CC BY
13
УДК 66.087.4; 675.043.42
Стоянова А.Д., Колесников В.А., Владимирская З.С.
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ СМЕСИ МЕТАЛЛОВ Cu, Ni, Zn, Cr, Fe ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА В ПРИСУТСТВИИ СЫРЫХ ТАЛЛЫХ МАСЕЛ
Стоянова Алёна Дмитриевна, к.т.н., старший преподаватель кафедры ТНВ и ЭП; milyutina alena rhtu@mail.ru;
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТНВ и ЭП.
Владимирская Зоя Сергеевна, студент 4 курса бакалавриата кафедры ТНВ и ЭП.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20
Исследовано извлечение смеси металлов Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cr3+, Fe3+ из водного раствора методом электрофлотации с последующей фильтрацией. Экспериментально установлено влияние анионного поверхностно-активного вещества (мыла сырых таллых масел лиственных пород древесины) на степень извлечения труднорастворимых соединений металлов.
Ключевые слова: электрофлотация, поверхностно-активное вещество, сырые таллые масла, степень извлечения, цветные металлы.
ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF A METAL MIXTURE (Cu, Ni, Zn, Cr, Fe) FROM AN AQUEOUS SOLUTION IN THE PRESENCE OF RAW MELTED OILS
Stoyanova Alyona Dmitrievna, Kolesnikov Vladimir Aleksandrovich, Vladimirskaya Zoya Sergeevna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The extraction of a metals mixture of Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cr3+, Fe3+ studied from an aqueous solution by electroflotation followed by filtration. The effect of anionic surfactant (soaps of raw melted oils of hardwood) on the degree of extraction of sparingly soluble metal compounds is experimentally established.
Keywords: electroflotation, surfactant, raw melted oil, the degree of extraction, non-ferrous metals.
Одной из актуальных задач охраны окружающей среды является обезвреживание жидких токсичных техногенных отходов. Загрязнение водных объектов жидкими отходами происходит на всех стадиях производственного цикла: от добычи полезных ископаемых, их обогащения, переработки, промышленного использования в различных отраслях до складирования отходов. Источники загрязнений могут иметь в своем составе вредные компоненты, в число которых могут входить весьма токсичные вещества: ионы тяжелых металлов, органические соединения, в том числе нефтепродукты, фенолы, поверхностно-активные вещества и др. Их содержание в воде строго регламентируется нормативными документами [1].
Одним из эффективных методов очистки сточных вод сложного состава является электрофлотация, применяемая, как правило, в сочетании с другими современными технологиями. Для электрофлотационной очистки характерны отсутствие вторичных загрязнений и низкие энергозатраты, что является существенным преимуществом перед другими электрохимическими методами [1].
В настоящее время в качестве реагента-собирателя для флотационного обогащения нефелинсодержащих руд в основном используют анионные ПАВ - мыла талловых масел лиственных и хвойных пород древесины. Поэтому целью
настоящей работы является выявление закономерностей процесса электрофлотационного извлечения смеси гидроксидов металлов (Си, №. Zn, Fe, Сг) в присутствии промышленного анионного поверхностно-активного вещества - мыла сырых талловых масел лиственных пород древесины (СТМл).
Материалы и методика
Извлечение смеси загрязняющих ионов (Си2+, №2+, 2п2+, Бе3+, Сг3+) из водного раствора, содержащего сульфат-ионы, осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми анодами [1].
Для получения мыла использовали сырое талловое масло лиственных пород, составом: 37,7 %
- жирные кислоты, 31,8 % - смоляные кислоты, 7,0 %
- стерины, 11,2 % алифатические спирты, 9,1 % смолы. Молекулярная масса СТМл - 333 г/моль.
Исследования проводили с использованием водного раствора в присутствии фонового электролита 1 г/л Ка2Б04 при комнатной температуре (20 ± 2°С). Индивидуальная концентрация каждого металла в растворе составляла 20 мг/л. Концентрация СТМл - 1-10 мг/л. Объемная плотность тока - 0,4 А/л. Контроль рН осуществляли с помощью рН-метра (иономера) ЭВ-74 со стандартными стеклянным (ЭСЛ 43-07) и хлоридсеребряным электродами.
По окончанию процесса электрофлотации раствор фильтровали с помощью фильтровальной бумаги марки «Синяя лента». Определение концентрации ионов металлов в растворах проводилось на атомно-абсорбционном
спектрометре КВАНТ-АФА по стандартизированной методике [2].
