ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ В СОСТАВЕ КОМБИНИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КАРБИДА ТИТАНА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК: 66.087.4

Ким Н.В., Колесников А.В.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ В СОСТАВЕ КОМБИНИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КАРБИДА ТИТАНА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

Ким Наталья Васильевна, студентка 2 курса магистратуры факультета цифровых технологий и химического инжиниринга, email: natalya.kim.96@mail.ru

Колесников Артём Владимирович, к. т. н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.

Электрофлотация может применяться для очистки сточных вод в составе комбинированной установок. В данной статье представлены результаты исследования извлечения дисперсного карбида титана из модельного раствора с помощью электрофлотации, на основе проанализированных данных подобраны условия наиболее эффективного извлечения вещества из модельной суспензии.

Ключевые слова: карбид титана, электрофлотация, поверхностно-активные вещества, коагулянт, комбинированные установки, очистка сточных вод

RESEARCH OF THE APPLICABILITY OF ELECTROFLOTATION IN THE COMPOSITION OF A COMBINED PLANT FOR EXTRACTION OF TITANIUM CARBIDE FROM WASTE WATER

Kim Natalya Vasilevna, Kolesnikov Artem Vladimirovich

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

Electroflotation can be usedfor wastewater treatment as part of a combined plant. This article presents the results of a study on the extraction ofdispersed titanium carbide from a model solution using electroflotation, and based on the data analyzed, the conditionsfor the most efficient extraction ofthe substance from the model suspension are selected Keywords: titanium carbide, electroflotation, surfactants, coagulant, combined plants, wastewater treatment

Необходимость эффективной очистки сточных вод становится все более явной с развитием мировой промышленности и обострением экологических проблем. Одновременно с этим растущие потребности человечества приводят к истощению природных ресурсов ценных ископаемых и материалов. Карбид титана является ценным конструкционным материалом, что обуславливает необходимость качественной очистки сточных вод его производства и применения.

Комбинированные установки успешно применяются во многих сферах промышленности как средство энерго-и ресурсосбережения. Комбинирование нескольких процессов в одном аппарате или узле аппаратов позволяет повысить эффективность процесса с сохранением довольно низкой стоимости процесса. Существует ряд разработок, позволяющих проводить процесс очистки стоков производств от труднорастворимых соединений более эффективно.

В работе [1] показана возможность применения комбинированной установки, состоящей из блока электрофлотации и мембранного блока для очистки от Cr(HI) стоков кожевенного производства. Благодаря данной технологии может быть решена проблема образования шлама, который не перерабатывается. Хром, отделенный при помощи электрофлотации, был восстановлен и далее повторно использован для производства товарного продукта.

Также существует опыт применения комбинированных установок, состоящих из отдельных ячеек, а не соединенных в одном аппарате. Комбинированная установка электрокоагуляции-электрофлотации вполне эффективна при очистке сточных вод полупроводниковой промышленности от фтора и четырехвалентного хрома. Стадия электрокоагуляции позволяет комплексно восстановить хром (жертвенный анод - Fe-Al и катод - нержавеющая

сталь), на стадии же электрофлотации производится очистка. [2]

Электрофлотационный метод успешно применяется для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Как показано в работе [3], возможно удалить до 97% ионов свинца, бария и цинка из растворов, моделирующих промывные растворы почв, загрязненных при нефтедобыче.

Экспериментальная часть

Оборудование для проведения исследования включает в себя: лабораторную установку электрофлотации, источник тока, турбидиметр.

Лабораторная установка электрофлотации представляет собой стеклянный цилиндр высотой в 800 мм, внизу которого находятся краник для отбора проб, катод (сетка из нержавеющей стали) и анод (пластина с покрытием из оксидов титана и рутения). Между катодом и анодом установлена резиновая прокладка. Выше производится отбор проб в осветленной части раствора.

Ход работы при выполнении эксперимента следующий:

1. В колбу объемом 500 мл вносится 25 мл модельного раствора, вносится электролит, если того требует методика конкретного опыта ПАВ, флокулянт или коагулянт, объем раствора доводится до 500 мл дистиллированной водой, после чего выводится рН.

2. Анализируемый раствор заливается в электрофлотатор, снимается и анализируется первая проба, после чего на электрофлотатор подается напряжение и засекается время

3. Пробы снимаются через 5, 10, 20 и 30 минут соответственно.

4. Производится вычисление а.

Анализ данных

Карбид титана не извлекается из воды электрофлотацией без специальных добавок в диапазоне

pH от 2 до 12. Суспензия очень быстро выпадает в осадок при pH 2,4, мелкие частицы поднимаются при флотации, но на показатели мутности это практически не влияет. Добавление ПАВ АЛМ-10 существенно повышает эффективность процесса, причем наиболее эффективно процесс протекает при pH =10 как при концентрации ПАВ в 0,5 мг\л, так и при концентрации 5 мг\л (рисунок 1).

