CC BY
25
УДК 544.6:546.56:546.74
О. Ю. Колесникова, М. Г. Ачкасов, А. В. Колесников, О. Е. Шаталова
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ СУЛЬФИДОВ НИКЕЛЯ И МЕДИ
ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Ключевые слова: электрофлотация, никель, медь, сульфиды.
Определены оптимальные значения pHсреды, для извлечения труднорастворимых сульфидов никеля и меди в присутствии сульфатного фона. Установленовлияние природы вводимой добавки на электрофлотационный процесс извлечения сульфидов никеля и меди. Введение катионного ПАВ в систему содержащую сульфид никеля позволяет достичь максимального значения степени извлечения 97% при pH=12.Сульфид меди показываетнаивысшую степень извлеченияв присутствии анионного ПАВ при pH=11.
Keywords: electroflotation, nickel, copper, sulfides.
Optimum values pH environmentdefnitely, to extraction sparingly nickel and copper sulfides. The dependence of the natureadditive on process electroflotation extraction nickel and copper sulfides. Adding cationic SAS in system including sulfide nickel reached maximum recovery rate 97% at pH=12. Sulfide copper gives best result with anionic SAS at pH=11.
Введение
Одной из важнейших задач в металлургическом производстве в настоящее время является выделение из сточных вод ионов металлов в целях их утилизации. Среди различных способов селективного выделения ионов металлов один из наиболее перспективных методов -электрофлотация [1]. Не стоит также забывать о бурном развитии цветной металлургии в последнее время, в связи с чем возникает проблема очистки стоков от труднорастворимых соединений цветных металлов, с целью понижения ПДК.
Сульфидные руды являются важным источником для получения цветных металлов, таких как: никель, медь, цинк, кобальт и другие [2,3]. Использование электрофлотационного метода, с целью удаления из промышленных стоков труднорастворимых сульфидов цветных металлов без добавления ПАВ или флокулянтов в систему, не дает требуемого результата. Это обусловлено тем, что образующая в ходе электрофлотационного процесса фаза мелкодисперсна, размеры частиц не превышают 30 мкм [4,5]. Поэтому актуально стоит задача выявить влияние ПАВ, флокулянтов на степень извлечения труднорастворимых сульфидов никеля и меди в условиях максимально приближенных к реальным, и также подобрать оптимальные значения рН среды, при которых извлечение в процессе электрофлотации будет максимальным.
Экспериментальная часть
Для проведения электрофлотационных опытов по извлечению сульфида никеля и меди из водных растворов использовалась методика для общих случаев извлечения тяжелых и цветных металлов, подробно описанная в работе [1]. Исследования по электрофлотационному извлечению проводились при комнатной температуре (20±2 °С) в непроточном электрофлотаторе объёмом 500 мл с площадью поперечного сечения аппарата 10 см2; используемый анод - ОРТА (оксидный рутениево-
титановый), катод - сетка из нержавеющей стали. Схема установки показана на рисунке 1.
Рис. 1 - Схема лабораторной электрофлотационной установки периодического действия: 1 - колонна электрофлотатора, 2 -вентиль; 3 - электродный блок; 4 - анод; 5 -катод; 6 - резиновая прокладка; 7 - источник постоянного тока
Объектами исследования являлись модельные растворы сточных вод, содержащие сульфид ионы, а также ионы никеля и меди. Проводилось электрофлотационное извлечение соединений никеля, меди из растворов с соотношением:Металл: 82- = 1:2 (50 мг/л :100 мг/л).
Анализ на содержание ионов никеля и меди проводили по стандартизованной методике на атомно-абсорбционном спектрометре КВАНТ-АФА с пламенным атомизатором и дейтериевым корректором с использованием аналитического оборудования центра коллективного пользования РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Эффективность электрофлотационного процесса оценивали по степени извлечения а с округлением до целых чисел по формуле:
Сисх ~ сост,т Л пп о/ а =-— 100 %,
СИСХ
где сисх - исходная концентрация загрязняющего компонента, мг/л; сост,т - остаточная концентрация загрязняющего компонента в определённый момент времени т, мг/л.
В качестве солей использовали N1804, С^04, №2804, Для приготовления исследуемых
растворов использовали реактивы марки «хч» и «ч».
Для приготовления модельных растворов с заданной концентрацией к пробе исходного раствора ионов металла последовательно добавляли №2804 для обеспечения электропроводности, 100 мг/л №28 и 2 мг/л требуемого ПАВ либо флокулянта, затем доводили до 500 мл дистиллированной водой и отбирали исходную пробу. После этого доводили рН раствора до нужного значения с помощью растворов №0Н и Н28О4.
Контроль рН осуществляли с помощью рН-метра (иономера) ЭВ-74 со стандартными стеклянным (ЭСЛ 43-07) и хлоридсеребряным электродами.
