Технические науки/1. Металлургия

К.т.н. Величко Л.Н., к..т.н. Рубановская С. Г.

Северо-Кавказский горно-металлургический институт

(Государственный технологический университет), Россия

Примеменение высокоэффиктивных материалов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных сред

Одной из проблем горно-металлургических предприятий является переработка сточных вод и бедных технологических растворов, содержащих ионы тяжелых металлов, с целью их дальнейшего извлечения и использования. Технологические схемы переработки таких водных растворов, в нашей стране и за рубежом, в основном, предусматривают смешивание сточных вод, их отстаивание для удаления грубодисперсных и всплывающих примесей и применение различных химических и физико-химических способов очистки: осаждение, флокуляция, коагуляция, сорбция, экстракция, гальванокоагуляция, электрофлотация и др. Основным недостатком таких схем очистки являются большие расходы применяемых реагентов и материалов, а также образование значительных количеств осадков.

Авторами предложена схема переработки катион- и анион-содержащих водных растворов, которая предполагает снижение себестоимости процесса за счет использования легкодоступных и дешевых материалов и уменьшение расхода реагентов (схема приведена на рисунке 1). Кроме того, исследования проведены в широком диапазоне концентраций исходных растворов по ионам тяжелых металлов.

Переработка водных растворов заключалась в извлечении ионов тяжелых металлов глинистыми материалами [1]. В качестве глинистосодержащих материалов используют гидрослюдистые глины морского происхождения, ирлит 1 и/или ирилит-7, которые содержат в своем составе глинистые минералы - каолинит, монтмориллонит, глауконит, гидромусковит и неглинистые минералы - кварц, полевые шпаты, рутил, фосфориты, карбонаты и др.; оксиды железа, алюминия, кремния, кальция, калия, магния, натрия и органические вещества.

Извлечение осуществляли из водных растворов солей тяжелых металлов: сульфатов, хлоридов, нитратов, уксуснокислых, вольфраматов, молибдатов с исходной концентрацией раствора до 1,5 г/дм³. Оптимальное количество ирлита-1 и ирлита -7, необходимое для извлечения исследованных ионов металлов, составляет 0,5 - 5 г/дм^3.

Извлечение катионов осуществляют при рН = 2,6 ÷ 10, а анионов тяжелых металлов - при рН = -1 ¸ 4. Извлечение катионов осуществляют в течение не более 120 минут, а анионов – не более 30 минут.

Исследованиями установлено, что при использовании ирлита-1, например, для катионов меди остаточная концентрацию иона меди (II) составила 0,0001 г/дм³, извлечение Р = 100 %; для анионов вольфрамат-ионов (VI) остаточная концентрация иона вольфрама (VI) составила 0,024 г/дм³, извлечение Р = 86,96 %.

Экспериментально установлено, что наряду с сорбционными процессами, извлечение ионов тяжелых металлов осуществляется комплексом физико-химических процессов, а именно, флокуляции, коагуляции и осаждения, которые обусловлены сложным химико-минералогическим составом и свойствами использованных глинистых материалов.

На рис. 2 приведены фотографии воздушно-сухого ирлита-1 с сорбированными ионами тяжелых металлов, которые представляют собой плотные хорошо отстаиваемые осадки, что важно для технологического процесса, так как позволяет исключить энергоемкую операцию фильтрации. После накопления ионов металлов сорбенты подаются на стадию десорбции для совместного или селективного извлечения этих ионов. После десорбции отработанный сорбент может быть регенерирован или использован в строительном производстве.

Рис. 1. Схема переработки катион- и анион-содержащих водных растворов

а)	б)	в)
Рис. 2. Ирлит-1, насыщенный ионами сорбированных хрома (VI), цинка (II) и меди (II) металлов: а) при рН = 7,34; б) при рН = 7,19; в) при рН = 8,58

Литература:

1. Пат. 2263718 Российская Федерация. МПК⁷ С 22 В 3/24. Способ совместного или селективного извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов / Величко Л. Н., Рубановская С. Г., Козырев Е. Н., Цогоев В. Б.;