Бремя, глин

Рисунок 1. График зависимости степени извлечения ПС от времени при различных значениях рН с добавлением ПАВ АЛМ-10 в хлоридном фоне Наибольшую эффективность показала комбинация Л1С1з и КаБББ, при этом Л1С1з без ПАВ показывает эффективность, близкую к нулю. БеС13 не оказывает столь большого эффекта в большой концентрации без добавления ПАВ, но при добавлении КаБББ его эффективность повышается и сопоставима с эффективностью БеС13 в меньшей концентрации без ПАВ. В концентрации же 50 мг\л и с добавлением ПАВ эффективность не так велика. Л1(ОЫ)2С1 не показывает значительных результатов в комбинации с ПАВ - на графике наблюдается спад при 1 = 20 мин вследствие опадания флотационной пены. Но без ПАВ результаты превосходят БеС13 при 1=30 мин.

Если в хлоридном фоне БеС13 показывал высокие результаты без добавления ПАВ и несколько более низкие при его добавлении, то в сульфатном напротив более высокие результаты наблюдаются при добавлении ПАВ и более низкие вследствие опадания пены при его отсутствии (рисунок 2). Л1(ОЫ)2С1 при добавлении ПАВ показал высокую эффективность в отличие от экспериментов в хлоридном фоне, и напротив низкую без добавления ПАВ. Л1С13 показывает такие же высокие результаты в сочетании с ПАВ как и в хлоридном фоне и такие же низкие при его отсутствии.

г.- CI3 50rng\l

Fi Cl? JI'-iT. -Г • - ' 11 Б m g/1

Д1С1 ? 5 О m g\ -NaDDS 5 m g/1

AKOHJ2CI 50mg\l - NsDDS 5 m g/1

Время, мин

Рисунок 2. График зависимости степени извлечения ПС от времени с добавлением различных коагулянтов и ПАВ в

сульфатном фоне При сравнении результатов в хлоридном и сульфатном фоне выявлено, что наибольшую и примерно схожую высокую эффективность показывают Л1С13 с

добавлением ПАВ как в хлоридном так и в сульфатном фоне и БеС13 с добавлением ПАВ в сульфатном фоне.

При сравнении результатов экспериментов с Л1С13 при концентрации 10 и 50 мг\л видно, что в присутствии ПАВ коагулянт дает неплохие результаты при обеих концентрациях, но при концентрации 10 мг\л эффективность извлечения без ПАВ выше, чем при концентрации 50 мг\л.

Сравнивая показатели извлечения карбида титана с коагулянтом и без можно отметить, что наилучшую эффективность показывает сочетание коагулянта и ПАВ, но извлечение при рЫ = 10 и АЛМ-10 тоже показывает неплохие результаты (рисунок 3).

AICI3 IOrng\l -HaDDS ?

m s/1

Время, мин

Рисунок 3. График зависимости степени извлечения TiC от времени для pH 10 и коагулянта AlCl3 в концентрации 10 мг\л и

ПАВ.

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что наилучшей комбинацией условий для извлечения карбида титана при pH=7 является сочетание коагулянта AlCl3 и ПАВ NaDDS. Таким образом:

1. Без добавления дополнительных агентов карбид титана не извлекается электрофлотацией

2. При добавлении АЛМ-10 наиболее эффективно извлечение происходит при pH=10

3. Наиболее оптимальной является комбинация коагулянта AlCl3 и ПАВ NaDDS, так как эта комбинация показывает высокую эффективность в различных условиях, также высокую эффективность показывает композиция FeCl3 50 мг\л и NaDDS в сульфатном фоне

4. Электрофлотация может применяться для извлечения из сточных вод карбида титана в составе комбинированной установки

Список литературы:

1. Rajeswari Selvaraj, Manikandan Santhanama, Vidhya Selvamani, Sundarapandiyan Sundaramoorthyc, Maruthamuthu Sundarama "A membrane electroflotation process for recovery of recyclable chromium(III) from tannery spent liquor effluent", Journal of Hazardous Materials 346 (2018) 133-139, 2017

2. S.Aoudj, A.Khelifa, N.Drouiche, R.Belkada, D.Miroud "Simultaneous removal of chromium(VI) and fluoride by electrocoagulation-electroflotation: Application of a hybrid Fe-Al anode", Chemical Engineering Journal 267 (2015) 153162

3. Izabel de Oliveira da Motaa,, José Adilson de Castro, Rui de Goes Casqueira, Angelo Gomes de Oliveira Junior, "Study of electroflotation method for treatment of wastewater from washing soil contaminated by heavy metals", J MATER RES TECHNOL . 2015;4(2):109-113