CC BY
12
УДК 628.33: 553.3: 552.124.4
И.Т.ЖАДОВСКИЙ
Металлургический факультет, группа ЭП-02, ассистент профессора
КИНЕТИКА СОРБЦИИ ЖЕЛЕЗА (II) ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫМИ КОНКРЕЦИЯМИ
Определены кинетические характеристики процесса сорбции железа (II) железомар-ганцевыми конкрециями: константы скорости реакции при различных температурах, кажущаяся энергия активации процесса.
The kinetic performances of process of sorption of iron (II) ferro-manganese nodules of a specific reaction rate are defined at different temperatures apparent critical increment of energy of process.
Для очистки сточных вод многих металлургических предприятий, а также артезианских вод, используемых для питьевого водоснабжения, от катионов железа (II) предложено использование пиролюзитсо-держащего сорбента - железомарганцевых конкреций (ЖМК) [2]. Это неорганический фильтрующий материал, позволяющий без применения специальных окислителей, необходимых для перевода Fe2+ в Fe3+, извлекать из сточных вод катионы железа (II). Емкость по железу (II) ЖМК составляет от 46,34 до 123,56 г-кг-1 против 3,25 г-кг-1 импортного аналога [3].
В данной работе исследована кинетика сорбции железа (II) на образцах ЖМК. Скорость сорбции катионов железа (II) на образцах ЖМК изучали в статических условиях в термостатированном аппарате, используя две фракции ЖМК с размерами гранул -0,25 + 0,1 и -0,5 + 0,25 мм, при температурах 10, 15 и 20 °С. Соотношение объема жидкой фазы V (в миллилитрах) к массе твердого образца m (в граммах) составило Vlm = 100, скорость перемешивания 400 об/мин. Концентрацию Fe определяли фотометрическим методом по све-топоглощению с роданидом [1]. Результаты эксперимента приведены в таблице и на рис. 1.
В результате исследований для температур 10, 15, 20 °С на образце ЖМК были получены линейные зависимости лога-
рифма концентрации lnC от времени т: lnC = /(т) (рис.2).
Экспериментальные определенные концентрации железа (II) в зависимости от времени сорбции
Время, с Гранулометрический состав
-0,25 + 0,1 мм -0,5 + 0,25 мм
Температура, С°
10 15 20 20
Концентрация С-10-2, моль-л-1
0 0,0448 0,0226 0,0091 0,0081
10 0,0238 0,0175 0,0073 0,0077
20 0,0177 0,0134 0,0061 0,0061
30 0,0161 0,01 0,0057 0,0043
40 0,0124 0,0077 0,0041 0,003
50 0,0118 0,0057 0,002 0,0027
60 0,0107 0,0054 0,0016 0,002
70 0,0111 0,0023 0,0014 0,0016
80 0,0097 0,0023 0,0009 0,0016
90 0,0081 0,0023 0,0005 0,0005
100 0,0054 0,0018 0,0004 0,0004
110 0,0041 0,0013 0,0002 0,0002
120 0,0041 0,0013 - -
140 0,0041 - - -
150 0,0023 - - -
Обработка кинетических прямых методом наименьших квадратов по тангенсу угла наклона прямой позволила определить константы скорости реакции:
210 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.167. Часть 1
нта скорости реакции k, с-0,015 ± 0,001 0,024 ± 0,001 0,035 ± 0,002
I
Температура, К 283 288 293
характеру распределения экспери-ьных данных (рис.2) и периоду получения процесс сорбции на ЖМК яв-реакцией первого порядка. Энергию д;ии определяли, используя логариф-ое уравнение Аррениуса: E
ln k = ln kmax---.
max RT
5 4 3 2 1 0
1
2 3
ЕЕ ■—
0 20 40 60 80 100 120 140 160 т, с
кспериментальная зависимость концентрации II) от времени на образцах ЖМК с размерами гранул -0,25 + 0,1 мм 1, 2, 3 при 10, 15, 20 °С соответственно
д
, 2
¡-S—шУ" - ♦
3 .— J
0
50
100
150
;.2. Изменение концентрации железа (II) мени на образцах ЖМК с размерами гранул -0,25 + 0,1 мм 1, 2, 3 при 10, 15, 20 °С соответственно
'гласно уравнению и определенным 1ям констант скорости построили ескую зависимость логарифма кон-скорости реакции от обратной темпе: 1п k = / (г_1), которая является пря-йной (рис.3).
> угловому коэффициенту -Еа/R рас-\ значение энергии активации
0 -1 -2 -3 -4
0,00342
0,00346
0,0035
1/T
Рис.3. Зависимость логарифма константы скорости сорбции железа (II) на образцах ЖМК
Еа = R|tg а|.
Энергия активации процесса сорбцш Еа = 58,5 кДж-моль- . Таким образом, высо кая энергия активации и порядок реакции равный единице, позволяют предположить что лимитирующей стадией процесса явля ется химическая реакция:
Мп02 + 2Fe2+ + 5Н2О ^
МпО + 2Fe(OH)зl + 4Н+.
Выводы
1. В результате исследований были най дены кинетические характеристики процесс сорбции Fe2+ железомарганцевыми конкре циями с размерами гранул -0,25 + 0,1 мм I -0,5 + 0,25 мм: константы скорости реакцш при различных температурах, энергия актива ции, составляющая 58,5 кДж-моль-1, порядо] реакции, равный единице.
2. Определена лимитирующая стади процесса сорбции железа (II) на ЖМК, яв ляющейся окислительно-восстановительно реакцией первого порядка.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализ вод // М.: Химия, 1971.
2. Разработка и комплексное использование мате риалов залежей железомарганцевых конкреций Финско го залива / В.Б.Добрецов, Д.Э.Чиркст, А.А.Кулешо! А.Н.Глазов // Горный журнал. 2002. № 8.
3. Сорбция железа (2+) железомарганцевыми кон крециями / Д.Э.Чиркст, О.В.Черемисина, М.И.Иванов А.А.Чистяков // Журнал прикладной химии. 2005. Т.78.
х, c
- 211
Санкт-Петербург. 2006