Результаты и их обсуждение
В настоящей работе перед авторами была поставлена задача определить оптимальные значения рН среды, а также влияние природы добавки (ПАВ, флокулянт) на степень извлечения (а, %) №2+, Си2+ в присутствии сульфид ионов. В работе исследовано влияние флокулянтов и поверхностно-активных веществ (ПАВ) различной природы (катионной, анионной, неионной) на эффективность степени извлечения
электрофлотационного процесса№2+, Си2+ из сульфатных систем в присутствии сульфид иона. Одной из определяющих стадий
электрофлотационного процесса извлечения ионов металлов из водных растворов является формирование дисперсной фазы, также известно, что при разломном значении рН среды устойчивость образованных труднорастворимых соединений никеля и медиразлична. В связи с этим было изучено влияние рН среды на степень извлечения (а) №2+,Си2+ из водного раствора в присутствии сульфатного фона.
В таблице 1 представлены результаты зависимости рН, а также вводимой добавки (ПАВ, флокулянт) в систему на эффективность электрофлотационного извлечения №2+ из водного раствора в присутствии сульфид ионов.
В результате обработки полученных данных видно, что оптимальные условия для извлечения никеля из водного раствора №2804 в присутствии сульфид иона достигается при значении рН=12. Максимальный эффект извлечения никеля из водного раствора №2804 достигается при добавлении катионного ПАВ (СептаПАВ), степень извлечения за 20 минут обработки достигает 97%. Также положительная динамика видна при добавлении неионногофлокуляшаЫ-300, степень извлечения 95% достигается при 20 минутах электрофлотационного процесса.
При значении рН=10 также видно положительное влияние добавления катионного ПАВ(СептаПАВ), степень электрофлотационного
извлечения равняется 95%.Все остальные добавки дают в свою очередь результаты ниже 90%, поэтому нельзя с уверенностью сказать, что они положительно влияют на динамику электрофлотационного процесса извлечения №2+ в присутствии сульфид ионов. Степень извлечения при добавлении NaDDS за 20 минут процесса достигает значения 34%, хотя при этих же условия без добавок значение степени извлечения №2+ в присутствии сульфид ионов равняется 43%. На основании чего было определенно, что добавление анионного ПАВ(NaDDS) влияет негативно на данныйэлектрофлотационный процесс.
Таблица 1 - Влияние рН раствора и природы ПАВ и флокулянта на электрофлотационное извлечения сульфида никеля (а, %)
Добавка т, мин а(%), рН
8 10 12
Без добавок 10 22 9 13
20 38 43 68
СептаПАВ 10 30 93 86
(кат. ПАВ) 20 37 95 97
NaDDS 10 13 13 84
(ан. ПАВ) 20 19 34 87
С-496 10 7 73 54
(кат. флок) 20 11 75 74
А-137 10 1 86 75
(ан. флок) 20 11 88 80
N-300 10 14 83 87
(н. флок) 20 18 84 95
Условияэксперимента: С(№ +) = 50 мг/л; С(№^) = 100 мг/л;С(№2804) = 1 г/л; С(ПАВ)= 2мг/л; С(флокулянт) = 2 мг/л; 1= 0,2 А/л.
В таблице зависимости рН
2 представлены результаты а также вводимой добавки в систему на эффективность электрофлотационного извлечения Си2+ из водного раствора в присутствии сульфид ионов.
Таблица 2 - Влияние рН раствора и природы ПАВ и флокулянта на электрофлотационное извлечения сульфида меди (а, %)
1 2 3 4 5 6
Добавка т, а (%), рН
мин 6 8 10 11
Без добавок 5 5 81 20 65
15 7 87 51 73
30 23 88 84 54
СептаПАВ 5 4 5 1 34
(кат. ПАВ) 15 6 8 4 79
30 15 14 16 92
«Продолжение таблицы 2.»
1 2 3 4 5 6
NaDDS 5 17 18 66 90
(ан. ПАВ) 15 17 28 90 96
30 22 29 91 97
Условияэксперимента: С(Си2+) = 50 мг/л; С(№^) = 100 мг/л;С(№2804) = 1 г/л; С(ПАВ)= 2мг/л; С(флокулянт) = 2 мг/л; 1= 0,2 А/л.
Полученные данные показывают, что извлечения меди в присутствии сульфид ионов из сульфатного фона будет оптимальным при рН среды равным 11. Максимальное значение степени извлечения меди достигается при добавлении в систему анионного ПАВ^аЭБ8) и составляет 97%, при 30 минутах электрофлотационного процесса. При добавлении катионного ПАВ(СептаПАВ), при том же времени электрофлотационного опыта степень извлечения ионов Си2+ достигает 92%, что в значительной мере превышает значение полученные ранней при рН=6,8,10(степень извлечения не превышала 16%).
На основании полученных данных авторами были сравнены электрофлотационные процессы извлечения сульфидов никеля и меди из водных растворов №2804при рН=10. Были построены зависимости степени извлечения (а, %) сульфидов никеля и меди от природы добавки при данном значении рН представленные на рисунке 2 и 3.
