Влияние ПАВ ФЛОН-1 на эффективность электрофлотационного извлечения смеси пяти компонентов: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 3 октября, печатный экземпляр отправим 7 октября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №34 (324) август 2020 г.

Дата публикации: 24.08.2020

Статья просмотрена: 1 раз

Библиографическое описание:

Фомин, Т. С. Влияние ПАВ ФЛОН-1 на эффективность электрофлотационного извлечения смеси пяти компонентов: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe / Т. С. Фомин, Д. С. Ивчин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 34 (324). — С. 15-19. — URL: https://moluch.ru/archive/324/73301/ (дата обращения: 19.09.2020).



В статье авторы изучают влияние ПАВ ФЛОН-1 на эффективность электрофлотационного извлечения смеси пяти компонентов: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe при pH=7 и pH=10.

Ключевые слова: электрофлотация, ПАВ, Cu, Ni, Zn, Cr, Fe.

Из-за несовершенства многих промышленных технологий ежегодно в России сбрасывается в водоемы промышленными предприятиями около миллиарда куб. м. сточных вод и десятки тысяч тонн ионов тяжелых металлов, таких как Cu, Zn, Ni, Cr, Fe и др.

Объект исследования:

Система: «Вода — электролит — дисперсная фаза — ПАВ — газ (H 2 и O 2

В качестве загрязнителей исследовались: гидроксиды меди, никеля, цинка, хрома и железа.

Органическая примесь:

Катионное ПАВ — ацетат первичных аминов кокосовой фракции в изопропиловом спирте (ФЛОН-1).

Сущность электрофлотации заключается в образовании при пропускании постоянного электрического тока через водный раствор мелкодисперсных пузырьков газа (водорода и кислорода), равномерно распределяемых в объеме обрабатываемой воды. Газовые пузырьки, поднимаясь вверх, сталкиваются с дисперсными частицами загрязнений, прилипают к ним и затем поднимают их на поверхность воды, образуя устойчивый пенный слой — флотошлам. Сюда же выносятся отдельные растворимые загрязнения, физически адсорбирующиеся на дисперсных частицах.

Эффективность электрофлотационного процесса оценивается степенью извлечения (осаждения) α (%) и рассчитывается по формуле:

,

где — соответственно исходная и конечная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м 3

Данный метод содержит пять обязательных стадий:

  1. Формирование частиц дисперсной фазы
  2. Образование пузырьков газа при электролизе воды
  3. Формирование флотокомплекса «частица-пузырьки газа»
  4. Переход флотокомплекса на границу раздела Н 2 О — воздух;
  5. Образование трехфазной пены «частица-пузырьки газа-вода»

Присутствие всех 5 стадий — обязательное условие для экспериментального протекания процесса. Важным фактором максимальной эффективности электрофлотационного процесса является полный переход извлекаемого соединения в дисперсную фазу [1].

Размер пузырьков водорода значительно меньше пузырьков кислорода, выделяющихся на аноде. Диаметр пузырьков водорода меняется в пределах от 20 до 40 мкм, тогда как диаметр пузырьков кислорода вдвое больше водородных. На размер пузырьков влияет плотность тока, свойства поверхности электрода, его форма, рН и температура среды, поверхностное натяжение на границе раздела фаз электрод-раствор [2].

Достоинством собирателя ФЛОН-1 является то, что это отечественный продукт. Данный реагент относится к третьему классу опасности и имеет высокую степень биоразлагаемости (85–90 %). Данный собиратель снижает поверхностное натяжение до 38 мДж/м 2 . Данный реагент обладает умеренной пенообразующей способностью и не требует для флотации 26 дополнительного применения пенообразователей.

Исследование процесса извлечения смеси трудно растворимых соединений: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe без ПАВ приведено в таблице 1.

Таблица 1

Время, мин

α, %

pH-7

pH-10

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

88

33

62

89

82

49

46

51

47

50

20+ф

99

61

85

98

97

99

99

98

98

97

Условия эксперимента — Σ [Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ ] = 100 мг/л, Na 2 SO 4 = 1 г/л, i v = 0.4 А/л.

Визуально эксперимент без ПАВ в данных условиях проходил успешно. Раствор сразу же после включения электрофлотатора начинал активно очищаться от загрязнений, полупрозрачные хлопья бледно-желтого цвета поднимались на поверхность раствора и образовывали устойчивый пенный слой грязно-желтого цвета, сам раствор становился абсолютно прозрачным.

Опираясь на результаты эксперимента, можно сделать вывод, что металлы Cu, Cr, Fe имеют довольно высокие степени извлечения 88 %, 89 %, 82 % соответственно. Фильтрация растворов проб этих металлов позволяют увеличить степени извлечения Cu и Cr до 99 %, 98 % и 97 % соответственно. Металлы Ni и Zn имеют более низкие степени извлечения — 33 % и 62 % соответственно. Путем фильтрации мы увеличили степени извлечения этих металлов до 61 % и 85 % соответственно. При смещении pH раствора в щелочную сторону мы получаем не высокие показатели степени извлечения Cu, Ni, Zn, Cr, Fe — 49 %, 46 %, 51 %, 47 %, 50 % соответственно. Путем фильтрации мы сильно повышаем степени извлечения до 99 %, 99 %, 98 %, 98 %, 97 %.

