ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОВМЕСТНОГО ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МЕДИ И ЦИНКА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 546.56;546.47

Аунг Пьяе, Хейн Тху Аунг, Колесников А.В., Колесников В.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОВМЕСТНОГО ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МЕДИ И ЦИНКА

Аунг Пьяе, аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева

Хейн Тху Аунг, к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева

Колесников Артем Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник Технопарка <<Экохимбизнес 2000+>> РХТУ имени Д.И. Менделеева

Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 8(916)107-66-24 [email protected]

Для совместного извлечения труднорастворимых ионов меди и цинка методом электрофлотации и фильтрации были определены оптимальные значения pH среды. Установлено влияние катионного поверхностно-активного вещества дидецилдиметиламмоний хлорид (СептаПАВ) на электрофлотационный процесс совместного извлечения ионов меди и цинка. Показана принципиальная возможность и эффективность последующего удаления соединений меди и цинка с помощью фильтрации.

Ключевые слова: электрофлотация, фильтрация, сточные воды, медь, цинк.

INVESTIGATION OF THE PROCESS OF JOINT ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF COPPER AND ZINC IONS

Aung Pyae, Hein Thu Aung, Kolesnikov A.V., Kolesnikov V.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

For the joint extraction of soluble of copper and zinc ions by the method of electro-flotation and filtration was determined the optimal pH environment. The influence of cationic surfactants didecyl-dimethylammonium chloride (DDAC) (Septopal) on flotation process of joint extraction of copper and zinc ions. Demonstrated the possibility and the efficiency of the subsequent removal of copper and zinc compounds by filtration. Keywords: electroflotation, filtration, wastewater, copper, zinc.

Одной из важнейших задач охраны окружающей среды является обезвреживание токсичных отходов, которые образуются на производственных предприятиях.

Эффективным методом очистки промышленных сточных вод является метод электрофлотации (ЭФ). Его главные преимущества - высокая скорость электрофлотационного процесса и интенсивное выделение дисперсной фазы в пенный продукт [1]. Извлечение загрязнения происходит путем прилипания коллоидных частиц к пузырькам газа Н2 и О2, всплывание которых обеспечивает высокий эффект удаления загрязнения.

Важное значение в эффективности ЭФ процесса также играет размер частицы. Так, для гидроксидов металлов Си и Zn радиус частицы заметно увеличивается, что аналогично повышает и степень их извлечения. К большей по размеру частице ионов может присоединиться большое колличество пузырьков, что суммарно повышает их подъемную силу. Закрепление и удержание частицы на поверхности пузырьков является приоритетным параметром.

Основным определяющим параметром эффективность ЭФ процесса является степень извлечения а дисперсной фазы:

Снсх-Сост , АА 0/

аЭф= ——— 100 %,

где Сисх, Сост - соответственно исходная и остаточная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м3(мг/л).

Схема лабораторной электрофлотационной установки описана в литературе. Дополнительную фильтрацию проб осуществляли с помощью фильтровальной бумаги.

Используемое катионное поверхностно-активное вещество дидецилдиметиламмоний хлорид didecyl-dimethylammonium chloride) - прозрачная жидкость светло-желтого цвета с массовой долей основного вещества 48-52%, растворителем которого является низкомолекулярный спирт и вода.

Весьма актуальной задачей для с точки зрения экологии является обезвреживания стоков, содержащих ионы тяжёлых металлов (ИТМ) [2].

В таблице 1 представлены экспериментальные результаты, показывающие влияние поверхностно-активного вещества (дидецилдиметиламмоний хлорид) и флокулянта (Zefag 8160) на кинетику процесса электрофлотационного извлечения гидроксидов меди и цинка в слабощелочном диапазоне рН (8 - 11).

