CC BY
19
УДК 546.56;546,47;546.72;546.6
Щербакова Л.А., Хейн Тху Аунг, Колесников А.В.
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО - АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ФЛОКУЛЯНТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО СОВМЕСТНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ Zn И Ni ИЗ СТОЧНЫХ ВОД
Л.А. Щербакова, магистрант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, РХТУ им. Менделеева, Москва.
Хейн Тху Аунг, к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Колесников Артём Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник Технопарка «Экохимбизнес 2000+» РХТУ имени Менделеева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 +7(915)055-58-03 lara.sherbakova@gmail.com
Изучена эффективность электрофлотационного процесса совместного извлечения гидроксидов никеля и цинка при концентрации 50 мг/л. Изучена роль ПАВ и флокулянтов (веществ катионной природы) в зависимости от состава фонового электролита. В результате было установлено, что степень извлечения при оптимальных условиях составляет 99%, что свидетельствует об эффективности процесса электрофлотационного извлечения.
Ключевые слова: Электрофлотация, фильтрация, сточные воды, цинк, никель, ПАВ, флокулянт.
THE INFLUENCE OF SURFACE - ACTIVE SUBSTANCES AND FLOCCULANTS OF THE EFFICIENCY OF ELECTROFLOTATION FOR THE JOINT EXTRACTION OF IONS of ZN and NI FROM WASTEWATER
Shcherbakova L.A., Hein Thu Aung, Kolesnikov A.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
The influence of the efficiency of the flotation process for the joint extraction of ions of Nickel and zinc at a concentration of 50 mg/l. Studied the role of surfactant and flocculant substances of cationic nature, depending on the composition of the background electrolyte. The efficiency of their electroflotation extraction of Nickel and zinc ions was determined. It is established that the process of electroflotation extraction is effective, the degree of extraction under optimal conditions is up to 99%.
Keywords: Electroflotation, filtration, waste water, zinc, nickel, PA V, flocculant.
Типичный процесс очистки сточных вод от ионов различных металлов (№, 2п и др.) предполагает изменение рН посредством добавления различных химических растворов. Это приводит к образованию взвешенных частиц дисперсной фазы труднорастворимых соединений, значительную часть которых составляют гидроксиды и оксиды соответствующих металлов. Взвешенные частицы удаляются из сточных вод осаждением, фильтрованием или электрофлотацией. Для повышения эффективности процесса удаления коллоидных частиц дисперсной фазы в сточные воды добавляют различные органические или неорганические соединения или их смеси. Такая обработка изменяет поверхностные свойства взвешенных частиц дисперсной фазы, в частности, значение ^-потенциала, который является своего рода индикатором процесса коагуляции и эффективности воздействия вводимых добавок.
У многих оксидов и гидроксидов в области рН 510 происходит полная комплектация потенциалобразующего слоя, т.е. все противоионы находятся в адсорбционном слое. В этом случае ^-потенциал становится равным нулю, наблюдается изоэлектрическая область, в которой возможно
наиболее полное удаление частиц твёрдой фазы методом электрофлотации.
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. Извлечение загрязнения происходит путём «прилипания» коллоидных частиц к пузырькам газа Н2 и О2, всплывание которых обеспечивает высокую эффективность удаления загрязнения. Одной из важнейших задач охраны окружающей среды является обезвреживание токсичных отходов, которые образуются на производственных предприятиях [1].
Сточные воды гальванохимического
производства содержат большое количество токсичных компонентов, таких как Fe2+, №2+, 2п2+, Со2+, Си2+, Сг3+, А13+, Бе3+, Т14+, анионы С1-, Б042-, N0^, НРО42-, РО43-, а также большое количество различных ПАВ: ОС-20, КаБББ, КаБВБ, АЬМ-10, ПЭО-1500 и другие загрязнения.
Поверхностно-активные вещества и других органические загрязнения попадают в сточные воды гальванического производства, тем самым осложняя
очистку техногенных отходов. Анализ показал, что присутствующие органические вещества можно разделить на несколько групп:
Группа 1
Лиганды для комплексообразования с ионами металлов (Си, №, Zn, Cd);
- Тартрат, ЭДТА, пирофосфат
- Сульфонаты, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, органические кислоты и др.
Группа 2
Поверхностно-активные вещества для обезжиривания, травления, в процессах обработки поверхности.
Неиногенные ПАВ: ОП-7, ОП-10, Синтанол, КаБББ, КаОББ.
Группа 3
Ингибиторы коррозии при обработке поверхности. Си, А1, стали.
- Бензотриазол, катионные ПАВ.
Группа 4
Смывки для удаления полимерных композиций, лаков, окраски.
- Растворители: спирты, ацетон, диметилформамид, диэтаноламин.
Группа 5
Растворы травления (Си, Sn, Sn-Pb, А1).
- Кислоты: неорганические, органические;
- Органические лиганды;
- Ингибиторы коррозии.
Группа 6
Добавки для выравнивания при осаждении металлов (Си, №, Zn).
- Спирты, ПАВ, альдегиды, кетоны.
Влияние ПАВ на электрофлотация извлечения отдельных гидроксидов Си, №, Zn опубликовано в ряде работ [2].
Важное значение в повышении эффективности ЭФ процесса также имеет размер частицы, так как к большей по размеру частице может присоединиться большее количество пузырьков, что суммарно повышает их подъёмную силу. Поэтому частицы гидроксидов металлов 2п и N1 будут флотироваться лучше, чем ионы этих металлов. Закрепление и удержание частицы на поверхности пузырьков является приоритетным параметром.
