CC BY
33
УДК 544.6:546.723:546.41
Борисовская А.Е., Ачкасов М.Г., Колесников В.А.
ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ Са02 ОТ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА
Борисовская Анастасия Евгеньевна магистрант 1 курса факультета естественных наук РХТУ им. Д.И. Менделеева, e-mail: [email protected]
Ачкасов Михаил Геннадиевич, магистрант 2 курса факультета естественных наук РХТУ им. Д. И. Менделеева, Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедры ТНВ и ЭП. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Определены оптимальные значения pH среды для извлечения труднорастворимых соединений железа из технологического раствора CaCl2. Установлено влияние природы вводимой добавки на электрофлотационный процесс извлечения труднорастворимых соединений железа. Введение анионного флокулянта в систему содержащую хлорид железа позволяет достичь максимального значения степени извлечения 98% при pH=6,6 Больший вклад на степень электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений Fe(III) вносит амфотерный ПАВ (Бетапав АП.45) степень извлечения 93%.
Ключевые слова: хлорид кальция, технологический раствор, кокамидопропилкарбоксибетаин, алкилкарбоксибетаин. кокамидопропилбетаин, алкилдиметиламинооксид, алкилбензилдиметиламмоний хлорид, дидецилдиметиламмоний хлорид, дидецилдиметиламмноний хлорид, алкилбензилдиметиламмоний хлорид.
CLEANING OF TECHNOLOGICAL SOLUTIONS OF CaCh FROM HARDLY SOLUBLE IRON COMPOUNDS
Borisovskaya A.E., Achkasov M.G., Kolesnikov V.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Determined optimal values pH medium for extracting hardly soluble iron compounds from technological solution CaCl2. Influence of the nature additive on electroflotation process extracting hardly soluble compounds iron. Introduction of anionic flocculant in system, containing ferric chloride let attain maximum value extracting rate 98% at pH=6,6. Substantial contribution on electroflotation extracting rate hardly soluble compounds Fe(III) contributes amphoteric SAS (mcamidopropyl betaine AP.45) value extracting rate 93%.
Keywords: calcium chloridе, process solution, cocamidopropylcarboxybetaine, alkylcarboxybetaine, rncamidopropyl betaine, alkyl dimethylamine oxide, alkylbenzyldimethylammonium chloride, didecyldimethylammonium chloride, didecyldimethylammonium chloride, alkylbenzyldimethylammonium chloride.
Процесс получения жидкого хлористого кальция основан на растворении карбонатной породы в соляной кислоте, с последующей нейтрализацией кислого раствора хлористого кальция известковым молоком, отстаиванием и фильтрованием шлама хлористого кальция. Растворение карбонатной породы в соляной кислоте относится к экзотермическим процессам и происходит по следующим реакциям:
Основная:
СаСОз +2НС1 = СаС12 + СО2Т + Н2О + Q.
Побочные:
MgCOз + 2НС1 = Mga2 + СО2Т + Н2О, АЬОз + 6НС1 = 2А1С1з + ЗН2О, Fe2Oз + 6НС1 = 2FeQз + ЗН2О.
Как видно из реакций, приведенных выше, одним из основных побочных продуктов в процессе получения жидкого хлористого кальция является хлорид железа (III), который загрязняет целевой продукт. В связи с чем было решено исследовать процесс очистки от труднорастворимых соединений
железа (III) из технологического раствора хлорида кальция, методом электрофлотации, который успешно зарекомендовал себя для переработки образующихся во время процесса электролитов.
Методическая часть
Исследования по электрофлотационному извлечению проводились при комнатной температуре (20±2 °С) в непроточном электрофлотаторном аппарате объёмом 500 мл с площадью поперечного сечения 10 см2; используемый анод - ОРТА, катод - сетка из нержавеющей стали 08Х18Н10Т. Схема установки показана на рисунке 1. Последующая фильтрация для раствора осуществлялась через обеззоленные фильтры ТУ 2642-001-68085491-2011, диаметр пор 2-З мкм.
Рис. 1 - Схема лабораторной электрофлотационной установки периодического действия 1 - колонна электрофлотатора, 2 - вентиль; 3 -электродный блок; 4 - анод; 5 - катод; 6 - резиновая прокладка; 7 - источник постоянного тока
Анализ на содержание ионов железа проводили по стандартизованной методике на атомно-абсорбционном спектрометре КВАНТ-АФА в Центре коллективного пользования им. Д.И. Менделеева (РХТУ).
Эффективность электрофлотационного процесса оценивали по степени извлечения а по формуле [1] (1):
Сисх_Ск
а =
ьисх '-кон
100%,
(1)
где Сисх и Скон - начальная и конечная концентрация загрязняющего компонента, мг/л.
Состав модельного раствора с неизменяемыми концентрациями: ионы железа(Ш) - 50мг/л, хлорид кальция - 300г/л;
добавки флокулянтов и ПАВ - 5мг/л. Условия электрофлотационного процесса: объёмная плотность тока - 0,4 А/л; время проведения эксперимента 30 мин.
