Электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений европия(III) из водных систем оксалатов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 66.087

ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЕВРОПИЯ(Ш) ИЗ ВОДНЫХ СИСТЕМ ОКСАЛАТОВ

Тангалычев Роман Данилович, магистрант, Фазылова Алсу Шакировна, магистрант, Темников Станислав Романович, студент, Ибрагимова Эльмира Ильшатовна, магистрант, Крайнов Денис Александрович, студент, Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань, РФ

Проведено исследование электрофлотационного процесса извлечения труднорастворимых соединений Европия (EU+) из водных растворов, в присутствии оксалатов. Установлены оптимальные значения основньж параметров, значения pH среды при заданных концентрациях раствора. Получены экспериментальные данные по влиянию добавок ПАВ и флокулянтов на эффективность электрофлотационного извлечения. Исследования проведены в непроточном электрофлотаторе периодического действия.

Ключевые слова: электрофлотация; соединения европия; ПАВ и флокулянты.

ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF SPARINGLY SOLUBLE COMPOUNDS OF EUROPIUM (III) FROM AQUEOUS SYSTEMS OF OXALATES

Tangalychev Roman Danilovich, the undergraduate, Fazylova Alsu Shakirovna, the undergraduate, Temnikov Stanislav Romanovich, student, Ibragimova El'mira Il'shatovna, the undergraduate, Krainov Denis Aleksandrovich, student, Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia

A study was made of the electroflotation process for extracting hardly soluble Europium compounds (Eu+) from aqueous solutions, in the presence of oxalates. The optimal values of the main parameters, the pH of the medium at the given concentrations of the solution were established. Experimental data on the effect of additives of surfactants and flocculants on the efficiency of electroflotation extraction are obtained. The investigations were carried out in a non-current electric flotator of periodic action. Keywords: electroflotation; europium compounds; surface active agent; flocculants.

Для цитирования: Электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений европия (III) из водных систем оксалатов / Р. Д. Тангалычев, А. Ш. Фазылова, С. Р. Темников, Э. И. Ибрагимова, Д. А. Крайнов // Наука без границ. 2017. № 10 (15). С. 37-40.

Редкоземельные элементы имеют стратегическое значение во многих отраслях промышленности и используются при разработке инновационных технологий. Интерес к европию вызван его незаменимостью в ряде высокотехнологичных продуктов, например в атомной энергетике европий используют в качестве поглотите-

ля нейронов при регулировании ядерных процессов. Оксид европия применяется для создания твердотельных и жидкостных лазеров, генерирующих лазерное излучение в диапазоне видимой области спектра (оранжевые лучи).

В природе не существует минералов с достаточно большим содержанием евро-

пия, он сильно распылён (в монацитовом песке содержится 0,002 % этого элемента), но, вместе с тем, европия в земной коре больше чем, например, серебра в два раза, золота - в 250 раз. Его кларк (содержание по массе) в земной коре составляет 1,340-4 %. Сырьём для получения европия являются минералы и техногенные соединения: лопарит (0,08 %), эвдиалит(0,95 %), апатит(0,7 %).

Индивидуальные редкие земли обычно осаждаются в виде оксалатов, которые обжигаются до получения оксидов. Высокая чистота оксидов может быть достигнута благодаря извлечению оксалатов металлов (в частности европия) методами электрофлотационной технологии.

Электрофлотация является одним из перспективных направлений очистки сточных вод и технологических растворов, а также извлечения труднорастворимых соединений, что обусловлено высокой скоростью процесса и интенсивным выделением дисперсной фазы в пенный продукт [1].

Электрофлотационный процесс основан на электрохимических явлениях, происходящих на электродах, а также на физико-химических явлениях, происходящих в обрабатываемой жидкости, где присутствуют взвешенные вещества и коллоидные частицы, в виде дисперсной фазы.

Их извлечение происходит в результате взаимного слипания (адсорбции) с газообразным продуктом (пузырьками водорода, кислорода, хлора и т. д.). Агрегаты частиц и пузырьков газа всплывают на поверхность и образуют пенный слой (фло-токонцентрат), который с определённой периодичностью автоматически удалятся из аппарата. Электрофлотация осуществляется с применением анода из нерастворимых материалов и катода-сетки, чаще всего сделанного из нержавеющей стали.

Целью данной работы является исследование электрофлотационного процесса извлечения труднорастворимых соединений европия (III) из модельных систем, в присутствии оксалатов. Также исследовалось влияние ПАВ и флокулянтов, которые вводят в систему для интенсификации процесса извлечения.

Экспериментальная часть

Для проведения электрофлотационных опытов по извлечению европия использовалась методика для общих случаев извлечения тяжелых и цветных металлов. 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 анод), катод

4

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

- сетка из нержавеющей стали. Электроды находятся в нижней части аппарата (электрофлотаторе) периодического/непериодического действия. Схема установки показана на рис. 1.

