Комбинированный метод переработки отработанного кислого травильного раствора производства изделий из титана

Н. А. Быковский; Е. А. Кантор; Н. С. Шулаев; В. С. Фанаков

Научная статья

Геотехнология и инженерная геология

Комбинированный метод переработки отработанного кислого травильного раствора производства изделий из титана

Авторы:

Н. А. Быковский¹

Е. А. Кантор²

Н. С. Шулаев³

В. С. Фанаков⁴

Об авторах

1 — канд. техн. наук доцент Институт химических технологий и инжиниринга – филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета ▪ Orcid
2 — д-р хим. наук профессор Уфимский государственный нефтяной технический университет ▪ Orcid
3 — д-р техн. наук профессор Институт химических технологий и инжиниринга – филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета ▪ Orcid
4 — ассистент Уфимский государственный нефтяной технический университет ▪ Orcid

Дата отправки:

2024-04-10

Дата принятия:

2024-06-03

Дата публикации онлайн:

2024-07-19

Аннотация

Обладая высокой прочностью, небольшой плотностью и значительной химической стойкостью, титан нашел широкое применение в различных областях народного хозяйства – химическая индустрия, авиационная и ракетная техника, машиностроение, медицина и т.д. Изготовлению изделий из титана мешает достаточно прочная оксидная пленка, покрывающая его поверхность. Удаление оксидной пленки с поверхности титановых заготовок осуществляют травлением в растворах минеральных кислот различного состава. Образуется отработанный кислый травильный раствор (ОКТР), содержащий титановую соль и остаток непрореагировавших кислот. Практически все травильные растворы содержат HF и одну из сильных кислот. Это H 2 SO 4 , HCl или HNO 3 . Таким образом, в ОКТР входят ионы титана, фтора или хлора, или сульфата, или нитрата. ОКТР достаточно токсичен и перед сбросом в водоем подлежит многократному разбавлению или очистке. Большинство методов, применяемых для извлечения из ОКТР находящихся в нем примесей, приводит к снижению их содержания. В результате такой очистки происходит потеря веществ, содержащихся в ОКТР в значительном количестве и представляющих интерес для дальнейшего использования. В работе приведены экспериментальные результаты, полученные при комбинированной переработке ОКТР, содержащей фторид титана, фтористоводородную и хлористоводородную кислоты. На первой стадии ОКТР обрабатывается гидроксидом натрия. Образующийся в результате осадок гидроксида титана отфильтровывается. На второй стадии фильтрат, содержащий фторид и хлорид натрия, подвергается обработке в мембранном электролизере. При этом происходит не только извлечение солей натрия из фильтрата, но и получение гидроксида натрия и смеси фтористоводородной и хлористоводородной кислот. Гидроксид натрия можно применить для обработки ОКТР, а смесь кислот для травления титановых заготовок.

Ключевые слова:

травление титана отработанный травильный раствор электрохимическая переработка мембранный электролизер гидроксид титана гидроксид натрия хлористоводородная кислота фтористоводородная кислота

