CC BY
47
X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 9 (125)
УДК 628.543(088.8)
М.С. Гречина, В.И. Ильин
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ МЕТАЛЛОВ (Си, Ni, Со, Fe) ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
A process of the electroflotation of recovery of a dispersed phase of metals from waste waters (Си, Ni, Co, Fe) of firms of non-ferrous metallurgy has been studied. It is shown that in the range of current densities 0,1-0,4 A/1 the degree treatment of the waste water from dispersed phase of metals is 95-99 % and time treatment of waste water 8-10 min. The process of electroflotation combined with flocculation treatment of the waste water enables time to 3-5 min and electric power consumption by 2 to 3 times.
Исследован электрофлотационный процесс извлечения дисперсной фазы металлов (Си, Ni, Со, Fe) из сточных вод предприятий цветной металлургии. Показано, что в диапазоне плотности тока 0,1-0,4 А/л степень очистки сточной воды от дисперсной фазы меди составляет 95-99 % при времени обработки 8-10 минут. Проведение процесса электрофлотации с флокуляционной обработкой воды позволяет сократить время до 3-5 минут и затраты электроэнергии в 2-3 раза.
Разнообразие перерабатываемого сырья, сложность и многостадий-ность производственных процессов предприятий цветной металлургии обусловливают большой выход сточных вод, высокую степень их загрязнённости. Если в составе сточных вод предприятий отрасли нормативно-чистые воды составляют 15 %, то доля загрязнённых вод, сбрасываемых в природные поверхностные водные объекты, достигает 50 %. Это в основном сточные воды, образующиеся в электролитных цехах, при смыве полов и обмыве аппаратуры. Несмотря на то, что схемы обогащения, водопотребления и во-доотведения, номенклатура и расход применяемых реагентов на предприятиях различаются, сточные воды в значительной степени загрязнены соединениями металлов: меди, никеля, кобальта, цинка, кадмия, свинца и т. п. Повышение требования к качеству сброса сточных вод в объекты рыбохозяй-ственного значения по их содержанию создаёт определённые сложности в разработке схем глубокой очистки сточных вод.
Проблема охраны водных объектов в значительной мере решается при внедрении новых сооружений и установок, которые обеспечивают очистку сточных, шахтных, рудничных, ливнёвых вод, а иногда и технологических растворов.
В общем случае очистку сточных вод проводят механическими и физико-химическими методами, связанными с извлечением примесей. Практически отсутствуют методы глубокой очистки воды, при которой степень удаления загрязняющих веществ практически не ограничена и определяется условиями сброса очищенных вод в водные объекты.
В настоящее время уровень обеспеченности новейшими технологиями и установками для очистки сточных вод невысок. Непрерывное ужесто-
С й 6 X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 9 (125)
чение нормативных требований привело к исчерпанию технических возможностей существующих технологий производить очистку сточных вод до нормативных показателей. Действующие очистные сооружения большей частью нуждаются в ремонте и модернизации. В последние годы разрабатываются и внедряются все более эффективные методы очистки и доочистки сточных вод с применением новейших способов - электрохимических, мембранных, сорбционных, магнитных и др. В то же время, рост водопотребле-ния и возросшие требования к качеству воды обусловливают поиск направлений интенсификации процессов водоочистки, направленных на повышение скорости и эффективности процесса очистки, повышение производительности очистных сооружений, сокращение их эксплуатационных затрат, упрощение существующих технологий.
Для практического применения в РХТУ им. Д.И. Менделеева на кафедре ТЭП ведутся работы по очистке жидких отходов предприятий цветной металлургии с использованием электрофлотации с нерастворимыми электродами.
В качестве объекта исследования использовали модельные растворы и имитаты сточных вод, содержащие ионы металлов (медь, никель, кобальт, железа и др.). Массовое содержание металлов в воде определялось методом атомно-адсорбционной спектроскопии.
В начальной стадии экспериментов было исследовано влияние температуры очищаемой воды при рН = 9,5-11 на свойства дисперсной фазы соединений металлов.