Таблица 1. Степень электрофлотационного извлечения гидроксидов меди и цинка в зависимости от рН, а%

Время, мин а%

8 9 10 11

Си Zn Си Zn Си Zn Си Zn

Без ПАВ

5 88 65 67 90 87 88 56 59

10 93 83 66 94 94 92 45 50

20 97 87 66 95 90 92 22 26

30+фильтрация 99 96 99 96 97 96 99 96

С ПАВ(Септапав)

5 91 96 92 95 42 19 36 27

10 95 97 97 99 62 60 63 64

20 96 97 97 99 94 96 95 96

30+фильтрация 86 97 97 99 97 99 95 99

Флок (Zefag 8160)

5 38 95 59 94 93 96 13 38

10 93 95 62 98 91 98 15 77

20 95 96 57 92 92 95 53 78

30+фильтрация 92 97 62 98 95 99 84 96

Условия эксперимента: Си = 50мг/л, 2п = 50мг/л, Na:SO4 = 1 г/л, Орг. = 5 мг/л , I = 0.2 А/л

Из представленных экспериментальных результатов отметим положительное влияние СептаПАВ во всём изученном диапазоне рН. Исследуемое поверхностно-активное вещество (СептаПАВ) способствует стабилизации процесса извлечения, что подтверждают данные на стадии 20 минут (рис.1).

На рисунке 1 видно, что без добавления ПАВ и с добавлением флокулянта (2еГа§ 8160) при разных значениях рН степень извлечения а ухудшается. Однако, с добавлением СептаПАВ при исследуемых значениях рН степень извлечения а достигает 99% и остается неизменной.

Рис. 1. Кинетика совместного ЭФ извлечения гидроксидов меди и цинка в присутствии СептаПАВ (дидецилдиметиламмоний хлорид)

pH 9

£ „- 1Ш 5 с.

к = 33 ■ 1) Es IIAG Ol

I 1 л ■ 2]8езПШп

1 и ■ 3]С[|Ла[С(||таиаЕ] Си

§ « • 4) С ПАБ(Снгша1) Zu

■ 5)Ф.тол (Zofas 6160 j Си

i м ь] tagt (üelaj BlbOlïii

а S «

Время, мин

Условия эксперимента:Си2+ = 50мг/л, Zn2+ = 50мг/л, Na2SO4 = 1 г/л, Орг = 5мг/л, I = 0.2 А/л, рН = 8,9,10,11

Впервые установлено, что

дидецилдиметиламмоний хлорид (СептаПАВ) улучшает электрофлотационный процесс при исследуемых рН, эффективность очистки увеличивается до 99% для данных металлов.

Установлено, что ПАВ не оказывает никакого влияние на последующую фильтрацию, что свидетельствует о практически полном извлечении дисперсной фазы смеси гидроксидов в ходе ЭФ процесса.

Отметим также, что дидецилдиметиламмоний хлорид оказывает влияние в стехиометрическом недостатке (1:0.1), поэтому можно сделать вывод, что не образуется новое соединение, а влияние проявляется за счёт изменения поверхностных свойств (смещение заряда в более положительную область).

На следующих этапах исследований планируется установить влияние СептаПАВ

(дидецилдиметиламмоний хлорида) на физико-химические свойства (заряд и размер частиц) дисперсной фазы гидроксдов меди и цинка в любом диапазоне рН для подтверждения или опровержения выдвинутых предположений.

Часть работы выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Соглашения о предоставлении субсидии N°14.574.21.0169 от 26 сентября 2017 г., уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI57417X0169.

Список литературы

1. 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.

2. Колесников А.В., Кузнецов В.В., Колесников В.А., Капустин Ю.И. Роль поверхностно активных веществ в электрофлотационном процессе извлечения гидроксидов и фосфатов меди, никеля и цинка // Теоретические основы хим. технологии 2015. — Т. № 1. — С. 3.

3. Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И., Вараксин С.О., Кисиленко П.Н., Кокарев Г.А. Электрофлотационная технология очистки вод промышленных предприятий: Под ред. Колесников В.А. — М.: Химия, 2007. — С.304.