Струнникова Н.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, Казахстан

Влияние расхода цеолита на скорость адсорбции ионов меди

В Казахстане в настоящее время известно несколько месторождений цеолитов. Известно более 30 видов природных цеолитов, но лишь часть из них образует крупные месторождения (80% концентратов), удобные для промышленной разработки [1,2].

Соотношение SiO₂×Аl₂O₃ является определяющим фактором структуры цеолитов. Цеолитные материалы с высоким отношением Si/А1 характеризуются значительной термостабильностью и кислотоустойчивостью. На катионнообменную способность влияет набор обменных катионов в цеолите: максимальный обменной емкостью обладают цеолиты преимущественно натриевого состава, меньшей - калиевого и кальциевого.

Наиболее распространенные природные цеолиты:

- шабазит (Na₂Ca)O·Al₂O₃∙4SiO₂∙6H₂O;

- морденит (Na₂K₂Ca)O∙Al₂O₃∙10SiO₂∙ 7H₂O;

- клиноптиллолит (Na₂K₂Ca)O∙Al₂O₃∙10SiO₂∙8H₂O.

Узкопористые цеолиты могут адсорбировать молекулы с размером не более 0,26 нм, то есть в основном только пары воды. Средне- широкопористые цеолиты могут адсорбировать молекулы значительно большего размера [2].

В работах [3-6] Челищевым Н.Ф. с сотрудниками представлены результаты изучения процессы сорбции щелочно-земельных, тяжелых и редких металлов на клиноптиллолите.

В книге Кельцева Н.В. «Вопросы адсорбционной техники» описывается возможность извлечения ионов меди, никеля и кобальта из разбавленных сульфатных и аммиачных растворов с использованием клиноптиллолита и морденита [7].

Исследованиями российских ученых подтверждается возможность извлечения различных компонентов из водных сред цеолитами Чугуевского [8], Холинского[9] месторождений, а также цеолитами месторождений европейкой части России [10].

Исследования по использованию природных сорбентов Казахстанских месторождений для очистки различных вод проводятся в Восточно-Казахстанском государственном техническом университете в течение нескольких лет. При этом показана принципиальная возможность удаления из воды таких примесей как ионы металлов, фтора, органических соединений, солей кальция и магния.

В лабораторных и укрупненных лабораторных масштабах проведены исследования по очистке сточных вод различных предприятий от ионов меди цеолитами Чанканайского месторождения.

Исследования проводились на модельных растворах. Контроль за процессом очистки вели по остаточной концентрации интересующего компонента в обработанных стоках. В таблице1 представлены результаты обработки воды с начальной концентрацией меди 5к мг/дм³ при различных расходах цеолита из расчета отношения Т:Ж = 1:10 и !:5. Режим обработки– статический.

Таблица 1 - Результаты снижения концентрации ионов меди в модельных сточных водах при статических условиях обработки воды цеолитом

СначCu.^2+, мг/дм^3	Т:Ж	Время обработки, час	Скон..Cu^2+, мг/дм^3	Степень очистки a, %
5	1:10	1	4,4	12,0
		3	3,3	34,0
		6	2,0	60,0
		24	0,9	82,0
	1:5	1	3,0	40,0
		3	2,5	50,0
		6	1,1	78,0
		24	0,3	94,0

В таблице 2 приведены значения скоростей сорбции ионов меди для различных расходов цеолита.

Таблица 2 – Зависимость скорости адсорбции ионов меди от расхода сорбента и времени обработки

Время обработки, час	Скорость, мг/дм^3.час
	Т:Ж = 1:10	Т:Ж = 1 :5
1	0,60	2,00
3	0,57	0,80
6	0,50	0,65
24	0,17	0,15

Как видно из данных таблиц 1 и 2 максимальная скорость адсорбции ионов меди достигается в первый час обработки при наибольшем расходе сорбента, затем скорость снижается и через 24 часа скорость практически не зависит от расхода сорбента. На основании полученных данных для достижения ПДК по ионам меди в процессе очистки сточных вод природными цеолитами можно рекомендовать многоступенчатую противоточную схему очистки.

Литература

1 Природные сорбенты СССР / под ред. Дистанова У.Г.., Михайлова А.С. и др. - М.: Недра, 1990 – 208 с.

2 Гриссбах Р. Теория и практика ионного обмена. – М.: изд. Иностранной литературы, 1963. – 499 с

3 Челищев Н.Ф., Мартынов Н.С., Беренштейн Б.Г. // Ионный обмен тяжелых металлов на клиноптиллолите. Докл. АН СССР, 1974, 27, № 5.

4 Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.Г., Грибанова Н.К. // Сорбция катионов металлов на природном клиноптиллолите. Изв. АН СССР, сер. Неорганич. Материалы, 1975, т.II, № 8, с. 1531

5 Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.Г., Грибанова Н.К. // Ионообменные свойства клиноптиллолита. Докл. АН СССР, 1973, т. 210, № 5.

6 Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.Г., Крюков В.Л. // Об использовании клиноптиллолита для концентрирования и разделения редких элементов. Технологические исследования в области редких и рассеянных элементов. М. ИМГР

7 Кельцев В./ Вопросы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976, 511 с.

8 Шевырев В.С. // Гигиеническая оценка цеолитов Чугуевского месторождения при подготовке питьевой воды. Природные цеолиты России. Т. 2, тезисы докл. Республиканского совещания, 25-27 ноября 1991, Новосибирск, 1992, 103 с.

9 Батуева Д.М., Федухина Г.П. // О возможности использования цеолитизированных туфов Холинского месторождения для очистки гальваностоков. Природные цеолиты России. Т. 1, тезисы докл. Республиканского совещания, 25-27 ноября 1991, Новосибирск, 1992, 121 с.

10Никашина В.А. и др.//Изучение ионообменных свойств цеолитовых пород Европейской части России. Природные цеолиты России. Т. 2, тезисы докл. Республиканского совещания, 25-27 ноября 1991, Новосибирск, 1992, 121 с.