Электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений Европия (III) из водных систем оксалатов

Авторы: Тангалычев Роман Данилович, Фазылова Алсу Шакировна, Темников Станислав Романович, Ибрагимова Эльмира Ильшатонва, Крайнов Денис Александрович

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 37-40

Объём: 0,24

Опубликовано в: «Наука без границ» № 10 (15), октябрь 2017

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений Европия (III) из водных систем оксалатов / Р. Д. Тангалычев, А. Ш. Фазылова, С. Р. Темников, Э. И. Ибрагимова, Д. А. Крайнов // Наука без границ. 2017. № 10 (15). С. 37-40.

Аннотация: Проведено исследование электрофлотационного процесса извлечения труднорастворимых соединений европия (Eu3+) из водных растворов, в присутствии оксалатов. Установлены оптимальные значения основных параметров, значения pH среды при заданных концентрациях раствора. Получены экспериментальные данные по влиянию добавок ПАВ и флокулянтов на эффективность электрофлотационного извлечения. Исследования проведены в непроточном электрофлотаторе периодического действия.

Редкоземельные элементы имеют стратегическое значение во многих отраслях промышленности и используются при разработке инновационных технологий. Интерес к европию вызван его незаменимостью в ряде высокотехнологичных продуктов, например в атомной энергетике европий используют в качестве поглотителя нейронов при регулировании ядерных процессов. Оксид европия применяется для создания твердотельных и жидкостных лазеров, генерирующих лазерное излучение в диапазоне видимой области спектра (оранжевые лучи).

В природе не существует минералов с достаточно большим содержанием европия, он сильно распылён (в монацитовом песке содержится 0,002 % этого элемента), но, вместе с тем, европия в земной коре больше чем, например, серебра в два раза, золота – в 250 раз. Его кларк (содержание по массе) в земной коре составляет 1,3×10-4 %. Сырьём для получения европия являются минералы и техногенные соединения: лопарит (0,08 %), эвдиалит (0,95 %), апатит (0,7 %).

Индивидуальные редкие земли обычно осаждаются в виде оксалатов, которые обжигаются до получения оксидов. Высокая чистота оксидов может быть достигнута благодаря извлечению оксалатов металлов (в частности европия) методами электрофлотационной технологии.

Электрофлотация является одним из перспективных направлений очистки сточных вод и технологических растворов, а также извлечения труднорастворимых соединений, что обусловлено высокой скоростью процесса и интенсивным выделением дисперсной фазы в пенный продукт [1].

Электрофлотационный процесс основан на электрохимических явлениях, происходящих на электродах, а также на физико-химических явлениях, происходящих в обрабатываемой жидкости, где присутствуют взвешенные вещества и коллоидные частицы, в виде дисперсной фазы. Их извлечение происходит в результате взаимного слипания (адсорбции) с газообразным продуктом (пузырьками водорода, кислорода, хлора и т. д.). Агрегаты частиц и пузырьков газа всплывают на поверхность и образуют пенный слой (флотоконцентрат), который с определённой периодичностью автоматически удалятся из аппарата. Электрофлотация осуществляется с применением анода из нерастворимых материалов и катода-сетки, чаще всего сделанного из нержавеющей стали.

Целью данной работы является исследование электрофлотационного процесса извлечения труднорастворимых соединений европия (III) из модельных систем, в присутствии оксалатов. Также исследовалось влияние ПАВ и флокулянтов, которые вводят в систему для интенсификации процесса извлечения.

Экспериментальная часть

Для проведения электрофлотационных опытов по извлечению европия использовалась методика для общих случаев извлечения тяжелых и цветных металлов. Исследования по электрофлотационному извлечению проводились при комнатной температуре (20±2 °С) в непроточном электрофлотаторе объёмом 500 мл с площадью поперечного сечения аппарата 10 см2; используемый анод – ОРТА (оксидный рутениево-титановый анод), катод – сетка из нержавеющей стали. Электроды находятся в нижней части аппарата (электрофлотаторе) периодического/непериодического действия. Схема установки показана на рис. 1.

