Библиографическое описание:

Родимова Т. Д., Стребкова Л. А., Борисова Е. С. Основные направления исследований в области извлечения тяжёлых металлов из техногенных вод методом ионной флотации // Молодой ученый. — 2014. — №15. — С. 108-111.

Сформированные в результате добычи и переработки медно-колчеданных руд техногенные воды по качественно-количественным показателям сопоставимы с забалансовыми рудами и образуют техногенное гидроминеральное сырьё. Вовлечение такого сырья в переработку связано с необходимостью совершенствования уже имеющихся и с разработкой новых инновационных комплексных технологий, обеспечивающих максимальное извлечение ценных компонентов и предотвращение сброса токсичных стоков в природные водоемы. Учитывая, что техногенные воды отличаются многокомпонентностью состава, различным фазовым состоянием и токсичностью соединений, соотношением и концентрацией загрязняющих примесей, понятно, что их качественная переработка может быть достигнута только с применением комплекса методов, включающих процессы флотации, сорбции, экстракции, коагуляции и флокуляции. Одним из наиболее перспективных для извлечения металлов из техногенных вод является метод ионной флотации.

Разработке физико-химических основ очистки промышленных сточных вод от истинно- и коллоидно-растворённых веществ и созданию новых реагентов для ионной флотации посвящены работы Л. Д. Скрылёва и его учеников. В работах [1, с. 24; 2, с. 386; 3, с. 458; 4, с. 14; 5, с. 2574] показана принципиальная возможность извлечения ионов тяжелых металлов (Pb, Hg, Cr, Ni, Cu, Zn и др.) из техногенных вод путем их осаждения ферроцианидом калия с последующей пенной сепарацией осадка желатином. Те же авторы предложили способ выделения Zn2+ из технологических растворов предварительным осаждением цинка в виде сульфида с последующей флотацией в присутствии хлористого лауриламмония. Кроме того, в работах Л. Д. Скрылёва, Т. Ф. Полтораниной, К. А. Разумова [6, с.78; 7, с. 11; 8, с. 14], Н. Н. Тетериной [9, с. 6], R. E. Baarson и C. L. Ray [10, с. 656] показано, что, используя в качестве собирателя натриевые и калиевые мыла синтетических жирных кислот фракции С10–26, методом ионной флотации можно извлекать Сu, Fе, Zn, Ni, Coидругие металлы. Так флотационная очистка растворов, содержащих от 80 до 380 мг/дм3 ионов Ni2+, с помощью лаурата калия снижает их концентрацию в среднем до 0,4 мг/дм3 [11, с. 79].

Т. Ф. Полторанина, К. А. Разумов разработали схему, включающую флотацию железа при рН 2,2–2,6 и последующую флотацию цветных металлов в коллективный концентрат при повышении рН до 8,5–9,0 с регенерирацией высокомолекулярных карбоновых кислот.

Е. Маhne и N. Pinfold [12, с. 140] продемонстрировали принципиальную возможность извлечения Сu, Fе, Zn, Рb, Mn, Ni, Co, Pd, V, Ce, Cr, Se из разбавленных (10–5-10–4 М)растворов методами флотации гидрофобных осадков. В качестве осадителей использовались диаминобензиин, гидроксихинолин, α-нитрозо-β-нафтол, купферрон, оксимы, в качестве собирателей — хлористый додецилпиридиний и Arquad 2HT (R(CH3)2NCl, где R — длинноцепочечный алкил).

В работах [8, с. 14; 9, с. 6] предложены схемы глубокой переработки технологических растворов, содержащих ионы тяжелых металлов Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Fe3+, Cr+3, включающие стадию ионной флотации.

В работе Н. Н. Тетериной и С. М. Адеева исследованы флотационные свойства собирателя ЭМКО, представляющего собой смесь натриевых мыл карбоновых кислот с длиной радикала более С21 [9, с. 7]. Установлено, что при извлечении ионов Cu2+, Ni2+, Cr3+, Fe3+, после предварительного переведения их в нерастворимые гидроксиды, эффективнее применять ЭМКО совместно с пенообразователем НК-82. Степень извлечения металлов в пенную фракцию при оптимальных условиях процесса флотации составляет для Fe3+ — 99,5 %; Cu2+ — 93,3 %, Ni2+ — 97,9 %, Cr3+ — 100 %.

