CC BY
11
УДК 544.6;546.47;546.56;546.74
Аунг Пьяе, Хейн Тху Аунг., Колесников А.В., Колесников В.А.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛИГАНДА NH4OH НА СОВМЕСТНОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ, НИКЕЛЯ И ЦИНКА В ПРИСУТСВИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПАВ
Аунг Пьяе, аспирант 3 года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва. e-mail: aungpyae05@zmail. com
Хейн Тху Аунг, к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Колесников Артем Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник Технопарка <<Экохимбизнес 2000+>> РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Изучено воздействие лиганда NH4OH концентрацией 500 мг/л на процесс электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка. Показано, что лиганды образуют комплексы с ионами металлов. В результате электрофлотационное извлечение ионов металлов затруднено. Описана зависимость влияния побочных электрохимических реакций на эффективность электрофлотационного процесса извлечения труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка. Установлено, что размер частицы оказывает большое вляние на процесс образования дисперсной фазы в пенный продукт, что прямопропорционально влияет на эффективность электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка. Доказано, что исследованные поверхностно-активные вещества сульфоксильного и азотосодержащего типа при pH от 8 до 10 снижают эффективность электрофлотационного извлечения ионов меди, никеля и цинка. При pH=11 электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка в присутствии поверхносно-активных веществ СТМл, СТМх и Флон-1 увеличивается до 94-98%, что говорит о трудности извлечения ионов металлов в связи с образованием труднорастворимых комплексов.
Ключевые слова: электрофлотация, очистка сточных вод, медь, никель, цинк, органические композиции, СТМл, СТМх, Флон-1.
EFFECT OF THE NH4OH LIGAND ON THE CO-EXTRACTION OF HARD-TO-DISSOLVE COPPER, NICKEL AND ZINC COMPOUNDS IN THE PRESENCE OF INDUSTRIAL SURFACTANTS
Aung Pyae, Hein Thu Aung, Kolesnikov A.V., Kolesnikov V.A. Kolesnikov V.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
The effect of the NH4OH ligand with a concentration of500 mg/l on the process of electroflotation extraction of difficult-to-dissolve copper, Nickel and zinc compounds was studied. It is shown that ligands form complexes with metal ions. As a result, electroflotation extraction of metal ions is difficult. The dependence of the influence of side electrochemical reactions on the efficiency of the electroflotation process for the extraction of sparingly soluble compounds of copper, nickel and zinc is described. It was found that the particle size has a large effect on the formation of the dispersed phase in the foam product, which directly affects the efficiency of electroflotation extraction of insoluble compounds of copper, nickel and zinc. It is proved that the studied surfactants of sulfoxyl and nitrogen-containing types at pH from 8 to 10 reduce the efficiency of electroflotation extraction of copper, Nickel and zinc ions. At pH=11, electroflotation extraction of hard-to-dissolve copper, Nickel and zinc compounds in the presence of surface-active substances STMl, STMx and Flon-1 increases to 94-98%, which indicates the difficulty of extracting metal ions due to the formation of hard-to-dissolve complexes.
Keywords: electroflotation, wastewater treatment, copper, nickel, zinc, organic compositions, STMl, STMx and Flon-1.
Ежедневно в сточные воды сбрасывается большое количество отходов с производств. На данный момент одной из самых вотребованных и важных задач охраны окружающей среды является очистка сточных вод от загрязнения. Коэффициент эффективности безвреживания токсичных отходов,
которые образуются на производственных предприятиях значительно снижен. Поэтому ученые стремятся к созданию и доработке высокоэффективного очистного оборудования.
Техногенные отходы, которые сбрасываются в сточные воды гальванического производства
содержат в себе большое количество органических и неорганических соединенний. В зависимости от применяемых операций при обработке металлических изделий на производстве это могут быть ПАВы различной природы, моющие составы, ионы тяжелых металлов и др [2, 3].
В сточных водах производства часто присутствуют ионы лиганда КН3, №Ы4ОН, тартрат, пирофосфат ЭДТА. В этом случае извлечение ионов металлов образующих с лигандами комплексы неэффективно [4].
Самым эффективным способом очистки сточных вод гальванического производства является метод электрофлотации (ЭФ). Его главными преимуществами являются высокая скорость электрофлотационного процесса и интенсивное выделение дисперсной фазы в пенный продукт. Также преимуществом перед другими методами очистки сточных вод является простота изготовления аппаратов и их обслуживания [1].
При прохождении электрического тока через систему образуются пузырьки газа Н2 и О2, которые слипаются с коллоидными частицами. Образование и всплытие при электролизе воды пузырьков обеспечивает высокий эффект удаления загрязнения. Разделение системы происходит путем образования потока водорода и кислорода. Скорость образования дисперсной фазы в пенный продукт дает нам возможность судить об эффективности электрофлотационного процесса.
Основными стадиями электрофлотационного процесса являются:
1.образование газовых пузырьков Н2 и О2 при электролизе жидкости
2.образование частиц дисперсной фазы
3.формирование комплексов «частица-пузырек газа»
4.всплывание на поверхность пузырька газа с частицей
5.образование пены, состоящей из частиц с пузырьками газа на поверхности воды.
Важной задачей при проведении электрофлотации является влияние побочных электрохимических реакций на проведение электрофлотационного процесса.