Электрофлотационная установка периодического действия

Рис. 1. Схема лабораторной электрофлотационной установки периодического действия: 1 – колонна электрофлотатора; 2 – вентиль; 3 – электродный блок; 4 – анод; 5 – катод; 6 – резиновая прокладка; 7 – источник постоянного тока

Для проведения анализа на содержание ионов металла в водном растворе до и после электрофлотации (Сисх и Сост) использовался масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).

Предварительные исследования показали, что наиболее важной характеристикой ведения процесса электрофлотации является степень извлечения (α) – величина,  показывающая эффективность процесса извлечения металла и рассчитывающаяся по формуле:

Определение степени извлечения,

где    α – степень извлечения; Сисх – исходная концентрация металла; Сост – конечная концентрация металла.

Первый этап экспериментальной части заключался в определении параметров процесса и составлении модельного раствора с неизменяемыми концентрациями исследуемых веществ [2]. С учётом предыдущих исследований предложен состав модельной системы: концентрация европия (Сисх Eu3+) – 1 г/л; концентрация ионов оксалата – 1 г/л; добавки ПАВ и флокулянты – 5 мг/л.

Параметры электрофлотационного процесса: объёмная плотность тока (jv) – 0,2 А/л; температура раствора (t) – 22 °C; время снятия проб из электрофлотатора – 5, 10, 20 минут.

Вторым этапом работы является определение оптимального значения pH раствора, при котором электрофлотационный процесс будет происходить с наивысшей степенью извлечения (α). При электрофлотационном процессе труднорастворимые соединения европия извлекаются в виде дисперсных частиц (гидроксидов европия, оксалатов европия). Результаты определения оптимального pH системы представлены на рис. 2.

Влияние pH на эффективность извлечения европия

Рис. 2. Влияние pH на эффективность электрофлотационного извлечения европия (III) из модельной системы с оксалатом.

По результатам, представленным на рис. 2, можно сделать вывод, что наибольшая эффективность извлечения европия из систем с оксалатом происходит при pH = 10. Это связано с особенностью образования гидроксидов, а также с природой оксалатов.

На третьем этапе исследования в водные модельные растворы европия с оксалатом введены ПАВ и флокулянты, исследовано их влияние на эффективность электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений металла, которые в растворе с этими добавками образуют агрегаты и мицеллы. Экспериментальные исследования проводились при исходных параметрах и составе системы. Данные по влиянию на степень извлечения европия (III) представлены в виде табл. 1.

Таблица 1

Влияние ПАВ и флокулянтов на степень извлечения европия (III)

Добавка

Степень извлечения европия Eu3+, α

5 минут

10 минут

20 минут

2O4)2+

93

94

96

+ СептаПАВ (катионный)

98

99

94

+ ОксиПАВ А (анионный)

89

94

95

+ PRAESTOL2500 (неионогенный)

82

85

83

Условия эксперимента: pH = 10; Сдоб = 5 мг/л.
Примечание: все добавки использовались при наличии оксалат-ионов в растворе.

 

Результаты, представленные в табл. 1, показывают, что при добавлении в модельную систему СептаПАВ (катионной природы), степень извлечения достигла 98 % уже через 5 минут, а после 10 минут процесса дошла до 99 %. Другие типы добавок отрицательно влияют на процесс извлечения или оказывают незначительное воздействие.

Вывод

  1. Экспериментально исследована возможность эффективного извлечения европия из водных растворов в присутствии оксалатов, а также при добавлении ПАВ и флокулянтов.
  2. Определены оптимальные параметры проведения электрофлотационного процесса: объёмная плотность тока (jv) = 0,2 А/л, Сисх (Eu3+) = 1 г/л, Сдоб2O4)2+ = 1 г/л; Сдоб(СептаПАВ) = 5 мг/л; pH = 10 является оптимальным для извлечения из данной модельной системы.

 

Список литературы

  1. Извлечение труднорастворимых соединений лантана (III) из водных растворов оксалата электрофлотационным методом / Р. Д. Тангалычев, Е. Н. Гайдуков, В. А. Сысоев, Н. Б. Березин // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 4. С. 47-50.
  2. Колесников В. А., Ильин В. И., Капустин Ю. И. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. М. : Химия, 2007. 307 с.

Материал поступил в редакцию 12.10.2017
© Тангалычев Р. Д., Фазылова А. Ш., Темников С. Р., Ибрагимова Э. И., Крайнов Д. А., 2017