В работе рассмотрено влияние природы частиц дисперсной фазы, фонового электролита, используемых ПАВ и флокулянтов на эффективность электрофлотационного извлечения частиц дисперсной фазы труднорастворимых соединений никеля и цинка.
Основным параметром, определяющим эффективность ЭФ процесса, является степень извлечения а дисперсной фазы:
аэФ=[(Сисх - Сост)/Сисх]*100%,
где Сисх, Сост - соответственно исходная и остаточная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м3 (мг/л).
Схема лабораторной электрофлотационной установки представлена на рисунке 1. В ряде случаев после электрофлотационной очистки проводили дополнительную фильтрацию раствора с помощью обезоленных фильтров «Синяя лента» ТУ 2642-001-13927158-2003. (диаметр пор - 1 мкм).
Концентрацию цинк и никель определяли по стандартизированной методике на приборе КВАНТ-АФА методом Атомно Абсорбционная Спектрометрия. Измерения (исследования) выполнены на оборудовании Центра Коллективного Пользования имени Д.И. Менделеева.
Весьма актуальной задачей для с точки зрения экологии является обезвреживания стоков, содержащих ионы тяжёлых металлов (ИТМ). Схема лабораторной электрофлотационной установки описана в литературе[3].
Рис. 1. Схема лабораторной установки по исследованию процессов электрофлотации
1 - колонна электрофлотатора; 2 - электродный блок; 3 -вентиль;4 - анод; 5 - катод; 6 - резиновая прокладка; 7 -источник постоянного тока
Для приготовления модельных растворов использовались следующие реактивы: ZnSO4 x 7H2O, NiSO4 x 7H2O, Na2SO4 квалификации хч. Модельные растворы готовились на дистиллированной воде.
В качестве добавок применялись катионные ПАВ КатаПАВ (Алкилдиметилбензиламмоний хлорид, 50%, вода) и СептаПАВ (Дидецилдиметиламмоний хлорид, 70%,
этиленгликоль, вода), и катионный флокулянта марки Zetag-8160 (Полиакриламид, Polyacrylamide, ППА).
Экспериментальные результаты влияния ПАВ и флокулянтов на эффективность
электрофлотационного извлечения гидроксидов Ni и Zn при значениях pH 8, 9, 10 и 11 приведены в таблице 1.
Таблица 1. Степень электрофлотационного извлечения ионов никель и цинка в зависимости от рН, а%
Время, мин а%
8 9 10 11
№ Zn № Zn № Zn № Zn
СептаПАВ
5 16 73 12 22 5 20 53 4
10 24 86 17 26 58 68 54 5
20 30 88 21 34 80 84 58 59
30+фильтрация 55 94 61 81 93 93 99 99
КатаПАВ
5 7 21 52 70 2 13 32 27
10 10 24 71 95 37 47 40 36
20 12 24 72 97 93 90 86 89
30+фильтрация 13 40 78 98 97 94 98 98
Флок (Zetag-8160)
5 4 2 39 76 37 44 83 81
10 6 10 52 90 75 75 94 94
20 9 11 56 92 95 97 99 99
30+фильтрация 12 18 62 94 98 99 99 99
Условия эксперимента: Хп -50 мг/л, № -50мг/л, Na2SO4-1 г/л,Сорг= 5 мг/л, Jv-0.4 А/л
В представленных экспериментальных результатах (таблица 1) отметим, что в слабокислой области (рН = 8) процесс извлечения
гидроксидов никеля и цинка в присутствии ПАВ и флокулянта ухудшается. Процесс электрофлотации идет не эффективно из-за отсутствия дисперсной фазы.
В области рН = 9 процесс электрофлотации гидроксида цинка улучшается в присутствии катаПАВ и флокулянта (2е1а§-8160). При добавлении септаПАВ процесс извлечения гидроксидов цинка и никеля практически не изменился.
В процессе извлечения гидроксидов никеля и цинка при рН = 10 наблюдается положительное изменение, степень электрофлотационного извлечения заметно возросла.
В заключительном эксперименте, в области рН = 11, присутствие ПАВ подавило процесс электрофлотационного извлечения цинка. Наилучший результат электрофлотационного извлечения гидроксидов цинка и никеля достигается при использовании флокулянта (2е1а§-8160), а 99%.
На следующих этапах исследований планируется установить влияние влияние а на эффективность извлечения ионов никеля и цинка, на физико-химические свойства дисперсной фазы (заряд и
размер частиц) при рН 8 КН40Н.
,9, 10 и 11 с добавлением
Часть работы 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) RFMEFI57417X0169.
Список литературы
1. Влияние моющего раствора БесогМа1 на основании куменсульфоната натрия на электрофлотационное извлечение А1 и Бе [Текст] / Хейн Тху Аунг, Аунг Пьяе, Колесников А.В., Колесников В.А. // Успехи в химии и хим. технологии: Сб. науч. тр. /РХТУ им. Д.И. Менделеева. - 2018. - Т. 32, № 3. - С. 118 - 120.
2. Хейн Т.А., Колесников В.А. Влияние природы ПАВ и флокулянта на электрофлотационный процесс извлечения смеси гидроксидов цветных металлов из сточных вод гальванохимических производств // . - 2018. Т. 26 № 4. - С 51 - 58.
3. 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. - Том 56. № 1. - С. 3 - 11.
