CC BY
15ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ
КАДМИЯ(11)
Тангалычев Р.Д.1, Темников С.Р.2, Фазылова А.Ш.3, Крайнов Д.А.4,
Ибрагимова Э.И.5
1 Тангалычев Роман Данилович - магистрант, кафедра технологии электрохимических производств, факультет химических технологий;
2Темников Станислав Романович - студент, кафедра оборудования пищевых производств, факультет пищевой инженерии;
3Фазылова Алсу Шакировна - магистрант, кафедра технологии электрохимических производств, факультет химических технологий;
4Крайнов Денис Алексеевич - студент, кафедра оборудования пищевых производств, факультет пищевой инженерии;
5Ибрагимова Эльмира Ильшатовна - магистрант, кафедра технологии электрохимических производств, факультет химических технологий, Казанский национальный исследовательский технологический университет, г. Казань
Аннотация: в данной исследовательской работе изучен процесс электрохимической флотации из водных систем труднорастворимых соединений кадмия (II) в форме дисперсной фазы. Составлен модельный раствор, содержащий тартрат, в роли фонового электролита, а также добавки ПАВ и флокулянты (анионные, катионные, неионогенные). Экспериментально установлено, что процесс электрофлотационного извлечения протекает эффективно, степень извлечения металла (кадмия) в различных соединениях составляет около 98% за 10 минут обработки. Использован лабораторный непроточный флотатор периодического действия. Ключевые слова: электрофлотация, кадмий, тартрат, ПАВ и флокулянты.
УДК 544.6
Введение
Тяжелые металлы представляют собой одну из приоритетных групп загрязнителей, являющихся факторами деградации окружающей среды. К тяжелым металлам относят более 40 элементов, атомная масса которых превышает 50 а.е.м. Одним из них является кадмий.
Основным источником загрязнения сточных вод кадмием является гальванотехника. Кадмий, как тяжелый металл, очень токсичный и вредоносный металл для организма живых организмов. Его ПДК составляет 1 мкг/л, достичь которую, при очистке сточных вод, очень сложно. Эта сложность в разы увеличивается, когда вода берется из стоков после кадмирования, так как в этих процессах образуются труднорастворимые соединения кадмия [1].
Электрофлотация является одним из перспективных направлений очистки технологических растворов и извлечения труднорастворимых соединений.
Преимуществом электрофлотационного метода является высокая степень извлечения, чистота процесса, а также экологический и экономический факторы [2].
Экспериментальная часть
Исследования по электрофлотационному извлечению проводились при температуре 20±2°С в непроточном лабораторном электрофлотаторе объёмом 500 мл с площадью поперечного сечения аппарата 10 см2; в качестве анода использовали электрод ОРТА, катодом служила сетка из нержавеющей стали. Схема установки показана на рисунке 1.
4>>е=
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
Для определения концентрации кадмия использовался атомно-абсорбционный масс-спектрометр. Степень извлечения индивидуального элемента а рассчитывалась по уравнению:
Сисх - Сост 1 А АО/
а
100%
где Сисх и Сост - содержание кадмия исходное и после обработки, мг/л. Первый этап заключался в составлении модельного раствора с неизменяемыми концентрациями ионов кадмия(П) - 1 г/л, концентрация ионов тартрата - 1 г/л; добавки флокулянтов и ПАВ - 10 мг/л. Заданы стандартные условия электрофлотационного процесса: объёмная плотность тока - 0,4 А/л; t - 22°С; время отбора проб - 5, 10 минут.
Второй этап основывался на поиске оптимального значение рН среды для образования и извлечения труднорастворимых соединений кадмия с тартратами при электрофлотационном процессе. Результаты приведены на рисунке:
ЧР ОЧ
100 80 60 40 20 0
•рН=7 ■рН=9 •рН=11
0
5
10 т, мин
Рис. 2. Влияние рН на эффективность электрофлотационного извлечения кадмия (II) в
условиях тартратного фона
Как видно из рисунка 2, наивысшая степень извлечения кадмия при заданных условиях достигается при рН = 11. После 10 минут обработки, степень извлечения металла имеет значение в 95%.
Третий этап заключается в исследовании влияния ПАВ и флокулянтов на эффективность извлечения труднорастворимых соединений тартрата кадмия(П). Проведено исследование следующих добавок: катионный флокулянт С-496, анионный флокулянт А-137, неионогенный флокулянт N-300 (все - серии Superfloc), катионный
7
6
ПАВ Катинол, анионный ПАВ NaDDS, неионогенный ПАВ ПЭО-1500. Результаты представлены в объединённой таблице 1.
Таблица 1. Степень извлечения кадмия (II) с помощью добавок ПАВ и флокулянтов
т, мин а, %
С-496 А-137 N-300 Катинол ПЭО-1500
5 84 89 74 67 91 72
10 87 96 74 70 98 75
Примечание: Все добавки использовались в присутствии тартрата.
Выводы
1. Экспериментально показана возможность эффективного электрофлотационного извлечения тартрата кадмия из водных сред, как индивидуального соединения, так и в присутствии добавок ПАВ и флокулянтов.
2. Определены оптимальные параметры проведения электрофлотационного процесса: объемная плотность тока (IV) = 0,4 А/л, Сисх(С^+) = 1г/л, С (ПАВ) = 10 мг/л, С(тартрата) = 1 г/л, кислотность среды (рН) = 11; и влияние ПАВ и флокулянтов на интенсивность и эффективность извлечения тартрата кадмия. Применение МаЭБ8 повышает степень извлечения до 98%.
Список литературы
1. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. Под ред. проф. Кудрявцева. // М.: ПИП «Глобус», 1998. 302 с.
2. Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий // М.: Химия, Москва, 2007. 307 с.
