Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ ИОНОВ Mn2+ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ РЕАГЕНТА-ОКИСЛИТЕЛЯ СУСПЕНЗИИ ХЛОРНОЙ ИЗВЕСТИ

Медяник Н.Л. 1 Мишурина О.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
Статья посвящена актуальному вопросу переработки сточных вод ГОКов медноколчеданных месторождений. Рассмотрена актуальность переработки техногенных вод, формирующихся на территории горных предприятий, с целью селективного извлечения ионов марганца. Выявлены факторы, влияющие на формирование марганецсодержащих сточных вод. Предложен комплекс методов по переработке и очистке гидротехногенных марганецсодержащих образований. Обоснована целесообразность применения метода окислительного осаждения для извлечения ионов марганца из гидротехногенных образований ГОКов медноколчеданных месторождений. В качестве реагента-окислителя предложено использование растворов хлорной извести. Обозначены рациональные условия эффективного выделения марганца из сточных вод методом реагентного окислительно-восстановительного осаждения. Установлен оптимальный диапазон выделения ионов марганца в виде нерастворимых форм. Рассмотрен химизм протекания процесса окислительно-восстановительного осаждения с участием хлорной извести. Предложена методика расчета реагента-окислителя для полного количественного выделения ионов марганца в виде дисперсной фазы.
марганец
техногенные воды
условия
процесс
окислитель
осаждение
хлорная известь
1. Волкова Е.А. Гидроресурсы – наше основное богатство // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. – 2011. – № 4. – С. 52–56.
2. Домрачева В.А. Извлечение металлов из сточных вод и техногенных образований // ИГТУ. – 2006. – № 6. – С. 5–34.
3. Мишурина О.А., Муллина Э.Р. Технология электрохимической очистки сточных вод // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 4–1. – С. 29–31.
4. 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.
5. Сафарова В.И., Шайдулина Г.Ф., Смирнова Т.П., Колчина А.А., Волкова Е.А., Александрова Н.Н. Условия формирования состава сточных вод крупного горно-обогатительного комбината // Башкирский химический журнал. – 2007. – Т. 14. – № 5. – С. 28–30.
6. Черчинцев В.Д., Волкова Е.А., Серова А.А., Романова Е.Ю. Оценка экологического состояния Магнитогорского водохранилища и динамика изменения основных показателей его загрязнения // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2014. – № 3 (47). – С. 63–65.
7. Черчинцев В.Д., Гусев А.А., Волков А.М., Волкова Е.А. Очистка сточных вод Сибайского месторождения // Обогащение руд. – 2008. – № 2. – С. 32–34.

Некоторые из тяжелых металлов, присутствующих в сточных водах ГОКов Южного Урала, относятся к числу редких и дорогостоящих, и их селективное выделение представляет собой самостоятельный интерес для дальнейшей переработки и вторичного использования. К числу таких металлов можно отнести и марганец, соединения которого эффективно используются в металлургической отрасли [1, 2, 6].

В процессе исследования были изучены шахтные и подотвальные воды ГОКов Южного Урала. Содержание ионов марганца в исследуемых водах достаточно велико и варьируется в пределах от 12 до 260 мг/дм3, что позволяет считать сточные воды ГОКов Южного Урала техногенными источниками соединений марганца, поэтому целесообразно рассмотрение проблемы его извлечения [3, 5, 7].

Практически все горнопромышленные предприятия Уральского региона для обработки сточных вод в настоящее время используют метод известкования, позволяющий выделять основную массу тяжелых и цветных металлов в виде гидроксидов и основных солей. Данный метод не дает возможности селективно извлекать ионы марганца, т.к. наряду с марганцем из раствора также осаждаются ионы и других металлов: меди, цинка, железа, свинца и т.д. Поэтому для селективного извлечения ионов марганца необходимо внести изменения в существующую технологию доочистки сточных вод на вышеуказанных ГОКах.

С целью рассмотрения возможности селективного извлечения ионов марганца (II) из вышеуказанных сточных вод был исследован процесс извлечения его путем окислительно-восстановительного осаждения до нерастворимых форм Mn(ОН)3 и Mn(ОН)4 с использованием в качестве реагента-окислителя суспензии хлорной извести.

Суть данного метода заключается в окислении ионов марганца (II) хлорной известью Са(ОСl)2 до ионов марганца (IV). По схеме [4]:

Мn2+ + Са(ОСl)2 → СаСl2 + Мn(ОН)3

Хлорная известь, содержащая анион слабого электролита (Кк(НСlО) = 5∙10-8), в водном растворе гидролизуется с образованием хлорноватистой кислоты, которая под воздействием прямого солнечного света, а также в результате взаимодействия с восстановителем (ионами Мn2+) преобразуется в соляную кислоту и атомарный кислород, который является сильнейшим окислителем [3, 4]:

Са2+ + 2ОСl + 2Н2О → Са2+ + 2ОН + 2НОСl;

НОСl → НСl + О•.