Эффективность процесса извлечения ионов металлов из раствора оценивали по степени извлечения а (%), которую рассчитывали по формуле (1), где сисх/скон - исходная/конечная концентрация иона металла, мг/л:
а =
; - 100%, (1)
Результаты и их обсуждение
В начале работы были проведены исследования
извлечения смеси ионов Си2+, №2+, 2п2+,
Сг3
Бе3+ в
виде труднорастворимых гидроксидов
соответствующих металлов, образующихся при рН 7, из водных растворов в отсутствии СТМл (таблица 1).
Таблица 1 - Исследование процесса электрофлотационного извлечения смеси
труднорастворимых соединений Си, N1, Zn, Сг, Fe из
Время, мин а, %
Си N1 гп Сг Бе
20 88 33 62 89 82
20+ф 99 61 85 98 97
СЕ[Си
(Ма£04) = 1 г/л; рН = 7,0
0,4 А/л; С
После включения электрофлотатора пузырьки, выделяющихся газов 02 и Н2, захватывали хлопья бледно-желтого цвета загрязнений и поднимали их на поверхность раствора, образуя устойчивый пенный слой. Раствор становился прозрачным.
Рисунок 1 - Пенный слой (флотошлам) электрофлотационного извлечения смеси металлов из водного раствора. Условия: СЕ[Си2+, №2+, 2и2+, Сг3+, Ее3+] = 100 мг/л, ^ = 0,4 А/л; с (Na2SO4) = 1 г/л; pH = 7,0
Опираясь на результаты эксперимента (таблица 1), можно сделать вывод, что металлы Си, Сг, Fe имеют довольно высокие степени извлечения - 8289 %. Фильтрация растворов проб этих металлов
позволила увеличить степени извлечения до 97-99 %.
Далее водный раствор смеси металлов исследовали с добавлением анионного ПАВ СТМл различной концентрации. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Влияние анионного ПАВ СТМл на эффективность электрофлотационного извлечения смеси
Время, мин а, %
СТМЛ 1 мг/л СТМЛ 5 мг/л СТМЛ 10 мг/л
Си N1 гп Сг Бе Си N1 гп Сг Бе Си N1 гп Сг Бе
20 95 15 70 96 85 90 17 66 96 87 95 28 87 94 95
20+ф 96 30 82 99 90 93 25 79 98 93 97 37 90 97 96
При добавлении в систему анионного поверхностно-активного вещества СТМл наблюдается повышение эффективности
электрофлотационного процесса
труднорастворимых гидроксидов Си, Сг и Бе. Степень извлечения данных металлов составила 8796% вне зависимости от концентрации СТМл. Отмечено, что более эффективное извлечение ионов железа (III) достигалось при концентрации СТМл 10
мг/л, тогда как на степень извлечения ионов хрома (III) и меди (II) концентрация СТМл не влияла.
Менее эффективно процесс электрофлотации протекал для извлечения металлов никеля (II) и цинка (II) - степень извлечения достигала 15-28% и 66-77%% соответственно. Эффективное извлечение ионов 2п2+ было установлено при добавлении 10 мг/л СТМл. Последующее фильтрование растворов позволило увеличить степень извлечения.
V
V
Наглядно полученные данные представлены на рисунке 2.
Си N3 1п Сг Ре
Рисунок 2 - Влияние концентрации анионного ПАВ СТМл на степень извлечения смеси труднорастворимых
соединений Си, N1, Zn, Сг, Fe из водного раствора. Условия: ед^^, №2+, Zn2+, Cr3+, Fe3+] = 100 мг/л; ^ = 0,4 А/л; С = 1 г/л; pH = 7,0
Заключение
Таким образом, была показана возможность электрофлотации смеси труднорастворимых соединений Си, №, Zn, Сг, Fe из раствора при введении промышленного анионного поверхностно-активного вещества - мыла сырых талловых масел лиственных пород древесины.
Установлено, что добавка СТМл подавляет процесс электрофлотационного извлечения ионов N1 . В то же время СТМл практически влияет на степень извлечения ионов 2п2+.
Однако в присутствии данного ПАВ эффективно протекает электрофлотация таких ионов металлов, как Си2+, Сг3+, Бе3+.
Список литературы
1. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий [Текст] / Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И. и др.: Под ред. Колесников В.А. - М.: Химия, 2007. - 304 с.
2. Гайдукова А.М. Извлечение металлов переменной валентности из водных растворов с использованием электрохимических и физических методов: дис. ... канд. техн. наук. М., 2016. 155 с.
