способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов

Формула изобретения

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающий введение в исходный раствор бентонитовой глины, перемешивание и отстаивание, отличающийся тем, что до и после введдения бентонитовой глины в исходный раствор осуществляют нейтрализацию раствора при 2 pH 12, а бентонитовую глину вводят при концентрации не более 5 г/дм³.

Описание изобретения к патенту

Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов относится к извлечению веществ из водных растворов с использованием сорбентов и/или флокулянтов при реагентном осаждении и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известен способ ионообменной очистки сточных вод [1], в котором для очистки сточных вод используют глинистые алюмосиликатные минералы, в основном бентонитовые глины.

Недостатком данного способа является отсутствие оптимальных условий использования глин для извлечения катионов, что приводит к повышенному расходу реагентов.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов тяжелых металлов с помощью бентонитовых глин [2], в котором использовали модельные растворы сульфатов меди, цинка, кадмия и кальция с концентрацией исходных растворов по металлу 16 - 60 мг/дм³. При времени перемешивания 30 мин, отстаивания 2 ч расход бентонитовых глин без дополнительного использования нейтрализатора составил 15 - 20 г/дм³, при этом бентонитовые глины медленно отстаивались.

С целью повышения степени осветления растворов использовали активированную глину, полученную обработкой последней в гидротермальных условиях 10%-ным раствором щелочи или кислоты при 105 - 110^oC в течение 5 - 6 ч.

Расход активированной бентонитовой глины составил 10 г/дм³, время перемешивания 30 мин, отстаивания 2 ч.

Лучшие результаты были получены с бентонитовой глиной, предварительно обработанной щелочью. При pH осаждения 6,3 - 8,5 степень очистки от ионов меди, цинка и кадмия составила соответственно, %: 99,8; 99,7 и 98,8. Растворы полностью осветлялись после отстаивания в течение 30 мин, степень очистки от взвешенных веществ составила 95 - 98%.

При использовании бентонитовой глины, предварительно обработанной кислотой, очищаемые сточные воды быстро осветляются, но очистка растворов от ионов цветных металлов незначительна. При pH осаждения 5,9 степень очистки от ионов меди, цинка и кадмия составила соответственно, %: 13,3; 3,5 и 19,1.

Недостатками способа являются сложность предварительной подготовки активированной глины, большие расходы глины и других реагентов, неизменность соотношения составов глины и нейтрализатора, который содержится в составе активированной глины.

Задачей изобретения является создание оптимальных условий извлечения ионов тяжелых металлов из водоемких стоков с солесодержанием, способствующим образованию коллоидных, мелкодисперсных систем с трудноосаждаемыми взвесями.

Технический результат изобретения заключается в осаждении ионов тяжелых металлов в широком диапазоне pH, в экономичности процесса за счет сокращения расхода реагентов и получения плотного осадка с низким влагосодержанием при одновременно высокой степени извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающем введение в исходный раствор бентонитовой глины и нейтрализатора, перемешивание и отстаивание, бентонитовую глину вводят с концентрацией не более 5 г/дм³, а нейтрализацию раствора осуществляют до и после введения глины при 2,0pH12,0.

Изобретение поясняется графиками, изображенными на фиг. 1 - 8.

Пример. Бентонитовая глина содержала в качестве основных компонентов алюминий, кремний, железо, магний, кальций, в качестве примесей - натрий, барий, марганец, титан.

В глине содержался кварц, кальцит, пирит и другие минералы.

Глина набухала незначительно в кислой среде и значительно в щелочной.

Фракционный состав бентонитовой глины приведен в табл. 1

Если пульпу бентонитовой глины с концентрацией 5 г/дм³ перемешивать в течение 2 ч при pH 2,5 или при pH 10,0, то после фильтрации в фильтрат переходят элементы в количестве, указанном в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что в глине обменными катионами являются натрий, кальций и магний. Высокое содержание ионов железа благоприятствует соосаждению ионов тяжелых металлов (полное осаждение гидроксида железа (III) происходит при pH 1,5 - 4,1).

В качестве исходного раствора использовали сульфаты цинка (фиг. 1), меди (фиг. 2), никеля (фиг. 3), кадмия (фиг. 4), хрома (фиг. 5), марганца (фиг. 6), алюминия (фиг. 7) и железа (II) (фиг. 8) с концентрацией 35 - 60 г/дм³ по металлу.

Исследованы условия извлечения этих металлов из водных растворов в широком диапазоне pH с помощью бентонитовых глин.

В исходном растворе сульфата металла объемом 200 см³ устанавливали заданное значение pH, после чего в раствор добавляли 1 г глины, раствор перемешивали 15 мин, отстаивали 2 ч. В течение указанного времени корректировали pH раствора до заданного значения растворами кислоты H₂SO₄ или щелочи NaOH, после чего раствор декантировали и определяли содержание в нем иона тяжелого металла.

Результаты эксперимента представлены на графиках фиг. 1 - 8 в виде зависимости остаточной концентрации ионов тяжелых металлов в декантируемом растворе от pH осаждения металла на бентонитовой глине.

На графиках фиг. 1 - 8 сплошной линией даны результаты с использованием необожженной глины, пунктирной - с использованием обожженной глины (обжиг при 200^oC в течение 5 - 6 ч).

Из графиков фиг. 1 - 8 можно сделать следующие выводы:

извлечение металла в зависимости от его природы начинает осуществляться в кислой области при pH 2 - 4 с сорбционной обменной емкостью (СОЕ) в мг адсорбата (металла) на 1 г адсорбента (глины), рассчитанной для каждого металла по данным графиков фиг. 1 - 8 и составляющей 3 - 10 мг/г;

полное осаждение ионов тяжелых металлов осуществляется при pH полного осаждения гидроксидов металлов, в присутствии бентонитовой глины образование осадка и осветление раствора осуществляется быстрее, повышается степень извлечения ионов тяжелых металлов, образуются более плотные осадки с низким влагосодержанием, причем влага легко теряется при просушивании осадка;

величина pH начала обратного растворения осажденных металлов в большинстве случаев соответствует значению pH 12 - 14.

Результаты удаления ионов тяжелых металлов из водных сульфатных растворов в интервале 2pH14 бентонитовой глиной с концентрацией C_глины = 5 г/дм³ представлены в табл. 3.

Из данных табл. 3 следует, что бентонитовая глина извлекает ионы тяжелых металлов в широком диапазоне pH, для большинства металлов этот диапазон равен 2pH12.

Извлечение ионов тяжелых металлов бентонитовой глиной основано на сочетании в ней таких свойств, как нейтрализатор кислых растворов, сорбент, коагулянт, флокулянт.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет изменять соотношение расхода глины и нейтрализатора и находить оптимальные условия их использования.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет в широком диапазоне pH осуществлять быстрое осветление раствора, получать плотные осадки при одновременном глубоком извлечении ионов тяжелых металлов из водных растворов, отделять осветленную водную фазу декантацией, минуя трудоемкую стадию фильтрации.