В ходе исследования рассмотрен оптимальный способ внесения окислителя Са(ОСl)2 в исследуемый раствор: в сухом виде, в виде суспензии и в виде осветленного раствора, полученного путем отстаивания суспензии хлорной извести. Полученные данные позволяют сделать вывод, что наиболее целесообразно внесение окислителя в виде суспензии Са(ОСl)2, т.к. процесс окисления ионов Mn (II) в этом случае протекает интенсивнее, что существенно снижает расход реагента-окислителя и время протекания окислительно-восстановительной реакции.

На начальном этапе исследования было рассмотрено влияние рН системы на полноту протекания процесса окислительно-восстановительного осаждения ионов марганца (II) суспензией хлорной извести.

Исследования проводились на стандартных модельных растворах с разными значениями рН (от 1,0 до 13,0) и постоянным содержанием ионов марганца (II) – 100 мг/дм3. Окислитель – хлорную известь, вносили в модельные растворы в виде свежеприготовленной суспензии. Полученные данные отображены на рис. 1.

pic_42.wmf

Рис. 1. Влияние рН раствора на полноту извлечения ионов марганца (II) в виде нерастворимого осадка с использованием суспензии хлорной извести

 

Кривая зависимости полноты извлечения ионов марганца (II) суспензией хлорной извести от рН раствора, представленная на рис. 1, позволяет сделать вывод, что в интервале рН от 4,5 до 10,5 наблюдается более полное извлечение ионов марганца из раствора. Такой широкий интервал значений рН раствора, при котором возможно извлечение ионов Mn2+ методом окислительно-восстановительного осаждения объясняется особенностью окислительно-восстановительных свойств марганца в растворе.

Изменение степени извлечения марганца из исследуемого раствора вне оптимального интервала значений рН связано со многими факторами: переходом металла в другую степень окисления; уменьшением процесса гидролиза соли Са(ОСl)2. Так как данная соль содержит анион слабого электролита (Кк(НСlО) = 5∙10–8), то в процессе ее гидролиза в растворе образуется хлорноватистая кислота, которая под воздействием прямого солнечного света, а так же в результате взаимодействия с восстановителем (ионы Мn2+) преобразуется в соляную кислоту и атомарный кислород, который является сильнейшим окислителем:

Са2+ + 2ОСl + 2Н2О → Са2+ + 2ОН + 2НОСl;

НОСl → НСl + О•.

Поэтому уменьшение процесса гидролиза соли снижает окислительные свойства хлорной извести в растворе и, как следствие, замедляет скорость окислительно-восстановительного процесса.

Процесс гидролиза соли Са(ОСl)2 при внесении суспензии хлорной извести в модельные растворы с разными значениям рН может изменяться следующим образом:

– в кислой среде ионы среды (Н+) связываются с ионами (ОН), образуя молекулы воды. Тогда, согласно принципу Ле-Шателье, гидролиз усилится, что в итоге приведет к усилению окислительных свойств хлорной извести:

Са2+ + ОСl + Н2О → Са2+ + 2ОН + НОСl,

+ Н+

– в щелочной среде произойдет увеличение концентрации ионов ОН в правой части уравнения и тогда, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие системы сместится в обратную сторону – в сторону подавления процесса гидролиза соли, что в итоге приведет к уменьшению окислительной способности хлорной извести:

Са2+ + ОСl + Н2О ← Са2+ + 2ОН + НОСl,

+ ОН

На основании полученных данных можно сделать вывод, что осаждение ионов марганца (II) возможно при достаточно широком интервале, однако с большей скоростью процесс окислительно-восстановительного осаждения ионов марганца протекает в слабокислой или нейтральной среде (рН от 4 до 7), т.к. на данном интервале рН равновесие системы смещено в сторону образования максимально сильного окислителя – хлорноватистой кислоты.

Оптимальная концентрация реагента-окислителя (Са(ОСl)2), необходимая для полного извлечения заданной концентрации ионов Mn (II) из исследуемого раствора, определялась диаграммным методом, предложенным М.И. Лапшиным и И.Г. Нагаткиным. Суть его заключается в определения хлороемкости раствора путем построения графической зависимости концентрации введенного «активного хлора» от концентрации остаточного «активного хлора». Полученные данные представлены на рис. 2.

pic_43.tif

Рис. 2. Кривая определения хлороемкости, время протекания реакции 30 минут

 

Точка пересечения кривой и касательной, отображенной на рис. 2, соответствует оптимальной концентрации активного хлора, необходимой для полного извлечения ионов марганца (II) из однокомпонентного модельного раствора с содержанием его 100 мг/дм3.

Таким образом, полученные зависимости и экспериментальные данные позволили обосновать эффективные параметры процесса окислительного осаждения ионов марганца (II) растворами хлорной извести: диапазон рН от 4 до 7, время протекания процесса 30 минут.


Библиографическая ссылка

Медяник Н.Л., Мишурина О.А. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ ИОНОВ Mn2+ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ РЕАГЕНТА-ОКИСЛИТЕЛЯ СУСПЕНЗИИ ХЛОРНОЙ ИЗВЕСТИ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 9. – С. 49-51;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35118 (дата обращения: 08.08.2020).

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 = 1.074