Цинк среди цветных металлов занимает третье место после алюминия и меди по объему использования в мире. Высокую популярность металл приобрел, прежде всего, как средство защиты от коррозии – около половины всего цинка на планете идет на покрытие металлических изделий, а также на производство оцинкованной стали и оцинкование металлических изделий. Во всем мире потребляется более 11 млн т цинка, который используется в качестве металла, хлорида, порошка и сульфата [10, 11].
В настоящее время существуют различные методы очистки техногенных металлизованных вод, с попутным получением металлов с низкой массовой долей [6, 7, 8]. К ним относятся механические, химические, физико-химические и биологические методы. Анализ литературных источников и патентный обзор показали, что наиболее распространенными методами извлечения цинка из сточных вод горнодобывающих предприятий являются осаждение при нейтрализации и известковании. В последние годы на многих предприятиях рассматривается возможность применения для очистки техногенных вод и извлечения из них ценных компонентов электрохимических методов. Наиболее распространенные методы извлечения для цинка – ионный обмен, сорбция, электрохимическая коагуляция [2, 3, 5].
На основании существующих методов извлечения разработаны технологии по извлечению ряда тяжелых металлов: метод электрокоагуляции [6, 12]. Известен опыт комплексного извлечения цинка и меди из сточных вод горнорудных предприятий [9].
На сегодняшний день разработаны и достаточно хорошо изучены способы извлечения тяжелых цветных металлов из высококонцентрированных сточных вод [1, 4]. Способы комплексной переработки твердых и жидких отходов горнодобывающих предприятий рассмотрены в работах В.А. Чантурии, И.В. Шадруновой, А.Е. Воробьева, П.М. Соложенкина и др. [2, 11, 12]. На основании сравнительной оценки существующих методов извлечения ионов цинка из сточных вод металлургических предприятий наиболее целесообразным методом для селективного извлечения ионов цинка является метод гальванокоагуляции, который удовлетворяет требуемым условиям, а также управление организации процесса, невысокие затраты и возможность утилизации осадка. Воды горнорудных предприятий по содержанию цинка не на много отличаются по своему тяжелометалльному составу и концентрации металлов от вод металлургических и гальванических производств. Таким образом, метод гальванокоагуляции применим и для вод горнодобывающей промышленности [1, 4, 9, 11].
Гальванокоагуляционный метод основан на использовании эффекта короткозамкнутого гальванического элемента, помещаемого в обрабатываемый раствор. В качестве элементов гальванической пары используют следующие: Fe:С, Al:С, Fe:Cu и другие. Литературный обзор показал, что наиболее часто используется для извлечения ценных компонентов гальванопара Fe:С. Гальванопара Fe:С позволяет селективно, при определенных значениях рН, извлекать Zn2+ и Cu2+ в виде ферритов данных элементов и, соответственно, получать товарные продукты [9, 10, 11, 14].
Метод является наиболее перспективным, весьма экономичным, обладает низкой энергоемкостью благодаря тому, что электрическая цепь между элементами гальванопары возникает при погружении в обрабатываемый раствор в условиях отсутствия внешнего источника тока, а также характеризуется принципиально новыми техническими решениями, обеспечивающими эффективность и простоту аппаратурного оформления процесса [4, 10, 13, 15].
Извлечение ионов металлов из подотвальных вод производится в проточных аппаратах барабанного типа в непрерывном режиме путем использования магнитных форм соединений железа, получаемых в этих же аппаратах электрохимическим способом в режиме гальванопары без введения дополнительных химических реагентов. При этом отпадает необходимость использования внешних источников тока.
При гальванокоагуляционном извлечении металлов из водных растворов одновременно действуют следующие механизмы процесса [9]:
1) катодное осаждение катионов металлов.
2) образование ферритов металлов.
3) образование соединений включений (клатратов).
4) коагуляция.
Важным техническим преимуществом является образование ферритов цинка и меди без введения химических реагентов, что исключает повторное загрязнение очищаемой воды, позволяет возвращать воду в основное производство.
Гальванокоагуляционный метод извлечения ценных компонентов обладает следующими преимуществами:
1. Отпадает необходимость в применении сложного выпрямительного оборудования.
2. Снижаются энергозатраты.
3. Вместо листового железа расходуется железный скрап.
4. Отсутствует пассивация железа.
5. Образующиеся осадки имеют кристаллическую структуру, обладают магнитными свойствами, легко фильтруются и занимают малый объем.
6. Гальванокоагуляционные аппараты барабанного типа надежны в работе, имеют высокую единичную производительность.
7. Снижаются трудозатраты.
8. Гальванокоагуляция обладает свойством авторегулирования, так как при увеличении содержания солей меди увеличивается скорость растворения железа за счет повышения электропроводности растворов.
9. Процесс не требует предварительной коррекции рН, применим как для кислых (от 0), так и для щелочных растворов (до 14) в широком диапазоне температур от 3–5 до 80–90 °С.
Выводы
Минерально-сырьевая база Уральского региона в настоящее время по своим качественным параметрам и промышленно-экономической значимости в большинстве случаев не отвечает современным условиям и требованиям мирового рынка, что требует находить новые решения для увеличения сырьевой базы. Проведенные предварительные аналитические исследования качественного и количественного состава образующихся на территории ГОКов техногенных вод, показали, что концентрации таких металлов, как медь, цинк, железо, марганец в данных водах близки к их концентрациям в традиционном гидроминеральном сырье – минерализованных водах [6, 12, 13, 14]. Следовательно, использование подотвальных вод в качестве дополнительного источника получения ценных компонентов и рассматривания их в качестве техногенных гидроминеральных ресурсов.
Сравнение различных методов извлечения ионов цинка из сточных вод металлургических предприятий показывает, что наиболее целесообразным методом для селективного извлечения ионов цинка является метод гальванокоагуляции, который удовлетворяет требуемым условиям, а также управление организацией процесса, невысокие затраты и возможность утилизации осадка.
Гальванокоагуляционный метод извлечения металлов является наиболее перспективным, характеризуется принципиально новыми техническими решениями, обеспечивающими эффективность и простоту аппаратурного оформления процесса. Извлечение цинка из сточных вод производится в проточных аппаратах барабанного типа в непрерывном режиме путем использования магнитных форм соединений железа, получаемых в этих же аппаратах электрохимическим способом в режиме гальванопары без введения химических реагентов. При этом отпадает необходимость использования внешних источников тока. Важным техническим преимуществом является образование ферритов цинка и меди без введения химических реагентов, что исключает повторное загрязнение очищаемой воды, позволяет возвращать воду в технологический процесс.
Библиографическая ссылка
Чалкова Н.Л., Чалкова К.Д., Чернышова Э.П. ОСОБЕННОСТИ ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИОННОГО СПОСОБА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА ИЗ ГИДРОТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 11. – С. 53-55;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35178 (дата обращения: 24.11.2024).