R.E Baarson. и C. L. Ray [10, с. 656; 13, с. 254] сообщают о возможности концентрирования и разделения металлов (Сu, Fе, Zn, Mg, Ni, Co, Cr) путем ионной флотации предварительно осажденных гидроксидов этих металлов. Установлено, что гидроксид меди (II) может быть сфлотирован как анионными, так и катионными собирателями. Наиболее эффективными оказались жирные кислоты, алифатические первичные амины и диамины, содержащие 12–14 атомов углерода в углеводородной цепи. Во всех случаях оптимальным для флотации гидроксида меди (II) является интервал рН 7 ÷ 8. Авторы подчеркивают, что селективное выделение металлов возможно путем ступенчатого повышения рН.

А. Рубин с сотрудниками [14, с. 298; 15, с. 357; 16, с. 1133] изучали раздельное извлечение СuиFе из растворов методами, сочетающими флотацию растворенных в растворе ионов и флотацию предварительно осажденных гидроксидов. Было установлено, что флотация гидроксидов имеет ряд преимуществ: меньший расход собирателя, высокую скорость процесса, низкую чувствительность к присутствующим электролитам и др.

Распространен метод удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод сульфгидрильными собирателями, такими, как ксантогенаты, дитиофосфаты, тиокарбаматы, диалкилдитиофосфаты, первичные алифатические амины, алкиларилсульфокислоты, додецилбензосульфонат натрия [17, с. 975; 6, с. 78].

В Пражском институте исследования руд был разработан процесс флотации гидрофобных осадков, позволяющий концентрировать и разделять находящиеся в растворе металлы [18, с. 45]. В качестве собирателей использовали органические вещества, имеющие полярно-аполярную структуру молекул (алкилксантогенаты, алкил- и арилдитиокарбаматы, дитизон), осаждающие катионы большинства цветных и редких металлов в виде труднорастворимых соединений (ПР = 10–6÷10–40), обладающих высокой гидрофобностью.

T. Sasaki [19, с. 273] изучал возможность применения метилового и этилового ксантогенатов для извлечения Co и Ni из растворов выщелачивания пиритного огарка. После цементации железом, раствор, содержащий 0,25 г/дм3Co, 6,50 г/дм3Fе, 3,00 г/дм3Zn,

0,17 г/дм3Al и 0,22 г/дм3Mn, перемешивался с метиловым ксантогенатом при рН 4,5. Извлечение кобальта составило 90 %. Разделение Co и Ni осуществлялось при обработке концентрата раствором аммиака, который селективно растворяет ксантогенат никеля.

Д. Б. Холикулов, Н. М. Рахмонов, С. И. Кодиров и др. рекомендуют использовать в качестве собирателей катионов меди и молибдена амиловый, этиловый, изопропиловый ксантогенаты, диэтилдитиокарбомат натрия [20, с. 34; 21, с. 187]. Достоинством перечисленных собирателей является образование «сухого» сублата, сочетающееся с высоким извлечением Cu и Mo. Установлено, что извлечение Cu, Mo, Fe и Zn из раствора происходит в определённом интервале рН. При рН~5,0–5,5 флотируется Cu и Fe, при рН~3,0–3,5 — Mo.

В работе [22, с. 285] для флотации катионов рекомендуется применение собирателей анионного типа: например, R-COO-(карбоксилат), R-SO3- (сульфонат), R-OSO3- (сульфат), R-C6H5-SO3--(бензосульфат), R-OPO32- (фосфат), R-CHSO3COO- (сульфокарбоксилат), где R — углеводородный радикал CnH2n+1 (n=10–16).

В работе Н. Н. Воронина [23, с. 22] подробно изучены закономерности ионной флотации меди и цинка с помощью раствора нафтеновой кислоты в керосине.

Специалисты института технической химии Уральского отделения РАН (г. Пермь) занимаются разработкой комплексообразующих реагентов для ионной флотации Cu2+, Ni2+, Co2+иFe3+. Так,А. В. Радушев и Л. Г. Чеканова с сотрудниками [24, с. 75] установили возможность применения 1,2-диацилгидразинов (ДАГ) в качестве собирателей ионов Cu2+, Ni2+, Co2+и Fe3+. В работах Г. И. Зубаревой, С. М. Адеева, А. В. Радушева [25, с. 46; 26, с. 13] исследованы закономерности извлечения ионов тяжелых металлов из кислых сточных вод флотацией с применением в качестве собирателя гидразина октановой кислоты. А в работе [27, с. 51] рассмотрено использование ДАГ, 1,2-дибензоил- и 1-бензоил-2-ацетилгидразинов как реагентов-собирателей.

