CC BY
20
УДК 544.6:546.723:553.682:66.087.4
Иншакова К.А., Харитонова Ю. В., Бродский В.А., Малькова Ю.О.
ИЗВЛЕЧЕНИЕ МАЛОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА (III) ИЗ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННОГО РАСТВОРА СУЛЬФАТА МАГНИЯ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ
Иншакова Ксения Александровна, аспирант кафедры ТНВиЭП, e-mail: inshakova@muctr. ru; Харитонова Юлия Валерьевна, студентка 4 курса факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
Бродский Владимир Александрович, старший научный сотрудник, к.х.н.; Малькова Юлия Олеговна, ведущий инженер кафедры ТНВиЭП Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Проведено изучение процесса электрофлотационного извлечения ионов железа (III) из высококонцентрированного раствора сульфата магния, а также изучено влияние флокулянтов и ПАВ на процесс электрофлотации. Исследованы методы окисления железа (II) в железо (III). Получены зависимости степени извлечения малорастворимых соединений железа (III) от времени проведения электрофлотационного процесса в присутствии добавок различной природы.
Ключевые слова: сульфат магния, гидроксид железа (III), электрофлотация, озонирование, эффективность, флокулянт, дисперсная фаза.
EXTRACTION LOW-SOLUBILITY IRON (III) COMPOUNDS FROM A HIGH CONCENTRATED MAGNESIUM SULPHATE SOLUTION BY ELECTROFLOTATION
Inshakova K.A., Kharitona Y.V., Brodskiy V.A., Malkova Y.O. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The process of electroflotation extraction of iron (III) ions from a highly concentrated solution of magnesium sulfate was studied, and the effect of flocculants and surfactants on the process of electroflotation was studied. Methods for the oxidation of iron (II) to iron (III) have been investigated. The dependences of the degree of extraction of poorly soluble iron (III) compounds on the time of the electroflotation process in the presence of additives of different nature are obtained. Keywords: magnesium sulfate, iron (III) hydroxide, electroflotation, filtration, efficiency, flocculant, aqueous solutions, dispersed phase.
Сульфат магния востребован во многих сферах деятельности, таких как медицина, аграрная, целлюлозно-бумажная и текстильная
промышленности, а также используется для приготовления огнестойких составов и синтетических моющих средств [1,2].
При производстве магниевых удобрений используют переработку серпентинитомагнезита (СМН) Халиловского месторождения. Одним из востребованных направлений переработки СМН Халиловского месторождения является получение из него сульфата магния, являющегося ценным магниевым удобрением, а также используемого в качестве сырьевого компонента для получения различных композиций и других соединений магния. Рассмотрен метод переработки СМН Халиловского месторождения, базирующийся на его сернокислотном вскрытии, с целью получения сульфата магния в качестве товарного продукта [3,4,5].
При разложении СМН серной кислотой основной реакцией является:
ЗМВ0-28Ю2-2Ы20 + 3^04 + 2Н2О = ЗМеБС^ + +2Н2БЮЗ + 5Н2О, (1) при протекании которой образуется сульфат магния и кремниевая кислота.
Сульфат магния образуется и при разложении магнезита [4]:
МеСОз + Н2БО4 = М§8О4 + СО2 + Н2О. (2) Другие компоненты серпентинитомагнезита (СМН) при обработке серной кислотой дают
водорастворимые сульфаты, получение которых можно представить по следующим упрощённым реакциям:
FeO + H2SO4 = FeSÜ4+Н2О, (3) Fe2Ü3 + 3H2SO4 = Fe2(SÜ4)3 + ЗН2О, (4) СГ2О3 + 3H2SO4 = Cr2(SÜ4)3 + 3H2Ü, (5) AI2O3 + 3H2SO4 = Al2(SÜ4)3 + 3H2O. (6) Переходя в жидкую фазу, они загрязняют раствор сульфата магния и затрудняют получение качественного продукта. Основным загрязняющим компонентом является примесь железа, которая в виде сульфатов железа (II) и (III), переходит в маточный раствор, загрязняя кристаллы сульфата магния. Промывка кристаллов ограниченным количеством воды не гарантирует удаления железа, но приведёт к снижению выхода магния в целевой продукт. Если осуществлять возврат в голову процесса маточного раствора с содержанием железа, то данное действие приведёт к повышению концентрации этой примеси в кристаллах сульфата магния [4,5].
