3.3. Расчет материального баланса нейтрализации электролита известковым молоком

Сточные воды гальванического цеха производства МПП, поступающие на станцию нейтрализации в количестве 30 м³ в сутки, содержат 3 г/л H₂SO₄, 2 г/л CuSO₄. Для нейтрализации используется известковое молоко (25% масс. Ca(OH)₂).

Суточный расход сточных вод составляет 30 000 кг, в т.ч.:

H₂SO₄ 90 кг,

CuSO₄ 60 кг,

H₂O 29 850 кг.

В процессе очистки происходят следующие реакции:

а) нейтрализация серной кислоты

90 кг		X1		Y1		Z1
H2SO4	+	Ca(OH)2	=	CaSO4	+	2H2O
98 г/моль		74 г/моль		136 г/моль		36 г/моль

X₁ = 90  74 / 98 = 67,9 (кг),

Y₁ = 90  136 / 98 = 124,9 (кг),

Z₁ = 90  36 / 98 = 33,06 (кг).

б) осаждение гидроксида меди

60 кг		X2		Y2		U
CuSO4	+	Ca(OH)2	=	CaSO4	+	Cu(OH)2
159,5 г/моль		74 г/моль		136 г/моль		97,5 г/моль

X₂ = 69  74 / 159,5 = 27,8 (кг),

Y₂ = 69  136 / 159,5 = 51,2 (кг),

U = 69  97,5 / 159,5 = 36,7 (кг).

Суточный расход Ca(OH)₂:

Х = X₁ + X₂ = 67,9 + 27,8 =95,7 (кг).

Поступает воды в составе известкового молока

Z₂ = 75 X / 25 = 75*95,7 /25 = 287,1 (кг).

Суточная потребность в известковом молоке

Х + Z₂ = 95,7 + 287,1 = 382,8 (кг).

Приходная часть материального баланса составлена.

Образовалось сульфата кальция

Y = Y₁ + Y₂ = 124,9 + 51,2 =176,1 (кг).

Поступило воды (в т.ч. по реакции а)

29 850 + 33,06 + 287,1 = 30 170,16 (кг).

Гидроксиды меди по условию задачи выпадают в осадок полностью, сульфат кальция и вода распределяются между очищенной водой и осадком:

CaSO4	+	2H2O		CaSO4  2H2O
136 г/моль		36 г/моль		172 г/моль

Пусть S кг сульфата кальция осталось в растворе и W кг выпало в осадок. Учитывая, что осадок содержит также кг воды, можно записать:

S + W = 176,1

S / (30 170,16 – (36/136)W) = 0,7/1000

(Первое уравнение следует из условия материального баланса, второе — из определения растворимости, строго говоря, в знаменателе правой части должно быть 1000 – 0,7 = 999,3; но этой поправкой можно пренебречь).

Решая систему уравнений, находим:

S = 21,13 (кг)

W = 154,97 (кг)

Масса воды в осадке

36  154,97 / 136 = 41,02 (кг).

Осталось воды в растворе

30 170,16 – 41,02 = 30 129,14 (кг).

Расходная часть материального баланса составлена.

Приход	Расход
Сточная вода 30 000 кг/сут. в т.ч.: H2SO4 90 кг/сут. CuSO4 60 кг/сут. H2O 29 850 кг/сут. Известковое молоко 382,8 кг/сут. в т.ч.: Ca(OH)2 95,7 кг/сут. H2O 287,1 кг/сут.	Очищенная вода 30 150,27 кг/сут. в т.ч.: H2O 30 129,14 кг/сут. CaSO4 21,13 кг/сут. Осадок 232,69 кг/сут. в т.ч.: Cu(OH)2 36,7 кг/сут. CaSO4 154,97 кг/сут. H2O 41,02 кг/сут.
Итого: 30 382,8 кг/сут.	Итого: 30 382, 96 кг/сут.

Выводы

1. Методы осаждения широко применяются для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Количественной характеристикой эффективности очистки является произведение растворимости малорастворимого соединения.

2. Ионы меди можно осадить в виде гидроксида (ПР = 6,0 ∙ 10^-20), карбоната (ПР = 1,0 ∙ 10^-9) или сульфида (ПР =1,0 ∙ 10^-40).   Максимальная степень очистки достигается при использовании сульфида и основного карбоната меди Cu(OH)₂CO₃ растворимость которого практически равна нулю. Поэтому медь выгодно осаждать в виде основного карбоната.

3. Выполнен расчет материального баланса нейтрализации известковым молоком кислого сульфатного электролита, использующегося при изготовлении многослойных печатных плат в процессе меднения. Необходимое количество Ca(OH)₂ составляет 30 382,8 кг/сут.