CC BY
6
УДК 66.087.4; 675.043.42
Аунг Пьяе, Колесников А.В., Стоянова А.Д.
ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО КАТИОННОГО ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА НА ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ СМЕСИ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА
Аунг Пьяе, аспирант 3 года обучения кафедры ТНВ и ЭП; Колесников Артем Владимирович, к.т.н., доцент кафедры ИМиЗК.
Стоянова Алёна Дмитриевна, к.т.н., старший преподаватель кафедры ТНВ и ЭП; milyutina alena rhtu@mail.ru. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20
Изучено электрофлотационное извлечение смеси металлов Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cr3+, Fe3+ из водного раствора. Для дополнительной очистки водного раствора применялся метод фильтрации. Экспериментально установлено влияние катионного поверхностно-активного вещества ФЛОН-1 на степень извлечения труднорастворимых соединений металлов.
Ключевые слова: электрофлотация, поверхностно-активное вещество, степень извлечения, цветные металлы.
INFLUENCE OF INDUSTRIAL CATIONIC SURFACE-ACTIVE SUBSTANCE ON ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF METAL MIXTURE FROM AQUEOUS SOLUTION
Aung Pyae, Kolesnikov Artem Vladimirovich, Stoyanova Alyona Dmitrievna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The electroflotation extraction of a mixture of metals Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cr3+, Fe3+ from an aqueous solution was studied. The filtration method was used for additional purification of the aqueous solution. The effect of cationic surfactant FLON-1 on the degree of extraction of sparingly soluble metal compounds is experimentally established.
Keywords: electroflotation, surfactant, the degree of extraction, non-ferrous metals.
Из-за несовершенства многих промышленных технологий ежегодно в России сбрасывается в водоемы промышленными предприятиями около миллиарда кубометров сточных вод и десятки тысяч тонн ионов тяжелых металлов, таких как Си, Sn, Zn, №, Сг, А1, Fe и другие [1].
Проблема удаления тяжелых металлов из сточных вод сейчас особенно актуальная. Плохо очищенные сточные воды поступают в природные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются в воде и донных отложениях, становясь таким образом источником вторичного загрязнения. Соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объему водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорбируются на минеральных и органических осадках. Вследствие чего содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно увеличивается, и когда адсорбционная способность осадков
исчерпывается, тяжелые металлы поступают в воду, что и приводит к экологическому кризису. Штрафные санкции за сброс тяжелых металлов в воду становятся все жестче, но это не решает проблемы [1].
В последние годы предпочтение отдается разработке и внедрению мембранных и электрохимических методов как наиболее соответствующих комплексным требованиям водоподготовки и водоочистки. Электрофлотация
в настоящее время является одним из перспективных и эффективных методов очистки сточных вод.
Определение закономерностей процесса электрофлотационного извлечения смеси гидроксидов металлов (Си, №. Zn, Fe, Сг) в присутствии катионного поверхностно-активного вещества ФЛОН-1 является основной целью данного исследования.
Материалы и методика
Извлечение смеси загрязняющих ионов (Си2+, №2+, 2п2+, Ре3+, Сг3+) из водного раствора, содержащего сульфат-ионы, осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми анодами [1].
В процессе исследований использовали катионное поверхностно-активное вещество ФЛОН-1 (ацетат первичных аминов кокосовой фракции в изопропиловом спирте).
Эксперименты проводили с использованием водного раствора в присутствии фонового электролита 1 г/л №2Б04 при комнатной температуре (20 ± 2°С) при рН 7,0-10,0. Индивидуальная концентрация каждого металла в растворе составляла 20 мг/л. Концентрация ФЛОН-1 - 1-10 мг/л. Объемная плотность тока -0,4 А/л. Контроль рН осуществляли с помощью рН-метра (иономера) ЭВ-74 со стандартными
стеклянным (ЭСЛ 43-07) и хлоридсеребряным электродами.
По окончанию процесса электрофлотации раствор фильтровали с помощью фильтровальной бумаги марки «Синяя лента». Определение концентрации ионов металлов в растворах проводилось на атомно-абсорбционном спектрометре КВАНТ-АФА по
стандартизированной методике [2].
Эффективность процесса извлечения ионов металлов из раствора оценивали по степени извлечения а (%), которую рассчитывали по формуле (1), где сисх/скон - исходная/конечная концентрация иона металла, мг/л:
а = С,:'::: С>:ск - 100%, (1)
из водного раствора при различных рН представлена в таблице 2.
Таблица 2 - Влияние катионного ПАВ ФЛОН-1 (5 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений N1, Zn,
Время, мин а, %
рН 7,0 рН 10,0
Си N1 /п Сг Бе Си N1 /п Сг Бе
20 82 22 74 86 82 90 39 89 95 85
20+ф 97 38 93 99 90 97 49 99 99 94
СЕ[Сы2+, 1п2+, Сг, ¥е3+] = 100 мг/л; С (Ма^04) = 1 г/л; С(ФЛОН-1) = 5 мг/л; = 0,4 А/л
Результаты и их обсуждение
Были получены экспериментальные данные электрофлотационного извлечения смеси ионов Си2+, №2+, /п2+, Сг3+, Бе3+ в виде труднорастворимых гидроксидов
соответствующих металлов, образующихся при рН 7,0 и 10,0, из водных растворов без добавки катионного ПАВ ФЛОН-1 (таблица 1).
