоден для получения очень чистого продукта. Если требования к чистоте трехокиси невысоки, то полученный в результате окисления оксид растворяют в щелочи, молибдат разлагают азотной кислотой, отфильтровывают образовавшуюся H2MoO4 и подвергают ее термическому разложению. Соответствующие уравнения имеют вид:
MoO3 + 2NaOH = Na2MoO4 + H2O,
Na2MoO4 + 2HNO3 = H2MoO4 + 2NaNO3,
H2MoO4 → MoO3 + H2O (2)
Молибден из ламп накаливания
Из него изготавливают держатели вольфрамовых нитей. Дробленые отходы обрабатывают смесью серной и азотной кислот:
Mo + 2H2SO4 + 2HNO3 = H2MoO4↓ + 2SO2 + 2NO2 + 2H2O
Осадок молибденовой кислоты вместе со шламом отфильтровывают и обрабатывают аммиаком, переводя молибден в раствор в виде простого молибдата аммония. Затем молибденсодержащий раствор отфильтровывают от шлама, промывают шлам водой и из полученного раствора осаждают парамолибдат, который затем подвергают термическому разложению по реакции (1).
Молибден из катализаторов
В зависимости от назначения катализаторы могут содержать либо оксид, либо сульфид молибдена (IV). Оксидные отработанные катализаторы сушат, осторожно удаляют основную часть органики и остаток спекают с содой:
3 + Na2CO3 = Na2MoO4 + CO2.
Затем в раствор добавляют азотную кислоту:
2MoO4 + 2HNO3 = H2MoO4↓ + 2NaNO3,
и выделившийся осадок обрабатывают, как указано выше (2).
Сульфидные катализаторы после сушки и удаления органики осторожно обжигают в токе кислорода:
MoS2 + 5O2 = 2MoO3 + 4SO2.
Утилизация никеля и кобальта
Основная доля этих металлов расходуется на легирование сталей и получение химических и электрохимических покрытий.
Никель и кобальт из лома нержавеющих сталей. Лом возвращают на металлургические заводы.
Утилизация галлия, германия и гадолиния
Галлий, германий, гадолиний из элементов запоминающих устройств. Из этих трех металлов два (галлий и германий) амфотерны, и их оксиды реагируют с расплавленными щелочами, образуя галлаты и германаты. Последние растворяются в воде с образованием растворимых гидроксокомплексов, а оксид гадолиния остается в осадке. Его отфильтровывают, промывают водой, растворяют в серной кислоте и переосаждают гидроксид, из которого прокаливанием получают целевой продукт - оксид гадолиния Gd2O3. Оксиды галлия и германия получают, осторожно нейтрализуя гексагидроксокомплексы. При этом вначале выпадает гидроксд галлия, из которого получают оксид Ga2O3, а фильтрат упаривают и к раствору прибавляют кислоту до выпадения гидратированного оксида GeO2·H2O.
Утилизация свинца
Глобальная проблема этого дорогого и очень токсичного металла состоит в том, что огромные количества его расходуются и, к сожалению, безвозвратно теряются при работе бензиновых двигателей. Прочие виды свинцовых выбросов достаточно легко могут быть утилизированы и обезврежены.
Свинец из лома аккумуляторов
В отработавших свой срок аккумуляторах свинец содержится в трех формах - Pb, PbO2 и PbSO4. Все они достаточно эффективно могут быть переработаны путем плавки с восстановителем:
PbO2 + PbSO4 + 2C = 2Pb + 2CO2 + SO2
Сульфат, однако, может быть переработан и более экономичным гидрохимическим путем:
PbSO4 + Ca(OH)2 = PbO·CaSO4·2H2O↓·CaSO4·2H2O + 2KCl = PbO↓ + CaCl2 + K2SO4 + H2O.
Оксид отделяют от раствора, сушат и восстанавливают углем:
+ C = Pb + CO.
Свинец из припоя
В состав припоя входят растворимые хлориды аммония, цинка и нерастворимый - хлорид свинца. Его выщелачивают водой, отделяют от раствора, сушат и спекают со щелочью в присутствии угля и углекислого газа:
2PbCl2 + 8NaOH + C + CO2 = 2Pb + 2Na2CO3 + 4NaCl + 4H2O.
Свинец из стрельбищных почв
Гильзы и пули достаточно легко разделить механически. Далее следует механическое разделение почвы и металлов в гидромеханических разделителях типа лотков или отсадочных машин. Полученные концентраты плавят или подвергают гидрохимической обработке азотной и соляной кислотами:
, Zn, Pb + HCl = (Cu, PbCl2)↓ + ZnCl2,
(Cu, PbCl2) + HNO3 = PbCl2↓ + Cu(NO3)2.
Полученные соли направляют на электролиз для последовательного выделения цинка, свинца и меди.
Утилизация ртути
При амальгамации, при электролизе натрия и в ряде других производств ртуть подвергается рекуперации с параллельной демеркуризацией выбросов. Использование ртути для производства промышленных и бытовых приборов приводит к распылению ртути и к необходимости ее утилизации.
