CC BY
12
УДК 546.56; 544.6 546.74
Колесников В.А., Губин А.Ф., Колесникова О.Ю.
ОЧИСТКА ПРОМЫВНЫХ ВОД ПУТЕМ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МЕДИ И ЛИГАНДОВ ЭДТА
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, 125047, Россия, Москва, Миусская пл., 9.
Губин Александр Фёдорович, к.х.н., ведущий научный сотрудник технопарка «Экохимбизнес 2000+», Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, 125047, Россия, Москва, Миусская пл., 9.
Колесникова Ольга Юрьевна, главный специалист кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, 125047, Россия, Москва, Миусская пл., 9, tsukanovaolga11@gmail.com
Представлен анализ обезвреживания сточных вод, содержащих медь и ЭДТА - осуществляется в две стадии: деструкция ЭДТА и извлечение гидроксида меди. Исследовано извлечение ионов меди из системы И2О-Си2+-ЭДТА-электролит при различных соотношениях металл-лиганд. Проанализировано влияние концентрации ЭДТА на электрофлотационный процесс извлечения гидроксида меди, рассмотрена кинетика электрофлотационного извлечения меди в присутствии двух комплексообразователей - NH3 и ЭДТА. При соотношениях медь-ЭДТА 1:1,01,5 возможно электрофлотационное извлечение меди до 80%, при дополнительной сорбционной очистке до 99%.
Ключевые слова: электрофлотация, сточные воды, сорбция, ионы меди, ЭДТА, реагенты.
PURIFICATION OF WASH WATER BY FLOTATION EXTRACTION OF IONS OF COPPER AND LIGANDS EDTA
Kolesnikov V. A., Gubin A. F., Kolesnikova O. Yu.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The analysis of waste water neutralization containing copper and EDTA is carried out in two stages: EDTA destruction and copper hydroxide extraction. Investigated the extraction of copper ions from the system H2O-Co2+-IT-electrolyte with different ratios of metal-ligand. The influence of EDTA concentration on the electroflotation process of copper hydroxide extraction is analyzed, the kinetics of electroflotation copper extraction in the presence of two complexing agents NH3 and EDTA is considered. At the ratio of copper-EDTA 1:1,0-1,5 possible electroflotation copper extraction up to 80%, with additional sorption purification up to 99%.
Keywords: electroflotation, wastewater, sorption, copper ions, EDTA, reagents.
Введение
В гальваническом производстве в процессах электрохимического и химического меднения широко используются электролиты, содержащие такие комплексообразователи как тартрат, пирофосфат, ЭДТА, аммиак и ряд других реагентов для получения продукции требуемого качества [1].
Опубликован ряд обзорных работ по электрохимической деструкции ЭДТА на различных анодных материалах. Основным окисляющим агентом является гидроксил радикал, образующийся в результате анодной реакции разложения воды.
Учитывая высокую устойчивость комплексов металл-ЭДТА наиболее эффективным методом считают их окислительное разрушение. Окислительные потенциалы для некоторых окислителей представлены в работе [2], а именно: фтор (3,6 В), гидроксил радикал (2,8 В), атомарный кислород (2,42 В), озон (2,07 В), перекись водорода (1,77 В), хлорноватистая кислота (1,49 В), хлор (1,36
В), диоксид хлора (0,95 В). Среди методов, наиболее часто используемых в промышленности - метод озонирования. Несмотря на высокую эффективность метода ему свойственны и недостатки:
- озонирующее оборудование является дорогим, сложным и требующим специального помещения;
- озон токсичен, пожаро- и взрывоопасен;
- процесс получения озона является энергозатратным;
- процесс разрушения озоном может протекать несколько часов.
Частью данной работы стало изучение влияния концентрации лиганда ЭДТА на кинетику электрофлотационного извлечения меди из промывных вод.
Методика исследования
Электрофлотационный процесс проводили согласно методике, опубликованной в статьях [1,2].
Равновесие ионного обмена данных соединений изучали методом переменных начальных концентраций (Си 5-100 мг/л с тем же соотношением остальных компонентов). Доза анионитов во всех пробах тионита / Ур-ра составляла 0,1 г/100 мл. Растворы привели в контакт с анионитами с периодическим встряхиванием. По результатам анализа исходного (Снач.) и очищенного (Скон.) растворов на медь находили статическую обменную ёмкость ионитов по меди:
СОЕ = (С нач. ^кон. ^р-ра / тионита (мг/г).
Анализ меди в заметно окрашенном трилонатном комплексе осуществляли прямой фотометрией (предел измерения 10 мг/л). Альтернативно задействовали атомно-
абсорбционный анализ меди, выполненный на оборудовании Центра коллективного пользования РХТУ им. Д. И. Менделеева.