Литература

Лысенко М.П., Тлехусеж М.А. Титан и его применение в различных отраслях промышленности // Научное обозрение. Педагогические науки. 2019. № 4. Ч. 4. С. 64-67.
Дьяченко А.Н., Дьяченко Е.Н., Крайденко Р.И. Диоксид титана: рынок, производство, новые технологии // Лакокрасочные материалы и их применение. 2021. № 7-8. С. 41-50.
Петрова Т.А., Епишина А.Д. Антикоррозионная защита трубопроводного транспорта на горно-перерабатывающих предприятиях // Обогащение руд. 2023. № 6. С. 52-58. DOI: 10.17580/or.2023.06.09
Солдатов В.Г., Вавилин Я.А. Применение титана для раскисления стали // Уральский научный вестник. 2019. Т. 9. № 2. С. 17-21.
Zeynalov E.B., Huseynov E.R., Salmanova N.I., Abdurahmanova N.A. Nano-grade titanium dioxide on the nanocarbon carrier as catalyst in aerobic oxidation of alkyl aromatic hydrocarbons // Chemical Problems. 2020. № 3 (18). P. 351-360. DOI: 10.32737/2221-8688-2020-3-351-360
Трушин П.В. Применение мелкогранулированного никелида титана в хирургической практике // Медицинский вестник Северного Кавказа. 2019. Т. 14. № 3. С. 472-475 (in English). DOI: 10.14300/mnnc.2019.14114
Marin E., Lanzutti A. Biomedical Applications of Titanium Alloys: A Comprehensive Review // Materials. 2024. Vol. 17. Iss. 1. № 114. DOI: 10.3390/ma17010114
Lakshmanan V.I., Roy R., Halim M.A. Innovative Process for the Production of Titanium Dioxide / Innovative Process Development in Metallurgical Industry. Cham: Springer, 2016. P. 359-383. DOI: 10.1007/978-3-319-21599-0_18
Sadeghi M.H., Esfahany M.N. Development of a Safe and Environmentally Friendly Sulfate Process for the Production of Titanium Oxide // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2022. Vol. 61. № 4. P. 1786-1796. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c03364
de Formanoir C., Suard M., Dendievel R. et al. Improving the mechanical efficiency of electron beam melted titanium lattice structures by chemical etching // Additive Manufacturing. 2016. Vol. 11. P. 71-76. DOI: 10.1016/j.addma.2016.05.001
Liu Z., Tsai I.-L., Thompson G.E. et al. Chemical etching behaviour of titanium in bromine-methanol electrolyte // Materials Chemistry and Physics. 2015. Vol. 160. P. 329-336. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2015.04.045
Marin E., Diamanti M.V., Boffelli M. et al. Effect of etching on the composition and structure of anodic spark deposition films on titanium // Materials & Design. 2016. Vol. 108. P. 77-85. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.06.088
Черемисина О.В., Сергеев В.В., Федоров А.Т., Алферова Д.А. Разделение редкоземельных металлов и титана в процессе комплексной переработки апатитового концентрата // Обогащение руд. 2020. № 5. С. 30-34. DOI: 10.17580/or.2020.05.05
Денисова О.В., Карапетян К.Г. Углеродные материалы, поверхностно модифицированные ионами переходных металлов // Цветные металлы. 2023. № 8. С. 56-61. DOI: 10.17580/tsm.2023.08.10
Ковальская К.В., Горланов Е.С. Лигатуры Al – Ti – B: структурообразование в модифицированных сплавах // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 57-64. DOI: 10.17580/tsm.2022.07.06
Тюлягин П.Е., Мурашова Н.М., Морозова Я.А., Насакина Е.О. Травление титана с помощью обратных микроэмульсий додецилсульфата натрия, содержащих неорганические кислоты // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. 35. № 9 (244). С. 53-55.
Spitaels L., Rivière-Lorphèvre É., Díaz M.C. et al. Surface finishing of EBM parts by (electro-) chemical etching // Procedia CIRP. 2022. Vol. 108. P. 112-117. DOI: 10.1016/j.procir.2022.03.023
Motasim M., Aydoğan S., Agacayak T. et al. The influence of sodium fluoride on the dissolution kinetics of metallic titanium in citric acid solution using the rotating disc method // Hydrometallurgy. 2024. Vol. 226. № 106297. DOI: 10.1016/j.hydromet.2024.106297
Черемисина О.В., Пономарева М.А., Молотилова А.Ю. и др. Сорбционная очистка вод кислотонакопителя от железа и титана на органических полимерных материалах // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 971-980. DOI: 10.31897/PMI.2023.28
Коломенский А.Б., Шахов С.В., Коломенский Б.А. Влияние газонасыщенных слоев и оксидных пленок на ударную вязкость титановых сплавов различных групп прочности // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2017. Т. 13. № 2. С. 132-139.
Штефан В.В., Смирнова А.Ю. Оксидирование титана в Zr, Mo-содержащих растворах // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2017. Т. 53. № 2. С. 197-203. DOI: 10.7868/S0044185617020243
Любушкин Т.Г., Носова Т.И., Кузин Е.Н. Исследование влияния добавки соединений титана на процесс коагуляционной очистки сточных вод гальванического производства // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. 35. № 12 (247). С. 108-110.
Bhattacharya S., Saha I., Mukhopadhyay A. et al. Role of nanotechnology in water treatment and purification: Potential applications and implications // International Journal of Chemical Science and Technology. 2013. Vol. 3. Iss. 3. P. 59-64.
Кузин Е.Н., Аверина Ю.М., Курбатов А.Ю., Чередниченко А.Г. Повышение эффективности очистки сточных вод гальванических производств с использованием титансодержащих коагулянтов и мембранной очистки // Экология и промышленность России. 2024. Т. 28. № 3. С. 27-31. DOI: 10.18412/1816-0395-2024-3-27-31
El Khalloufi M., Drevelle O., Soucy G. Titanium: An Overview of Resources and Production Methods // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 12. № 1425. DOI: 10.3390/min11121425
Karshyga Z., Ultarakova A., Lokhova N. et al. Processing of Titanium-Magnesium Production Waste // Journal of Ecological Engineering. 2022. Vol. 23. Iss. 7. P. 215-225. DOI: 10.12911/22998993/150004
Патент № 2538900 РФ. Способ очистки сточных вод титано-магниевого производства / Н.Г.Осипенко, С.В.Кирьянов, С.А.Рзянкин, В.В.Тетерин. Опубл. 10.01.2015. Бюл. № 1.
Патент № 2786369 РФ. Способ обработки перед напылением титан-германий (Ti-Ge) / Т.А.Исмаилов, Б.А.Шангереева, А.Р.Шахмаева, Э.Казалиева. Опубл. 20.12.2022. Бюл. № 35.
Патент № 2758704 РФ. Способ обработки тонких листов из титана / А.П.Орлов. Опубл. 01.11.2021. Бюл. № 31.
Патент № 2522061 РФ. Способ изготовления анодов / Л.С.Иванова, В.В.Макшаков, С.В.Задорожный. Опубл. 10.07.2014. Бюл. № 19.
Быковский Н.А., Винокуров Е.Г., Шулаев Н.С. Экспериментальный анализ эффективности электрохимического процесса переработки сточных вод производства бикарбоната натрия с получением гидроксида натрия // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. № 8. С. 139-145. DOI: 10.6060/ivkkt.20216408.6445
Мешалкин В.П., Шулаев Н.С., Быковский Н.А., Аристов В.М. Физико-химические основы комбинированной энергоресурсоэффективной технологии переработки стоков производства кальцинированной соды // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2020. Т. 494. № 1. С. 45-49. DOI: 10.31857/S268695352005009X
Bykovskii N.A., Puchkova L.N., Fanakova N.N. et al. Recycling the Wastewater in the Production of Ethylenediamine // Chemical and Petroleum Engineering. 2019. Vol. 54. Iss. 11-12. P. 787-794. DOI: 10.1007/s10556-019-00551-7

Комбинированный метод переработки отработанного кислого травильного раствора производства изделий из титана

Аннотация

Литература

Похожие статьи