Рис. 2 - Зависимость степени извлечения (а, %) сульфида никеля из водного раствора Ка28 04в присутствии от природы добавки при рН=10: 1 - без ПАВ, 2 - СептаПАВ, 3 - КаББ8
Рис. 3 - Зависимость степени извлечения (а, %) сульфида меди из водного раствора Ка28 04в присутствии от природы добавки при рН=10: 1 -без ПАВ, 2 - СептаПАВ, 3 НЧаББ8
Как видно из рисунка 2 и 3 без добавления ПАВ в систему, электрофлотационный процесс извлечения сульфидов никеля и медииз водного раствора №2804 протекает неэффективно. Введение ПАВ в значительно мере увеличивает степень извлечения труднорастворимых сульфидов никеля и меди в присутствии сульфатного фона. Важным
фактором в извлечении сульфидов никеля от меди будет служить природа добавляемого ПАВ. Как мы видим из экспериментальных данных, катионный ПАВ(СептаПАВ) будет оказывать положительную динамику на электрофлотационный процесс извлечения сульфида никеля из водного раствора №2804и позволяет достичь значения степени извлечения (а) равной 97%, хотя введения такого же количества его в систему содержащую сульфид меди даст нам результат, не превышающий 16%. Анионный ПАВ^аЭБ8) в свою очередь оказывает положительное воздействие на извлечение сульфида меди (а=91% при 30 минутах процесса), но отрицательно сказывается на извлечения сульфида никеля из аналогичного раствора (а=34% при 20 минутах процесса).
На основании полученных данных можно предположить, что возможно разделения сульфидов никеля и меди друг от друга в сточных водах с помощью добавления в систему ПАВ различной природы. При добавлении ПАВ катионной природы в большей степени будут удаляться труднорастворимые соединения никеля, а труднорастворимые соединения меди будут оставаться в модельном растворе.
Выводы
Установлены особенности влияния флокулянтов и поверхностно-активных веществ (ПАВ) различной природы, а также значение рН среды на процесс электрофлотационного извлечения сульфидов никеля и меди из водного раствора №2804. Доказано, что добавка катионной природы положительно сказывается на динамику электрофлотационного процесса сульфида никеля, а анионные добавки в большей степени уменьшают степень извлечения №2+ в присутствии сульфид ионов. Максимальная степень извлечения никеля в ходе электрофлотационной обработки без добавления флокулянтов или ПАВ равняется 68% при рН=12 в сульфатном фоне, что является достаточно низким результатом. В большей степени это выражается тем, что размер частиц дисперсной фазы лежит в интервале от 1 до 30 мкм, в результате чего такую частицу трудно перевести в пенный слой. Максимальный эффект извлечения никеля из водного раствора достигается при добавлении катионного ПАВ (СептаПАВ), степень извлечения за 20 минут обработки достигает 97%. Это связанно с тем, что заряд частиц N18 сильно отрицателен за счет избытка в системе сульфид ионов (См2+: С82- = 50мг/л:100мг/л).
В ходе проведений экспериментов также было определенно, что анионный ПАВ^аОБ8) оказывает положительное влияние на кинетику электрофлотационного процесса извлечения сульфида меди из водного растовора №2804, в отличие от катионного ПАВ(СептаПАВ).
«Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 14-2900194)»; Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева.
Литература
1. В.А. Колесников, В.И. Ильин, Ю.И. Капустин, Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. Химия, Москва, 2007. 307 с.
2. Я. М Грушко. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах. Л., Химия, 1979.
3. З.М. Шуленина, В.В. Багров, А.В. Десятов, В.А. Колесников .Вода техногенная: проблемы, технологии, ресурсная ценность. // Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 401с.
4. В.А. Бродский, А.В. Колесников. Влияние поверхностных характеристик труднорастворимых соединений никеля, меди и железа на эффективность их извлечения из концентрированных растворов электролитов методом электрофлотации. // Чистая вода: проблемы и решения, 2011. - № 1-2. С. 82-86.
5. В.А. Бродский, М.С. Гречина, В.А. Колесников, В.И. Ильин. Влияние дисперсных характеристик труднорастворимых соединений никеля на эффективность их извлечения из сточных вод предприятий цветной металлургии // Чистая вода: проблемы и решения, 2011. - № 3-4. С. 54-57.
© О. Ю. Колесникова - главный специалист РХТУ им. Д.И. Менделеева, tsukanovaolga11@gmail.com; М. Г. Ачкасов -магистр ФЕН РХТУ им. Д.И. Менделеева, mgggl@yandex.ra; А. В. Колесников - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Технопарка «Экохимбизнес 2000+» РХТУ им. Д.И. Менделеева, artkoles@Hst.ra; О. Е. Шаталова -бакалавр кафедры ИМиЗК РХТУ им. Д.И. Менделеева, olya.shatalova@Hst.ra.
© O. Y. Kolesnikova - main expert D.Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, tsukanovaolga11@gmail.com; M. G. Achkasov - student Faculty of Natural Sciences D.Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, mgggl@yandex.ru; A. V. Kolesnikov - Candidate of Technical Sciences, Researcher Technopark "Ekohim Business 2000+" D.Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, artkoles@list.ru; O. E. Shatalova - student Department of Innovative Materials and corrosion protection D.Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, olya.shatalova@list.ru.