Так, например, изменение кислотно-основных свойств и окислительно-восстановительного потенциала среды, изменение ионного состава, растворение дисперсной фазы, уменьшение колличества образующего газа при побочных реакциях - действуют как положительно, так и отрицательно на эффективность ЭФ процесса.
Большое значение в эффективности электрофлотационного процесса также играет размер частицы. Так, для гидрооксидов металлов Си, N1 и Zn радиус частицы заметно увеличивается, что аналогично повышает и степень их извлечения. К большей по размеру частице ионов может присоединиться большое колличество пузырьков, что сумарно повышает их подъемную силу. Закрепление и удержание частицы на поверхности пузырьков является приоритетным параметром.
Основным определяющим параметром эффективность электрофлотационного процесса является степень извлечения а дисперсной фазы:
а = ~ х 100%
^ не-:
где Сисх, Сост - соответственно исходная и остаточная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м3.(мг/л).
Очистка сточных вод от ионов тяжёлых металлов проводилась методом электрофлотации по стандартизированной методике [5] с добавлением различных промышленных ПАВ различной природы.
В таблице 1 представлена сравнительная характеристика аннионных СТМл и СТМх и катионного Флон-1 ПАВов отечественного производства, которые использованы в работе.
СТМл СТМх ФЛОН-1
Вид Оксигидрильные собиратели сульфоксильного типа. Мыла талловых масел лиственных и хвойных. В состав мыла талловых масел входят непредельные (олеиновая, линолевая, линоленовая) кислоты, гидроксикислоты и нейтральные вещества ( спирты, альдегиды, углеводороды и тд). Катионный собиратель азотосодержащего типа. Ацетат первичных аминов кокосовой фракции в изопропиловом спирте.
Общ. формула R-СООМе R - :ын2
Применение Высокоэффективные собиратели для флотации несульфидных минералов ( фосфатных, кальциевых и.т.д), апатит, флюоритсодержащих руд. При флотации силикатных материалов: кварц, слюда, литиевые и бериппиевые руда.
Таблица 1. Сравнительная характеристика поверхностно-активных веществ различной природы.
Таблица 2. Влияние природы поверхностно-активных веществ на электрофлотационное извлечение смеси труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка в различном диапазоне pH.
ПАВ «, %
рН-8 рН-9 рН-10 рН-11
Си N1 гп Си N1 гп Си N1 гп Си N1 гп
Без ПАВ 71 54 42 91 83 90 96 98 99 98 99 99
Флон-1 89 28 60 92 48 94 92 90 92 93 93 98
СТМл 51 45 35 91 82 95 94 94 98 94 95 98
СТМх 96 89 97 96 98 98 97 99 97 97 98 98
Примечание: условия экспериментов: c(Cu2+)= 25 мг/л, c(Ni2+)= 25мг/л, c(Zn2+) = 25мг/л, ^Н^И) = 500 мг/л, ^ = 0.4 А/л; время - 20 мин.
Установлено, что наиболее эффективно процесс извлечения смеси труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка протекает при рЫ=11 в присутсвии катионного ПАВ Флон-1. Степень извлечения составляет 97-98%, что показывает нам об эффективности процесса. Объясняется данный эффект адсорбцией данного ПАВ на поверхности гидроксидов металлов и снижения поверхностного натяжения. В диапазоне рЫ 8-10
электрофлотационное извлечение смеси
труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка в присуствии ПАВ различной природы затруднено, так как формирование дисперсной фазы протекает медленно. Присутствие ПАВ СТМл и СТМх во всем диапазоне рЫ затрудняют электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка, что связано с образование комплексов, затрудняющих извлечение.
Таким образом, при добавлении в систему лиганда NH3, NH4OH, тартрат, пирофосфат ЭДТА в присуствии ПАВ сульфоксильного СТМл и СТМх или азотосодержащего Флон-1 типа можно сделать вывод, что электрофлотационное извлечение смеси труднорастворимых соединений меди, никеля и цинка затруднено в диапазоне рЫ 8-10. При этом при рЫ=11 эффективность электрофлотационного извлечения повышается и достигает 98%.
Работа проводилась при финансовой поддержке Ди.
Менделеев (проект №1. З-2020-004).
Список литературы
1. З.М. Шуленина, В.В. Багров, А.В. Десятов, В.А. Колесников. Вода техногенная: проблемы, технологии, ресурсная ценность. // Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, — 2015. — 401с.
2. Колесников В.А., Ильин В.И., Бродский В.А., Колесников А.В. Электрофлотация в процессах водоочистки и извлечения ценных компонентов из жидких техногенных отходов. // Теоретические основы химической технологии. — 2017, — Т. 51, №4, — С. 361-375.
3. Аунг П., Хейн Т.А., Колесников В.А., Давыдкова Т.В. Электрофлотационное извлечение ионов Си, № из водных растворов в присутствии лиганда КН4ОЫ. // XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, — 2019, — Т. 3, — С. 254-254.
4. Колесников А.В., Ачкасов М.Г., Канделаки Г.И., Коваленко В.С., Колесников В.А. Повышение эффективности процесса электрофлотационного извлечения гидроксидов металлов в составе многокомпонентных систем из водных сред. // Журнал прикладной химии, издательство Наука. — 2018, — Т. 91, — С. 793-797.
5. Колесников В.А., Колесников А.В., Ильин В.И. Электрофлотация в очистке сточных вод от нефтепродуктов, красителей, ПАВ, лигандов и биологических загрязнений. // Теоретические основы химической технологии. — 2019, — Т. 53, №2, — С. 205-228.