Таблица 1 - Исследование процесса электрофлотационного извлечения смеси
труднорастворимых соединений N1, Zn, Fe из
Время, мин а, %
рН 7,0 рН 10,0
Си N1 /п Сг Бе Си N1 /п Сг Бе
20 88 33 62 89 82 49 46 51 47 50
20+ф 99 61 85 98 97 89 85 98 98 97
СЕ[Сп2+, М2+, 2п , Сг , ¥в ] = 100 мг/л; I, = 0,4 А/л; С (Ыа2Б04) = 1 г/л
Установлено, что при рН 7,0 металлы Си, Сг, Fe имеют довольно высокие степени извлечения -80-89 %, тогда как при рН 10,0 эффективность извлечения данных металлов снижается до 4750%. Фильтрация растворов проб этих металлов
позволила увеличить степени извлечения до 90-97 %.
•2+
гу 2+
/п после
Степени извлечения и
электрофлотации достигают 33-62% при обоих значениях рН.
При добавлении катионного поверхностно-активного вещества ФЛОН-1 концентрацией 1 мг/л процесс электрофлотации протекал не эффективно - степень извлечения всех вышеперечисленных металлов достигала 2-5%.
Экспериментальные данные влияния ФЛОН-1 концентрацией 5 мг/л на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Си, N1, /п, Сг, Бе
Данные таблицы 2 показали, что при рН 7,0 в присутствии 5 мг/л катионного ПАВ ФЛОН-1 достаточно эффективно извлекаются металлы Си, /п, Сг, Бе - степени извлечения достигают 82%, 74%, 86%, 82% соответственно. Фильтрация раствора позволила увеличить степени извлечения данных металлов до 93-99%.
При смещении рН в щелочную сторону степени извлечения Си, Zn, Сг, Fe составили 8995%. Фильтрация, как дополнительный метод очистки данного раствора, позволила повысить степень извлечения металлов до 94-99.
Низкая степень извлечения ионов никеля (II) объясняется тем, что в данная область рН 7,0-10,0 не достаточна для образования
труднорастворимого гидроксида никеля (II) не в полной мере.
Исследование по влиянию 10 мг/л катионного ПАВ ФЛОН-1 на эффективность электрофлотации смеси труднорастворимых соединений Си, №, Zn, Сг, Fe из водного раствора при различных рН представлена в таблице 3.
Таблица 3 - Влияние катионного ПАВ ФЛОН-1 (10 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений
Время, мин а, %
рН 7,0 рН 10,0
Си N1 /п Сг Бе Си N1 /п Сг Бе
20 85 18 68 85 80 97 49 98 95 39
20+ф 97 34 86 93 90 99 50 99 96 92
Сг[Си2+, №2+, 1п2+, Сг , ¥в3+] = 100 мг/л; С (Ыа^04) = 1 г/л; С(ФЛОН-1) = 5 мг/л; I, = 0,4 А/л
При добавлении в систему 10 мг/л катионного поверхностно-активного вещества ФЛОН-1 эффективность электрофлотационного процесса труднорастворимых гидроксидов практически не изменилась по сравнению с результатами
эксперимента, где концентрация ФЛОН-1 была равна 5 мг/л (таблица 2).
Степени извлечения металлов Си, Zn, Сг достигали 68-85% при рН 7,0 и 95-98% при рН 10,0. Однако увеличение рН до 10,0 повлияло на эффективность электрофлотации ионов железа (III) - степень извлечения упала до 39 %. Это может быть связано с частичным растворением труднорастворимого гидроксида железа (III) при данном значении рН. Фильтрация раствора позволила увеличить степени извлечения металлов Си, 2п, Сг и Бе до 86-99% вне зависимости от рН среды.
Заключение
Таким образом, была определена возможность электрофлотации смеси труднорастворимых соединений Си, №, Zn, Сг, Fe из водного раствора в присутствии промышленного катионного поверхностно-активного вещества ФЛОН-1.
Установлено, что добавка ФЛОН-1 с концентрацией 1 мг/л подавляет
электрофлотационное извлечение металлов. Тогда как концентрация 5-10 мг/л ФЛОН-1 позволяет извлекать металлы Си, Zn, Сг, Fe со степенью извлечения 70-85% при рН 7,0 и 90-98% при рН 10,0.
Отмечено, что добавление Флон-1 подавляет
процесс электрофлотационного извлечения ионов
•2+
N1 при рН 7,0.
Список литературы
1. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий [Текст] / Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И. и др.: Под ред. Колесников В.А. - М.: Химия, 2007. - 304 с.
2. Гайдукова А.М. Извлечение металлов переменной валентности из водных растворов с использованием электрохимических и физических методов: дис. ... канд. техн. наук. М., 2016. 155 с.