Задача заключается в поиске оптимального значение рН среды для образования труднорастворимых соединений железа (III) и пути его отделения электрофлотацией и фильтрацией. А также изучить влияние ПАВ и флокулянтов
различной природы на эффективность извлечения труднорастворимых соединений железа (III).
Экспериментальные результаты и их обсуждения
В таблице 1 представлены результаты зависимости рН на эффективность электрофлотационного и фильтрационного извлечения труднорастворимого соединения Fe3+. Делая вывод из таблицы 1 можно сказать, что процесс электрофлотации не дает положительных результатов, но проводя последующую фильтрацию, убеждаемся в наличии дисперсной фазы в растворе и лучше всего она образуется при рН=6,6. Дальнейшие исследования проводились при рН=6,6 для водных растворов СаС12, содержащих ионы Fe3+.
Таблица 1. Влияние рН среды на эффективность электрофлотационного и фильтрационного извлечения труднорастворимого соединения Fe'
рН т, мин а, %
5,7 30 5
+Ф 91
6,6 30 1
+Ф 94
8,5 30 5
+Ф 70
Условия эксперимента: 50 мг/л ¥вС13, 300 г/л СаС12, Jv=0,4 А/л, время 30мин.
Положительное влияние на электрофлотационное извлечение железа(Ш) оказывают некоторые типы флокулянтов и ПАВ. Данные по влиянию добавок на степень извлечения железа (III) представлены в таблицах 2,3.
Из таблицы 2 можно сделать вывод, что все типы флокулянтов в той или иной степени улучшают процесс электрофлотации. Наибольшая эффективность электрофлотационного извлечения достигается в присутствии анионного флокулянта Praestol 2530. Последующая фильтрация раствора позволяет достичь суммарной степени извлечения на уровне 98%, т.е. дисперсная фаза извлекается эффективно и электрофлотационный процесс можно улучшить.
Таблица 2. Влияние природы флокулянтов на эффективность электрофлотационного и фильтрационного извлечения труднорастворимого соединения Fe3+
Добавка Степень извлечения а, %
ЭФ ЭФ + Ф
Без добавки 1 94
Катионные флокулянты Zetag 7565 62 92
Zetag 8105 65 98
Zetag 8160 76 94
Zetag 8115 32 88
РгаеБЮ 859 47 92
С 496 84 92
Анионные флокулянты Praestol 2530 90 98
М 345 78 95
Неионогенные флокулянты Ferrocuyl 8737 81 90
Praestol 2500 78 92
Условие эксперимента: 50 мг/л ЕеС13, 300 г/л СаС12, С(флок)=5 мг/л, Jv=0,4 А/л, время 30мин., рН - 6,6.
Таблица 3 - Влияние ПАВ различной природы на эффективность электрофлотационного и фильтрационного извлечения труднорастворимого соединения Fe3+
Добавка Степень извлечения а, %
ЭФ ЭФ + Ф
Без добавки 1 94
Катионные ПАВ Катапав Алкилбензилдиметиламмоний хлорид 6 54
Септапав ХСВ.70 Дидецилдиметиламмоний хлорид 13 39
Септапав Дидецилдиметиламмноний хлорид 25 91
Катинол Алкилдиметил(2-гидроксиэтил) аммоний хлорид 9 81
Анионный ПАВ NaDDS Додецилсульфат натрия 1 90
Амфотерный ПАВ Бетапав А 1214.30 Алкилкарбоксибетаин 88 92
Бетапав АП.45 Алкилкарбоксибетаин 93 93
Неионогенный ПАВ Оксипав А 1218.30 Алкилдиметиламинооксид 3 86
Синтанол АЛМ -10 Смесь полиэтиленгликолевых эфиров первичных высших жирных спиртов 10 89
Препарат 0С-20-Б Смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов 1 88
ПЭ0-1500 полиэтиленоксид 79 92
Условие эксперимента: 50 мг/л FeCl3, 300 г/л CaCl2, С(ПАВ)=5 мг/л, Jv=0,4 А/л, рН - 6,6, время 30 мин.
По результатам представленным в таблице З выявлено, что эффективное влияние на электрофлотационное извлечение оказывает добавление амфотерного ПАВ(Бетапав А 1214.30) и (Бетапав АП.45) степень извлечения составляет 88% и 93%. Все остальные добавки дают в свою очередь результаты ниже 80%, поэтому нельзя с уверенностью сказать, что они положительно влияют на динамику электрофлотационного процесса извлечения Fe3+ в присутствии хлорида кальция.
Заключение
Таким образом, были проведены исследования по изучению влияния значение рН
среды, а также ПАВ и флокулянтов различной природы на процесс электрофлотационного извлечения соединения железа (III). Доказано, что добавка флокулянта анионной природы положительно сказывается на динамику электрофлотационного процесса. Максимальный эффект извлечения железа из технологического раствора СаС12 достигается при добавлении амфотерного ПАВ (Бетапав АП.45), степень извлечения достигает 93%.
Список литературы
1. Колесников В.А., Меньшутина Н.В., Десятов А.В. Оборудование, технологии и проектирование систем очистки сточных вод. - М.: ДеЛи плюс, 2016. - 289с