В таблице 1 представлены результаты определения остаточной концентрации ионов меди при различных соотношениях Ме:У при рН=8-10 и исходной концентрации меди 100 мг/л.
Установлено, что при определенных значениях Си:У > 2,5- 90-95% меди присутствуют в виде дисперсной фазы и могут быть извлечены фильтрацией, седиментацией, флотацией.
Таблица 1. Зависимость остаточной концентрации меди от рН и соотношения Си2+ : У4"
Результаты эксперимента по
электрофлотационному извлечению меди из трилонатной системы показали, что остаточные концентрации металла высоки и составляют в среднем 3-3,5 мг/л. Для повышения степени извлечения обычно используют коагулянты и флокулянты. При обработке сточных вод, содержащих трилонатные комплекты следует избегать добавления в раствор флокулянтов 6П, ПАА-66, 12П, ПАА-295, СААН, ПАА, 9П, 18П, ухудшающих процесс очистки [3].
На рисунке 1 представлена кинетика процесса электрофлотационного извлечения гидроксида меди в присутствии ЭДТА при разных значениях концентраций комплексообразователей.
0 10 20 30
т: мин
Рис. 1. Влияние концентрации ЭДТА на электрофлотационный процесс извлечения гидроксида меди.
Анализ показывает, что электрофлотация протекает достаточно быстро, стационарные значения достигаются за 10-15 минут. Эффект влияния концентрации комплексообразователя на скорость процесса практически отсутствует. Снижение степени извлечения при увеличении концентрации ЭДТА связано с переводом части ионов меди в растворимый комплекс. Как показывают данные по фильтрации при концентрации ЭДТА 150 мг/л - 23% ионов меди находится в растворимом виде при 100 мг/л - 15% и при 50 мг/л - 8%. Дисперсная фаза, содержащая гидроксид меди извлекается на 99%.
В табл. 2 представлены сравнительные данные по электрофлотационному извлечению меди в присутствии двух комплексообразователей в индивидуальных системах.
Исходная концентрация У4" , мг/л ^2+ : Остаточная концентрация меди, мг/л
рН
8 8,5 9 9,5 10
50 9,1 10,9 4,8 4,5 4,5 7,8
75 6,8 7,3 4,5 3,5 4,3 7,3
100 4,5 7,1 3,5 3,2 3,7 6,5
125 3,6 4,2 3,2 2,9 3,5 4,3
150 3,1 4,4 3,0 3,3 3,4 3,8
200 2,3 4,8 4,2 3,6 3,2 3,1
250 2,1 82 80 75 70 61
Сисх (Си +) = 100 мг/л
Таблица 2. Кинетика электрофлотационного извлечения меди в присутствии смеси двух комплексообразователей №Н3 и
ЭДТА
т Ж3 250 мг/л ЭДТА 50 мг/л ЭДТА 100 мг/л ЭДТА 150 мг/л Ж3+ЭДТА 50 мг/л Ж3+ЭДТА 100 мг/л Ш3 +ЭДТА 150 мг/л
5 80 83 74 69 70 80 68
15 93 91 82 76 86 82 73
30 95 88 84 77 86 80 73
ЭФ+Ф 99 92 85 77 90 83 74
Условия эксперимента: С(Си +) = 100 мг/л; С(МИ3+) = 250 мг/л; С(ПАВк-Септапав) = 10 мг/л; 1=0,2 А/л; рН=10; РК Си-NN3 4,7,10,12; РК ЭДТА=18,3
Анализ показывает, что несмотря на избыток NHз по сравнению с ЭДТА эффект снижения степени извлечения незначительный 3-5%. Высокую эффективность процесса электрофлотационного извлечения гидроксида меди в присутствии комплексообразователя обеспечивает катионный ПАВ или катионный флокулянт. Несмотря на то, что в данных условиях 70-80% меди удается извлечь в электрофлотационном процессе, в растворе остается 5-10 мг/л меди и 100-150 мг/л ЭДТА, что значительно превышает значения ПДК для водных объектов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Соглашения о предоставлении субсидии №14.574.21.0169 от 26 сентября 2017 г., уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI5 7417X0169.
Список литературы
1. В.А. Колесников, А.Ф. Губин, О.Ю. Колесникова, Е.С. Кондратьева, Электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений меди из промывных вод производства печатных плат, ТОХТ, 2016, том 50, №4, С.-393-401.
2. Колесников В.А., Губин А.Ф., Колесникова О.Ю., Перфильева А.В. Повышение эффективности электрофлотационной очистки сточных вод производства печатных плат от ионов меди в присутствии комплексообразователей, поверхностно-активных веществ и флокулянтов // Журнал прикладной химии. 2017. Т.90. №5. С.598-603.
3. Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И., Вараксин С.О., Кисиленко П.Н., Кокарев Г.А. Электрофлотационная очистка сточных вод промышленных предприятий. М. :Химия, 2007