Наиболее перспективными для ионной флотации считаются хелатообразующие реагенты: они селективны, обеспечивают глубокую очистку растворов в одну ступень, при правильной дозировке не требуют дополнительной очистки. Известен способ извлечения металлов в виде хелатов с водорастворимым гидразидом полиакриловой кислоты.

Для извлечения из водных растворов ионов  методом ионной флотации в качестве собирателя используется анионное ПАВ − сульфанол. При этом максимальные показатели извлечения ионов  наблюдаются при рН > 2,0. Концентрирование  в пену происходит в виде соли состава  по реакции [28, с. 1428] (где  — анион ):

Ограниченность применения ионной флотации для извлечения ионов  из техногенных растворов объясняется токсичностью флотореагентов. Кроме того, данный метод эффективен только для низкоконцентрированных растворов ( — до 5 мг/дм3).

В работах Н. Л. Медяник, Х. Я. Гиревой, И. А. Варламовой, Н. Л. Калугиной для извлечения меди и цинка из техногенных вод рекомендуется комплексный флотореагент, в состав которого входят моно- и диэтиленгликольтерефталат, терефталевая кислота [29, с. 87]. Кроме того, в работах данных авторов рассмотрена возможность селективного извлечения металлов из сточных вод методом известкования [30, с. 191].

На основе вышесказанного можно сделать следующие выводы: 1) Ионная флотация является технологичным процессом переработки гидроминеральных месторождений. 2) В настоящее время развитие метода ионной флотации для извлечения тяжелых металлов из техногенных вод горных предприятий тормозится тем, что ассортимент реагентов ограничен солями высших жирных кислот, сульфгидрильными и азотсодержащими соединениями, которые, являются дорогостоящими веществами с низкими значениями ПДК. Методы регенерации этих реагентов практически не разработаны. 3) Процесс ионной флотации может быть применен для разделения металлов. 4) Флотация хорошо сочетается с другими способами извлечения тяжелых металлов.

Литература:

1.         Скрылев Л. Д., Cазонова В. Ф. О расчете оптимальных значений рН для ионной флотации поливалентных металлов // Изв. Вузов. Цв. металлургия. 1980. № 3. С. 24–27.

2.         Скрылев Л. Д., Cазонова В. Ф., Скрылева Т. Л. Влияние растворимости сублата на эффективность флотационного выделения ионов тяжелых металлов, собранных с помощью жирнокислотных собирателей // Химия и технология воды. 1992. Т. 14. № 5. С. 386–389.

3.    Скрылев Л. Д., Аманов К. Б. Некоторые закономерности флотационного выделения ионов тяжелых металлов с помощью лаурата калия // Коллоидн. журн. 1972. Т. 34. № 3. С. 458–461.

4.    Скрылев Л. Д., Лопатенко Л. М., Синькова Л. А. Калиевые соли жирных кислот как флотационные собиратели ионов свинца // Химия и технология воды. 1985. Т. 7. № 3. С. 14–18.

5.    Скрылев Л. Д., Невинский A. F., Пурин А. Н. О влиянии электролитов на кинетику флотационного выделения веществ коллоидной и полуколлоидной степени дисперсности // Журн. прикл. химии. 1985. Т. 58. № 11. С. 2574–2578.

6.    Полторанина Т. Ф. Выделение тяжелых цветных металлов из разбавленных растворов ионной флотацией // Записки ЛГИ. Т. 42. Вып. 3. 1963. С. 78–84.

7.    Полторанина Т. Ф., Иллювиева Г. В., Разумов К. А. Выделение металлов из разбавленных растворов методом ионной флотации // Обогащение руд. 1964. № 3. С. 11–18.

8.    Разумов К. А., Иллювиева Г. В., Полторанина Т. Ф. Селективная флотация железа из растворов // Обогащение руд. 1965. № 6. С. 14–18.

9.    Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / Тетерина Н. Н.,

10.     Адеев С. М., Зубарева Г. И., Радушев А. В. // Изв. вузов. Цв. металлургия. 1997. № 3. С. 6–10.

11.     Baarson R. E., Ray C. L. Precipitate flotation, a new metal extraction and concentration technique // Hydrometallurgy. N. Y.-London: Cordon and Breach Sci. Publ, 1964. P. 656–677.

12.     Ласкорин Б. Н., Гольман A. M., Гвоздева Н. Е. Извлечение молибдена, меди и цинка из промышленных растворов методом ионной флотации и флотации осадков // Физ.-технологич. горные проблемы. 1972. С. 79–85.

13.     Mahne E. J., Pinfold N. A. Precipitate flotation. II. Separation of palladium from platinum, gold, silver, iron, cobalt and nickel // J. Appl. Chem. 1968. V. 18. № 5. Р. 140–142.