Установлено, что повышение температуры воды не влияет на растворимость осадка металлов, но влияет на их фазовый состав.
В последующей серии опытов выяснено влияние объёмной плотности тока на эффективность извлечения дисперсной фазы металлов. Полученные данные свидетельствуют о том, что в диапазоне объёмной плотности тока от 0,2 до 0,4 А/л и при продолжительности обработки 10 минут, степень очистки воды увеличивается и достигает максимального значения порядка 98-99 % при объёмной плотности тока 0,3 А/л при продолжительности электрофлотации 8 минут. При этом удельные затраты электроэнергии составляют 0,85-0,9 Вт-ч/л.
Следует отметить, что при других значениях объёмной плотности тока степень очистки снижается.
Рассмотрена возможность использования органических полиэлектролитов (флокулянтов) для интенсификации электрофлотационного процесса. Было исследовано несколько образцов флокулянтов различного типа (анионные, катионные и неионогенные), относящиеся к следующим группам соединений : полиэпихлоргидриндиметиламины, полидиаллилдиметиламмо-ний хлориды, полиакриламиды и смеси (сополимеры).
В результате экспериментальных исследований установлено, что основными параметрами, влияющими на флоккулирующую способность полиэлектролитов, являются природа, размер, величина и знак (^-потенциала фло-
X VI в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N0 9 (125)
тируемых частиц, природа, концентрация и плотность заряда полиэлектролитов, их молекулярная масса, рН среды.
Установлено, что в присутствии катионного флокулянта С, являющимся «ноу-хау», при объёмной плотности тока 0,2 А/л степень извлечения дисперсной фазы металлов никеля, меди и кобальта достигает порядка 98 % уже за 5 минут. Удельные затраты электроэнергии составляют 0,28 Вт-ч/л, что в 3 раза меньше, чем при проведении процесса в отсутствии флокулянта.
Показано, что в случае разноимённо заряженных полиэлектролита и поверхности частиц дисперсной фазы движущей силой адсорбции является электростатическое притяжение между ними, а в случае одноимённо заряженных адсорбция протекает по ионообменному механизму, т. е. ионы диффузной части двойного электрического слоя электролита вблизи поверхности вытесняются молекулами полиэлектролита, несущими тот же заряд. Это подтверждают исследования, проведённые с помощью радиоизотопной методики «по раствору».
Среди полиэлектролитов, относящихся к одному типу по знаку заряда, наиболее эффективными флоккулирующим действием обладают те, которые имеют более высокую молекулярную массу.
Существенным для электрофлотации положительным свойством полиэлектролитов состоят в том, что они способствуют адсорбционной перезарядке поверхности пузырька и возникновением электростатических сил притяжения между частицами дисперсной фазы и пузырьками.
В конечном итоге действие полиэлектролитов при электрофлотации сводится к обеспечению агрегирования частиц в более крупные агрегаты, эффективность захвата которых газовыми пузырьками существенно выше, чем исходных, что повышает эффективность извлечения частиц.
Наиболее эффективное флоккулирующее действие полимеров в водных системах проявляется при добавлении их в количестве 0,01-2 % массы дисперсной фазы, что соответствует их концентрации от 0,1 до 2 мг/л.
Показано, что эффективность электрофлотации в присутствии флоку-лянтов касается не только подбора типа полимера с определёнными характеристиками, но и условий приготовления рабочих растворов и их применения.
Другими закономерностями, характеризующими процесс электрофлотационного извлечения частиц дисперсной фазы металлов в присутствии флокулянтов, являются: снижение величины токовой нагрузки и расширение диапазона оптимальных значений, снижение оптимальной высоты рабочей зоны с 0,8 до 0,5 ми расширение верхней границы исходной концентрации дисперсной фазы с 200 до 1000 мг/л.
Таким, образом, проведённые исследования указывают на целесообразность использования электрофлотации с предварительной флокуляцион-ной обработкой. Установленные оптимальные параметры электрофлотационного процесса могут стать основой для разработки промышленной технологии по извлечению частиц дисперсной фазы металлов из сточных вод предприятий цветной металлургии.