Для проведения анализа на содержание ионов металла в водном растворе до и после электрофлотации (С и С ) исполь-

г т 4 исх ост7

зовался масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).

Предварительные исследования показали, что наиболее важной характеристикой ведения процесса электрофлотации является степень извлечения (а) - величина, показывающая эффективность процесса извлечения металла и рассчитывающаяся по формуле:

где а - степень извлечения; С - исход-

исх

ная концентрация металла; Сост - конечная концентрация металла.

Первый этап экспериментальной части заключался в определении параметров процесса и составлении модельного раствора с неизменяемыми концентрациями исследуемых веществ [2]. С учётом предыдущих исследований предложен состав модельной системы: концентрация европия (Сисх Еи3+) - 1 г/л; концентрация ионов оксалата - 1 г/л; добавки ПАВ и флокулян-

ты - 5 мг/л.

Параметры электрофлотационного процесса: объёмная плотность тока (/у) = 0,2 А/л; температура раствора (/) = 22 °С; время снятия проб из электрофлотатора - 5, 10, 20 минут.

Вторым этапом работы является определение оптимального значения рН раствора, при котором электрофлотационный процесс будет происходить с наивысшей степенью извлечения (а). При электрофлотационном процессе труднорастворимые соединения европия извлекаются в виде дисперсных частиц (гидроксидов европия, оксалатов европия). Результаты определения оптимального рН системы представлены на рис. 2.

По результатам, представленным на рис. 2, можно сделать вывод, что наибольшая эффективность извлечения европия из систем с оксалатом происходит при рН = 10. Это связано с особенностью образования гидроксидов, а также с природой оксалатов.

На третьем этапе исследования в водные модельные растворы европия с оксалатом введены ПАВ и флокулянты, исследовано их влияние на эффективность электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений металла, которые в растворе с этими добавками образуют агрегаты и мицеллы. Экспериментальные

Условия эксперимента: рН = 10; Сдоб = 5 мг/л.

Примечание: все добавки использовались при наличии оксалат-ионов в растворе.

Таблица 1

Влияние ПАВ и флокулянтов на степень извлечения европия (III)

Добавка Степень извлечения европия Eu3+, а

5 минут 10 минут 20 минут

(С2°4)2+ 93 94 96

+ СептаПАВ (катионный) 98 99 94

+ ОксиПАВ А (анионный) 89 94 95

+ PRAEST0L2500 (неионогенный) 82 85 83

исследования проводились при исходных параметрах и составе системы. Данные по влиянию на степень извлечения европия (III) представлены в виде табл. 1.

Результаты, представленные в табл. 1, показывают, что при добавлении в модельную систему СептаПАВ (катионной природы), степень извлечения достигла 98 % уже через 5 минут, а после 10 минут процесса дошла до 99 %. Другие типы добавок отрицательно влияют на процесс извлечения или оказывают незначительное воздействие.

Выводы:

1. Экспериментально исследована возможность эффективного извлечения европия из водных растворов в присутствии оксалатов, а также при добавлении ПАВ и флокулянтов.

2. Определены оптимальные параметры проведения электрофлотационного процесса: объёмная плотность тока (/) = 0,2 А/л, С (Еи3+) = 1 г/л,

Сдоб (С204)2+ = 1 г/л; исх Сдоб (Септа-

ПАВ) = 5 мг/л; рН = 10 является оптимальным для извлечения из данной модельной системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Извлечение труднорастворимых соединений лантана (III) из водных растворов оксалата электрофлотационным методом / Р. Д. Тангалычев, Е. Н. Гайдуков, В. А. Сысоев, Н. Б. Бе-резин // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 4. С. 47-50.

2. Колесников В. А., Ильин В. И., Капустин Ю. И. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. М. : Химия, 2007. 307 с.

REFERENCES

1. Tangalychev R. D., Gaidukov E. N., Sysoev V. A., Berezin N. B., Izvlechenie trudnorastvorimykh soedinenii lantana (III) iz vodnykh rastvorov oksalata elektroflotatsionnym metodom [Extraction of sparingly soluble compounds of lanthanum (III) from aqueous solutions by flotation of the oxalate method]. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta, 2017, vol. 20, no. 4, pp. 47-50.

2. Kolesnikov V. A., Il'in V. I., Kapustin Iu. I. Elektroflotatsionnaia tekhnologiia ochistki stochnykh vod promyshlennykh predpriiatii [Flotation technology of wastewater treatment of industrial enterprises]. Moscow, Khimiia, 2007. 307 p.

Материал поступил в редакцию 12.10.2017 © Тангалычев Р.Д., Фазылова А.Ш., Темников С.Р., Ибрагимова Э.И., Крайнов Д.А., 2017