Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ВОД С ЦЕЛЬЮ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ, МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА

Мишурина О.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
В работе проведены исследования по разработке технологии осаждения ионов Mn2+ из сточных вод, которая предусматривает комплекс последовательно выполняемых операций, включающий процессы предварительного стадиального извлечения ионов меди и железа. Предлагаемая комплексная технология поэтапного выделения ионов меди, железа и марганца достаточно проста, эффективна, не требует сложного аппаратурного оформления и может использоваться как самостоятельно, так и в системе существующих очистных сооружений. Полученные по технологии продукты, являются кондиционным сырьем для металлургической промышленности. Внедрение данной технологии позволит существенно снизить экологическую нагрузку в регионе.
марганец
медь
железо
очистка
переработка
технология
электрокоагуляция
электрофлотация
цементация
кислотно-основное осаждение
рациональные параметры
1. Краснобородько И.Г, Яковлев С.В. Технология электрохимической очистки воды. − Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-е, 1987. –312 с.
2. Мишурина О.А. Технология электрофлотационного извлечения марганца в комплексной переработке гидротехногенных георесурсов медноколчеданных месторождений. – автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук // Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. Магнитогорск, 2010.
3. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Деманганация сточных вод растворами хлорной извести // Альманах современной науки и образования, 2013. № 9 (76). С. 115-118.
4. Мишурина О.А., Муллина Э.Р. Химические закономерности процесса селективного извлечения марганца из техногенных вод // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012, № 3. С. 58-62.
5. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Особенности химических способов извлечения марганца из технических растворов // Молодой учёный. 2013, № 3 С. 84-86.
6. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Химические превращения кислород-содержащих ионов хлора растворов при разных значениях диапазона рН // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 2-2. С. 43-46.
7. Никитин И.В. Химия кислородных соединений галогенов. – М.: Наука, 1986. – 104 с.
8. Туманова Т.А. Исследование окислительных свойств водных растворов хлора и его кислородных соединений в связи с отделкой целлюлозы. − Дисс.д-ра… хим.наук. – Л.: ЛТА им. Кирова, 1974. – 519 с.

Накопленные и постоянно образующиеся на территории ГОКов техногенные водоемы по объемам и концентрациям тяжелых и цветных металлов можно классифицировать как техногенное гидроминеральное сырье, переработка которого позволит более полно использовать природные минеральные ресурсы и повысить рентабельность горнопромышленных производств [2].

Проведенные аналитические исследования кислых рудничных вод горнопромышленного комплекса Южного Урала показали, что наряду с высоким содержанием таких металлов как медь, цинк и железо, данные воды характеризуются так же и высоким содержанием ионов марганца (до 250 мг/дм3), что позволяет считать данные воды техногенными источниками соединений марганца. Целесообразность селективной переработки техногенных марганецсодержащих гидроресурсов ГОКов обусловлена тем, что после распада СССР основные месторождения многих видов минерального сырья, в частности богатые месторождения марганца, остались за пределами России (Украина, Грузия и др.). В связи с этим на сегодняшний день в России остро стоит вопрос об изыскании дополнительных источников получения различных соединений марганца, широко используемых в металлургической и других областях промышленности.

Наиболее перспективным направлением в технологии водоочистки являются электрохимические методы. Данные методы позволяют максимально концентрировать и извлекать ценные компоненты из технических растворов. При этом, они являются экологически чистыми, исключающими «вторичное» загрязнение воды анионными и катионными остатками, характерными для реагентных методов [1, 5].

Авторами данной работы для извлечения Mn (II) из кислых рудничных вод, исходя из количественного Cl– анионного состава рудничных вод (СCl- до 690 мг/дм3), предлагается сочетание двух электрохимических методов – электрокоагуляции и электрофлотации.

Сущность предлагаемого метода заключается в следующем: при электрообработке хлоридсодержащих растворов, образуется молекулярный хлор, который взаимодействуя с водой, образует активные формы хлорсодержащих окислителей, так называемый «активный хлор» [3]. Далее, при контакте «активного хлора» с Mn (II) протекает окислительно-восстановительный процесс в ходе, которого ионы Mn2+ окисляются до нерастворимых форм Mn3+ и Mn4+:

2Cl- – 2e → Cl2,

Cl2 + H2O → H+ + Cl- + HClO,

Мn2+ + НСlО + Н+ → Сl− + Мn3+ + Н2О.

Анализ опыта использования «активного хлора» в качестве окислителя при окислении переходных металлов показал, что процесс окисления протекает под действием атомарного кислорода, образующегося при восстановлении «активного хлора» ионами Mn2+ [6, 7, 8]:

Mn2+

НСlО → НСl + О•

Выбор электрофлотационного метода для извлечения образующегося марганец-содержащего осадка обусловлен отличительными особенностями извлекаемых катионов марганца, а именно: хрупкостью коллоидных хлопьев марганца, способностью к передиспергированию при интенсивном перемешивании суспензии, необходимостью проведения флотации при низкой скорости газового потока [2, 4]. С этой точки зрения электрофлотационный процесс, отличающийся высокой степенью дисперсности выделяющихся пузырьков, отсутствием в аппаратах движущихся частей, а так же возможностью плавного регулирования скорости изменения степени насыщения пульпы газовыми пузырьками, имеет явные преимущества по сравнению с другими флотационными методами извлечения металлсодержащих осадков. Кроме того, сочетания процессов осаждение – флотация позволяет достигать высоких показателей извлечения марганца из растворов в виде кондиционного сырья [1, 2].

Экспериментальные исследования по извлечению марганца из растворов в двухкамерном бездиафрагменном электролизере (рис. 1) на модельных растворах Mn (II) с исходным содержанием хлорид-ионов 600 мг/дм3.

misurina1.tif

Рис. 1. Конструкция электрофлотатора: 1 – емкость для перерабатываемых растворов; 2 – насос; 3 – электрофлотатор; 3а, 3в – первая и вторая камеры аппарата; 4 – перегородка, разделяющая первую и вторую камеры; 5 – патрубок для стока отработанного раствора; 6 – скребок транспортер; 7 – пеносборник; 8 – патрубок для удаления флотошлама

В первой камере аппарата протекает процесс окисления Mn2+ в Mn3+ и Mn4+ и последующего электрокоагуляционного осаждения соединений марганца. Во второй камере аппарата осуществляли процесс электрофлотационного извлечения дисперсной фазы марганца из водных растворов.

При проведении исследований было установлено, что в первой камере аппарата полное извлечение ионов Mn2+ из раствора в процессе окислительного осаждения наблюдается в интервале рН системы от 4,5 до 10,5. Однако следует учесть, что при электролизе хлоридсодержащих растворов на аноде возможно образование несколько активных формы хлорсодержащих окислителей: Сl2, НСlО, СlО–, окислительная активность которых будет зависеть от рН растворов. Максимальная окислительная активность характерна для хлорноватистой кислоты (НСlО), накопление которой наблюдается в диапазоне рН 3,5 – 7,5, т.е. в слабокислой и нейтральной областях. Следовательно, исходя из интервала рН, при котором возможно образование дисперсной фазы Mn, а так же учитывая окислительную активность, образующихся хлорсодержащих соединений процесс окислительного осаждения Mn (II) рекомендуется осуществлять в диапазоне рН от 4,5 до 7,5.

Экспериментальные исследования оптимальных параметров работы электролизера при электрокоагуляционном извлечении Mn (II) позволили установить, что процесс электрокоагуляции в диапазоне рН 4,5 – 7,5 при электрообработке в течении 1 минуты более рационально проводить при концентрации ионов Cl− в растворе не менее 600 мг/дм3 и плотности тока на анодах 300 А/м2 .

Экспериментальные исследования процесса электрофлотационного извлечения дисперсной фазы Mn (III,IV), протекающего во второй камере аппарата, показали что, максимальное извлечение осадка из растворов (до 98,9 %) наблюдаются в интервале рН 4,5 − 8,0. Оценка влияния на процесс флотации токовой нагрузки подаваемой на электроды, показала, что в диапазоне плотностей тока на катодах (Isк) 80 − 100 А/м2 после десяти минут проведения процесса электрофлотации наблюдается максимальное извлечение дисперсной фазы марганца – 98,9 % [2, 4] .

Результаты исследования процесса электрокоагуляционного извлечения Mn (II) из многокомпонентных водных систем, содержащих ионы: Мn2+, Fе2+, Fе3+ и Cu2+ показали, что процесс не является селективным по отношению к катионам железа и меди. Поэтому, при разработке технологии селективного извлечения ионов Mn2+ из кислых рудничных вод ГОК медноколчеданных месторождений необходимо предусмотреть комплекс последовательно выполняемых операций, включающий процессы предварительного стадиального извлечения ионов меди и железа [4].

Для извлечения ионов меди целесообразно использовать гальванические процессы, которые в виду существенной разницы в значениях стандартных электродных потенциалов данных металлов (φ0Мn = −1,18В, φ0Сu = + 0,34В) позволят селективно извлечь медь из кислых подотвальных вод ГОКов не изменяя при этом концентрацию ионов Mn2+ в водных системах. Для извлечения железа эффективно применение метода кислотно-основного осаждения, т.к. при рН = 4,0 железо практически полностью осаждается в виде гидроксида.

Анализ данных полученных в результате применения комбинированной технологии на реальных кислых подотвальных водах ГОКа Южного Урала позволил сделать следующие выводы: предлагаемая комплексная технология достаточно проста, эффективна, не требует сложного аппаратурного оформления; может использоваться как самостоятельно, так и в системе существующих очистных сооружений. Предлагаемая технология может быть использована для организации замкнутого цикла водоснабжения на ГОКах медно-колчеданного комплекса.


Библиографическая ссылка

Мишурина О.А. ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ВОД С ЦЕЛЬЮ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ, МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 12-4. – С. 393-395;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34618 (дата обращения: 24.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674