14.     Баарсон P. E. Осадительная флотация — новый метод извлечения и концентрирования металлов. // Гидрометаллургия. М.: Металлургия, 1971. 332 с.

15.     Rubin A. I., Johnson J. D. Effect of pH on ion and precipitate flotation systems // Analyt. Chem. 1967. V. 39. № 3. Р. 298–302.

16.     Rubin A. J., Lapp W. L. Foam fractionation and precipitate flotation of zinc (II) // Separ. Sci. 1971. V. 6. № 3. P. 357–363.

17.     Rubin A. J., Lapp W. L. Foam separation of lead (II) with laurylsulfate // Analyt. Chem., 1969. V. 41. № 8. P. 1133–1135.

18.     Walkowiak W., Bhattacharyya D., Grieves R. B. Selektive foam fractionation of chloride complexes of zinc (II), cadmium (II), mercury (II), qold (III) // Anal. Chem. 1976. V. 48. Р. 975–979.

19.     Cap M., Mazacek I. Pouziti flotace hydrofobnich srazeni kovu v hydrometalurgii // Rudy. 1960. R. 8. № 2. Р. 45–49.

20.     Sasaki T. Separation of particles, molecules and ions by foaming. Studies in Japan // Absorptive bubble separation techniques. N. Y.-London: Acad. Press, 1972. Р. 273–278.

21.     Исследование гидродинамических характеристик колонной флотомашины / Стрижко В. С., Шехерев Д. В., Абрютин Д. В., Бернацкая А. В. // Изв. вузов. Цв. металлургия 2000. № 1. С. 34–35.

22.     Холикулов Д. Б., Рахмонов Н. М., Кодиров С. И. Возможности применения ионной флотации для извлечения металлов из различных растворов // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Матер. междунар. научн.-техн. конф. Екатеринбург: Форт-Диалог-Исеть, 2007. С. 187–193.

23.     Сазонова В. Ф. Физико-химические основы процесса флотационного выделения и разделения ионов тяжёлых металлов: дис. … докт. хим. наук. Одесса, 1995. 469 с.

24.     Воронин Н. Н. Развитие теории и практики использования флотационных процессов извлечения растворенных веществ в гидрометаллургии и очистке сточных вод: автореф. дис. … докт. техн. наук. СПб: С-Петерб. горн. ин-т им. Г. В. Плеханова, 1994. 47 с.

25.     Радушев А. В., Чеканова Л. Г., Гусев В. Ю. Гидразиды и 1,2-диацилгидразиды. Получение, свойства и применение в процессах концентрирования металлов. Екатеринбург: Уральский центр академического обслуживания, 2010. 140 с.

26.     Зубарева Г. И. Выбор высокоэффективных собирателей различных классов для флотационного извлечения ионов металлов из промышленных сточных вод // Хим. промышленность. 2001. № 10. С. 46–48.

27.     Зубарева Г. И. Технологические схемы глубокой очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов с применением высокоэффективных собирателей // Хим. промышленность. 2002. № 8. C. 13–16.

28.     Чеканова Л. Г. Равновесия в растворах при комплексообразовании симметричных 1,2-диацилгидразинов с ионами меди (II) и некоторых d-элементов: дис. … канд. хим. наук. Пермь: ИТХ УрО РАН, 2002. 143 с.

29.     Панов В. А. Особенности процесса очистки воды методом электрофлотации // Электрохимия. 1974. Т. 10. № 9. С. 1427–1431.

30.     Прогнозирование флотационной активности реагентов для извлечения цинка и меди (II) по квантово-химическим дескрипторам / Медяник Н. Л., Варламова И. А., Калугина Н. Л., Строкань А. М. // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2011. № 3. С. 83–89.

31.     Медяник Н. Л., Калугина Н. Л., Варламова И. А. Изучение возможности селективного извлечения меди методом известкования из сточных вод горных предприятий гидрометаллургического комплекса // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. Т. 42. № 2. С. 188–193.

Основные термины: ионной флотации, тяжелых металлов, ионов тяжелых металлов, методом ионной флотации, извлечения металлов, извлечения ионов, сточных вод, растворов методом ионной, применения ионной флотации, извлечения ионов тяжелых, извлечения тяжелых металлов, флотации гидрофобных осадков, техногенных вод, метод ионной флотации, ионной флотации cu2+, ионной флотации меди, стадию ионной флотации, ионной флотации в качестве, ионной флотации поливалентных, извлечения ионов металлов

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle