Влияние анионного ПАВ СТМл на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора

В статье авторы изучают влияние анионного ПАВ СТМл на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора при pH=7 и pH=10 .

Ключевые слова: электрофлотация, СТМл, анионный ПАВ, Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III).

Одними из наиболее опасных загрязнений окружающей среды по-прежнему являются ионы тяжёлых и цветных металлов, нефтепродукты и ПАВ. Источниками таких загрязнений являются: производства печатных плат электронной техники, производства полупроводниковых материалов, производство химических источников тока, а так же цеха, участки, линии гальванических производств, автотранспортные предприятия.

Одним из эффективных методов очистки сточных вод сложного состава является электрофлотация, применяемая, как правило, в сочетании с другими современными технологиями. Для электрофлотационной очистки характерны отсутствие вторичных загрязнений и низкие энергозатраты, что является существенным преимуществом перед другими электрохимическими методами.

Метод электрофлотации с применением малоизнашиваемых анодов используется для очистки сточных вод от загрязнений в виде взвесей (гидроксиды и фосфаты металлов), суспензий (смолистые вещества) и эмульсий (нефтепродукты, масла, ПАВ). Для интенсификации процесса и повышения степени очистки процессу электрофлотации, как правило, предшествует нейтрализация кислых или щелочных компонентов, перевод ионов металлов в труднорастворимые соединения, т. е. образование твердой фазы, флокуляция и (или) коагуляция.

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:

α = (Cисх — Cкон)/Cкон*100 %,

где Cисх, Cкон — соответственно исходная и конечная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м3

Электрофлотационный процесс можно представить как многостадийный процесс, состоящий из ряда следующих основных стадий:

— формирование в сточной воде дисперсной фазы;

— электрохимическое формирование газового пузырька;

— формирование флотокомплекса «частица — пузырьки газа» (H2, O2);

— переход флотокомплекса на границу раздела Н2О — воздух;

— концентрирование флотокомплекса на границе раздела Н2О — воздух.

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 [1].

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:

Анионный ПАВ — сырые талые масла лиственные (СТМл).

В настоящее время в качестве реагента-собирателя для флотационного обогащения нефелинсодержащих руд в основном используют анионные ПАВ — мыла талловых масел лиственных (МТМЛ) пород древесины [2]. Для получения мыла использовали сырое талловое масло, основные характеристики которого приведены в таблице 1.

Таблица 1

Влияние анионного ПАВ СТМл (1 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора приведено в таблице 2.

Таблица 2

Условия эксперимента — Σ [Cu ²⁺ , Ni ²⁺ , Zn ²⁺ , Cr ³⁺ , Fe ³⁺ ] = 100 мг/л, C(Na ₂ SO ₄ ) = 1 г/л, i _v = 0.4 А/л.

Результаты исследований показали, что уже через 5 минут процесса электрофлотации раствор активно очищался от загрязнений: хлопья бледно-желтого цвета поднимались на поверхность раствора и образовывали устойчивый пенный слой.

Опираясь на результаты эксперимента, можно сделать вывод, что при концентрации ПАВ СТМл 1 мг/л степени извлечения гидроксидов металлов Cu(II), Cr(III), Fe(III) достигают 93–96 %. Фильтрация раствора позволяет увеличить степени извлечения Cu(II), Cr(III), Fe(III) до 95–100 % соответственно. Менее эффективно процесс электрофлотации протекал для извлечения Ni(OH) ₂ и Zn(OH) ₂ — степень извлечения достигала 15 % и 70 % соответственно. Дополнительный метод фильтрации позволил увеличить степени извлечения гидроксидов этих металлов до 30 % и 84 % соответственно. При увеличении pH до 10 единиц степени извлечения Cu(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) составили 93–99 %. Последующая фильтрация раствора повышает степени извлечения металлов до 96–99 %. Степень извлечения Ni(OH) ₂ остается самой низкой — 45 %, но после фильтрации увеличивается до 50 %.

Влияние анионного ПАВ СТМл (5 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора приведено в таблице 3.

Таблица 3

Условия эксперимента — Σ [Cu ²⁺ , Ni ²⁺ , Zn ²⁺ , Cr ³⁺ , Fe ³⁺ ] = 100 мг/л, C(Na ₂ SO ₄ ) = 1 г/л, i _v = 0.4 А/л.

Анализ результатов показал, что при концентрации ПАВ СТМл 5 мг/л степени извлечения гидроксидов Cu(II), Cr(III), Fe(III) достигают 87–97 %. Фильтрация раствора позволяет увеличить степени извлечения Cu(OH) ₂ и Cr(OH) ₂ до 94 %-100 % соответственно. Менее эффективно процесс электрофлотации протекал для извлечения Ni(OH) ₂ и Zn(OH) ₂ — степень извлечения достигала 17 % и 67 % соответственно. Метод фильтрации увеличил степени извлечения этих металлов недостаточно — до 25 % и 79 % соответственно. При pH 10 степени извлечения труднорастворимых соединений Cu(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) составили 92–98 %. Дополнительная фильтрация этой пробы повышает степени извлечения Cu(OH) ₂ , Zn(OH) ₂ до 96–98 %. Степень извлечения Ni(OH) ₂ остается низкой как после процесса электрофлотации (α=46 %), так и после фильтрации (α=48 %).

Влияние анионного ПАВ СТМл (10 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора приведено в таблице 4.

Таблица 4

Условия эксперимента — Σ [Cu ²⁺ , Ni ²⁺ , Zn ²⁺ , Cr ³⁺ , Fe ³⁺ ] = 100 мг/л, C(Na ₂ SO ₄ ) = 1 г/л, i _v = 0.4 А/л.

Полученные результаты показали, что при концентрации анионного ПАВ СТМл 10 мг/л степени извлечения гидроксидов Cu(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) достигают 87–97 %. Дальнейшая фильтрация раствора позволяет увеличить степени извлечения Cu(OH) ₂ и Cr(OH) ₃ до 94–98 %. Менее эффективно процесс электрофлотации протекал для извлечения Ni(OH) ₂ — степень извлечения достигала 28 %. Дополнительный метод фильтрации позволил увеличить степень извлечения до 37 %. При pH 10 степени извлечения соединений Cu(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) составили 93–98 %. Дополнительная фильтрация пробы повышает степени извлечения гидроксидов металлов до 97–98 %. Степень извлечения Ni(OH) ₂ по-прежнему достигает 47 %, последующая фильтрация раствора никак не повлияла на увеличение значения этого показателя до 49 %.

Литература:

1. Родионов А. И., Клушин В. Н., Систер В. Г. Технологические процессы экологической безопасности. — Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2000. - 801с.
2. Городов А. И. Коллоидно-химические свойства композиций на основе катионных и анионных ПАВ и их влияние на флотацию нефелина: дис. 02.00.11 — Белгород 2019