Влияние последующей фильтрации на эффективность извлечения смеси трудно растворимых соединений: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe в присутствии ПАВ ФЛОН-1 (5 мг/л) приведено в таблице 2.

Таблица 2

Время, мин

α, %

pH-7

pH-10

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

84

22

74

87

82

90

39

90

97

87

20+ф

97

38

93

99

90

97

49

99

99

94

Условия эксперимента — Σ [Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ ] = 100 мг/л, Na 2 SO 4 = 1 г/л, ФЛОН-1=5 мг/л, i v = 0.4 А/л.

После окончания процесса электрофлотации раствор был еще загрязнен желтоватыми, полупрозрачными хлопьями, образовывался пенный грязно-желтый продукт на поверхности раствора. При смещении pH в щелочную сторону раствор после 20 минут электрофлотации стал чище, по объему раствора плавали маленькие крупинки, но уже не хлопья.

Опираясь на результаты эксперимента, можно сделать вывод, что при концентрации ПАВ ФЛОН-1 5 мг/л металлы Cu, Zn, Cr, Fe имеют степени извлечения 84 %, 74 %, 87 %, 82 % соответственно. Фильтрация раствора позволяет увеличить степени извлечения металлов до 97 %, 93 %, 99 % и 90 % соответственно. Степень извлечения Ni имеет более низкую степень извлечения — 22 %, путем фильтрации мы увеличили ее до 38 %. При смещении pH в щелочную сторону степени извлечения Cu, Zn, Cr, Fe составляют 90 %, 90 %, 97 % и 87 %. Путем фильтрации растворов этих металлов мы повышаем степени извлечения до 97 %, 99 %, 99 % и 94 % соответственно. Степень извлечения Ni остается самой низкой- 39 %, но путем фильтрации мы увеличиваем ее до 49 %.

Влияние последующей фильтрации на эффективность извлечения смеси трудно растворимых соединений: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe в присутствии ПАВ ФЛОН-1 (10 мг/л) приведена в таблице 3.

Таблица 3

Время, мин

α, %

pH-7

pH-10

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

86

18

68

86

81

99

49

99

95

39

20+ф

97

34

86

93

94

99

50

99

96

92

Условия эксперимента — Σ [Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ ] = 100 мг/л, Na 2 SO 4 = 1 г/л, ФЛОН-1=10 мг/л, i v = 0.4 А/л.

После окончания процесса электрофлотации раствор был еще загрязнен желтоватыми, полупрозрачными хлопьями, образовывался пенный грязно-желтый продукт на поверхности раствора. При смещении pH в щелочную сторону раствор после 20 минут электрофлотации очистился, образовался очень устойчивый пенный продукт на поверхности раствора.

Опираясь на результаты эксперимента, можно сделать вывод, что при концентрации ПАВ ФЛОН-1 10 мг/л металлы Cu, Zn, Cr, Fe имеют степени извлечения 86 %, 68 %, 86 %, 81 % соответственно. Фильтрация раствора позволяет увеличить степени извлечения металлов до 97 %, 86 %, 93 % соответственно. Степень извлечения Fe после фильтрации составил -194, видимо при фильтрации и переливании пробы в емкость была допущена ошибка. Степень извлечения Ni имеет более низкое значение — 18 %, путем фильтрации мы увеличили ее до 34 %. При смещении pH в щелочную сторону степени извлечения Cu, Zn, Cr составляют 99 %, 99 %, 95 %. Путем фильтрации раствора мы повышаем степень извлечения Cr до 96 %. Степени извлечения Ni и Fe намного меньше — 49 % и 39 % соответственно, но путем фильтрации мы увеличиваем их до 50 % и 92 %.

Сравнение результатов эффективности извлечения смеси трудно растворимых соединений: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe без ПАВ и в присутствии ПАВ ФЛОН-1 при pH=7 приведены в таблице 4.

Таблица 4

Время, мин

α, %

без ПАВ

ФЛОН-1

5 мг/л

10 мг/л

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

88

33

62

89

82

84

22

74

87

82

86

18

68

86

81

20+ф

99

61

85

98

97

97

38

93

99

90

97

34

86

93

94

Сравнение результатов эффективности извлечения трудно растворимых соединений: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe без ПАВ и в присутствии ПАВ ФЛОН-1 при pH=10 приведена в таблице 5.

Таблица 5

Время, мин

α, %

без ПАВ

ФЛОН-1

5 мг/л

10 мг/л

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

88

33

62

89

82

90

39

90

97

87

99

49

99

95

39

20+ф

99

61

85

98

97

97

49

99

99

94

99

50

99

96

92

Литература:

  1. Колесников В. А., Ильин В. И. Экология и ресурсосбережение в электрохимических производствах. Механические и физико-химические методы очистки промывных и сточных вод: Учеб. пособие / РХТУ им. Д. И. Менделеева. — 2004. — 220 с.
  2. Родионов А. И., Клушин В. Н., Систер В. Г. Технологические процессы экологической безопасности. Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2000. 801 с.
Основные термины (генерируются автоматически): извлечение, щелочная сторона, дисперсная фаза, поверхность раствора, присутствие ПАВ, металл, ПАВА, результат эксперимента, условие эксперимента, фильтрация раствора.


Ключевые слова

электрофлотация, ПАВ, Cu, Ni, Zn, Cr, Fe
Задать вопрос