Ртуть из скрапа
Под ртутьсодержащим скрапом следует понимать лом промышленных и бытовых приборов, содержащий металлическую ртуть (термометры, барометры, батарейки, ртутные выпрямители, переключатели, люминесцентные лампы и т. п.). Такого рода материалы измельчают под водой и отмывают ртуть, собирая ее в специальных углублениях промывных емкостей. Небольшое количество ртути, содержащееся в растворе, осаждают в виде сульфида.
Ртуть из катализаторов
При получении многих органических соединений, например, уксусной кислоты используют катализаторы на основе каломели Hg2Cl2, которая легко восстанавливается при обычных условиях мягкими восстановителями:
2Cl2 + 2FeCl2 = 2Hg + 2FeCl3.
В случае необходимости ее можно и окислить:
2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2,
отмыть растворимую сулему и снова получить каломель:
2 + Hg = Hg2Cl2.
Утилизация титана
Титан из нержавеющих сталей и лома Стали обычно направляют в переплавку, а лом - либо на получение ферротитана, либо в металлургический передел на раскисление металла:
Fe2O3 + 3Ti = 3TiO2 + 4Fe
Последнее сопровождается образованием титановых шлаков.
При необходимости титан можно утилизировать в форме ценных химических соединений. Для этого используют гидрохимический метод переработки лома - растворение его в соляной кислоте при нагревании:
Ti + 6HCl + 6H2O = 2[Ti(H2O)6]Cl3 + 3H2,
окисление трехвалентного титана хлором:
3 + Cl2 = 2TiCl4
и восстановление тетрахлорида натрием или магнием:
4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2.
Утилизация вольфрама
Это важнейший компонент большинства тугоплавких и жаростойких сплавов. В чистом виде используется для изготовления нитей ламп накаливания.
Вольфрам из проволоки и скрапа
Металл окисляют в токе кислорода при 8000°С, растворяют загрязненный WO3 в аммиаке:
WO3 + 2NH4OH = (NH4)2WO4 + H2O,
отделяют раствор от нерастворимых примесей, упаривают, нейтрализуют азотной кислотой:
(NH4)2WO4 + 2HNO3 = H2WO4↓ + 2NH4NO3,
отфильтровывают осадок вольфрамовой кислоты, подвергают его термическому разложению и получают чистый вольфрамовый ангидрид, пригодный для восстановления металла водородом.
Вольфрам из карбидов
Их подвергают окислительному обжигу при 1700°С и с полученным ангидридом поступают, как описано выше.
Утилизация ванадия
Все вторичные ванадийсодержащие материалы можно использовать для легирования стали (необходимо, однако, помнить, что часть ванадия при окислительной плавке неизбежно попадает в шлак).
Исключение составляют отходы катализаторов, содержащие нежелательные при плавке компоненты.
Ванадий из катализаторов
Отработанные катализаторы сушат и хлорируют четыреххлористым углеродом при 2000°С (можно сухим хлором при 7000°С). Полученный VOCl3 перегоняют при 1300°С и подвергают гидролизу:
VOCl3 + 5H2O = V2O5·2H2O + 6HCl.
Затем гидратированную пятиокись растворяют в аммиаке, отделяют нерастворенные примеси, а фильтрат, содержащий метаванадат аммония, упаривают до выпадения соли, после чего соль кристаллизуют, сушат и термически разлагают с получением чистой пятиокиси ванадия:
NH4VO3 → V2O5 + 2NH3 + H2O.
Утилизация цинка
Основная проблема утилизации цинка - техногенное рассеяние в связи с широкой распространенностью цинкования черных металлов и низкими температурами возгонки металла и его соединений.
Цинк из цинкового лома
Лом - это чаще всего отходы цинкового производства, которые подвергают переплавке в закрытых печах при температуре чуть выше точки плавления (419,50°С).
Цинк из окисных съемов с расплавленной латуни
Оксид цинка снимают с поверхности ванны и спекают с избытком соды при температурах 500 - 6000°С (при 7000°С он заметно возгоняется):
+ Na2CO3 = Na2ZnO2 + CO2
Спек обрабатывают серной кислотой, и раствор сульфата цинка подвергают электролизу.
Цинк из отработанных электролитов и растворов цинковаия. С помощью хлорида натрия переводят сульфат в хлоридный комплекс и выделяют цин на подходящем анионите.
Цинк из отработанных катализаторов
Хлорид осторожно возгоняют в токе кислорода, окисляя присутствующие в массе катализатора примеси углерода, серы, аммиака и другие, а затем конденсируют хлорид в специальных камерах.
Утилизация урана
Уран из скрапа после обработки ядерного топлива. Уран находится в нем в виде UO2, который растворяют в серной кислоте:
UO2 + 2H2SO4 = U(SO4)2 + 2H2O
и осаждают уран на катионитах.
Уран из сточных вод гидрометаллургического производства
В сточных водах уран присутствует в виде параураната аммония и может быть непосредственно извлечен с помощью анионообменных смол.
Уран из ветоши, одежды, рукавиц, масел и других материалов
Эти отходы осторожно озоляют, растворяют получившийся UO2 в серной кислоте и экстрагируют трибутилфосфатом.