Процесс извлечение ионов железа (II) электрофлотационным методом требует
корректировки рН до высоких значений [6], но для данной солевой системы это недопустимо, так как добавление реагентов загрязнит целевой продукт. В связи с этим решено изучить методы окисления железа (II) в железо (III), а затем извлекать малорастворимые соединения железа (III) электрофлотационным методом. Исследования проводились на модельных растворах сульфата магния с концентрацией 100 г/л и
содержанием ионов железа (II) - 50 мг/л. Были рассмотрены такие методы, как озонирование, электролиз с нерастворимым анодом и электрофлотация. На основе экспериментальных данных получены зависимости изменения потенциала солевых систем от времени проведения озонирования/электролиза/электрофлотации (рисунок 1).
т. мин
Рисунок 1 - Зависимость изменения потенциала от времени в процессе озонирования высококонцентрированного раствора сульфата магния с содержанием железа (II): 1 - озонирование, 2 -электролиз, 3 - электрофлотация
Как видно на рисунке 1, из исследованных методов окисления железа (II) в железо (III) является озонирование. В течение 120 минут потенциал плавно возрастает, и уже через 100 минут потенциал начинает выравниваться, что свидетельствует о переходе железа (II) в железо (III).
На рисунке 2 представлены результаты изменения концентраций ионов железа (II) и железа (III) в процессе озонирования высококонцентрированного раствора сульфата магния.
С<Т>), мг/л
Т. М1Ш
Рисунок 2 - Зависимость концентрации железа (II) и железа
(Ш) от времени проведения процесса озонирования высококонцентрированного раствора сульфата магния
Проведено изучение электрофлотационного извлечения малорастворимых соединений железа (III) из высококонцентрированного раствора сульфата магния и влияния флокулянтов и ПАВ на процесс электрофлотации. Условия эксперимента: C(MgSO4) = 100 г/л, С(Те3+) = 50 мг/л, С(ПАВ, флок.) = 5 мг/л, iv= 0,5 А/л, рН =4,2.
При проведении процесса электрофлотации в высококонцентрированном растворе сульфата магния
без добавок степень извлечения достигает 60% на пятой минуте проведения процесса, затем начинает снижаться. Введение катионного, анионного и неионогенного ПАВ отрицательно повлияло на процесс, степень извлечения малорастворимого соединения железа не достигла 60 %, что было характерно для проведения процесса без добавок. При добавлении в раствор сульфата магния амфотерного ПАВ степень извлечения составляет 99%.
В электрофлотационном процессе извлечения малорастворимых соединений железа (III) в присутствии катионного, анионного и неионогенного флокулянтов наблюдается тенденция достижения максимума на пятой минуте проведения процесса. Применение рассмотренных флокулянтов нельзя считать эффективным, так как после пяти минут электрофлотации степень извлечения железа (III) начинает снижаться, что связано с образованием слишком больших частиц, вес которых больше, чем подъёмная сила газовых пузырьков, что приводит к оседанию всплывших частиц и повторному загрязнению солевой системы сульфата магния.
При добавлении анионного и неионогенного флокулянтов, степени извлечения железа (III) к пятой минуте составляют 74% и 79% соответственно. Наибольший результат среди флокулянтов показал катионный флокулянт, степень извлечения составляет 90%.
Выявлено, что эффективным методом для окисления железа (II) в железо (III) в высококонцентрированном растворе сульфата магния является озонирование. При интенсификации процесса электрофлотации высококонцентрированного раствора сульфата магния с содержанием малорастворимых соединений железа (III) установлено, что для увеличения степени извлечения оптимальными добавками являются амфотерный ПАВ (БетаПАВ А1214.30) и катионный флокулянт (Praestol 854).
Список литературы
1. Средство, обладающее психостимулирующим действием: пат. 2438677 Рос. Федерация. № 2010126799/15, заявл. 30.06.10; опубл. 10.01.12,.
2. Байкин Ю. Л., Каренгина Л. Б., Байкенова Ю. Г. Эффективность использования магнезита в качестве магниевого и известкового удобрения // Аграрное образование и наука. 2013. № 3. С. 2.
3. Ткачев К. В., Плышевский Ю. С. Технология неорганических соединений бора. Л.: Химия, 1983.208 с.
4. Широян Д. С., Громова И. В., Элжиркаев Р. А. Изучение возможности переработки серпентинито-магнезитового сырья Халиловского месторождения на сульфат магния // Успехи в химии и химической технологии. 2014. Т. 28. №. 5 (154). С. 122-125.
5. ТУ 5716-001-23860774-2009. Серпентинитомагнезит Халиловского месторождения. г. Новотроицк. 2009. 8 с.
6. Гайдукова А. М. и др. Способы интенсификации окислительно-восстановительных реакций в процессах удаления ионов железа (II) из водных растворов //Гальванотехника и обработка поверхности. - 2013. - Т. 21. - №. 4. - С. 47-53.
