Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Выбор сорбента для очистки сульфатных цинковых растворов от фторид-ионов

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-4-7-15

Полный текст:

Аннотация

Процесс очистки сульфатных цинковых растворов определяет технологические, экономические и экологические результаты производства. Поскольку в последнее время наблюдается постоянный рост содержания галогенидов в продуктивных растворах цинкового производства вследствие переработки техногенного цинксодержащего сырья, то становится особо актуален поиск способов очистки цинковых растворов от галогенидов, в частности от фтора, с помощью разнообразных методов. Цель данной работы состояла в исследовании эффективности акаганеита в качестве сорбента для очистки сульфатных растворов цинкового производства от фторид-ионов. При этом особенно важно выбрать носитель для сорбента, поскольку из-за наноразмерности частиц акаганеита фильтрация раствора от сорбента проблематична. По поверхностным характеристикам и физико-химическим свойствам наиболее подходящими носителями для этих целей являются гипс и красный шлам глиноземного производства. В экспериментах использовали сульфатный цинковый раствор (100 г/дм3 Zn2+, рН = 4,5), содержащий 26,8–111,4 мг/дм3 F–. Максимальное значение емкости по фторид-иону показал красный шлам вследствие образования F–Al-комплексов. Наибольшее извлечение фтора продемонстрировал красный шлам с импрегнированным акаганеитом при повышенной температуре, позволяющей проявить свойства сорбента и ускорить поверхностный процесс обмена ОН– ↔ F–. Сорбент на основе гипса успешно удалял фтор за счет высвобождения активных ионов кальция и образования фторида кальция. Количество удаленного фтора зависит от материала сорбента, его расхода, продолжительности и температуры сорбции. Определены оптимальные условия обработки (при рН = = 5,5): температура – 60 °С, продолжительность процесса – 120 мин, расход композитного сорбента – 20÷30 г/дм3. Показано, что для очистки цинковых растворов от галогенидов наиболее подходящими являются композитные сорбенты на основе красного шлама или гипса с импрегнированным акаганеитом (β-FeOOH). Их применение позволяет достичь в реальном диапазоне рН технологических растворов высоких значений емкости и глубины очистки от ионов фтора (до 98– 99 %). Указанные сорбенты могут быть подвергнуты регенерации в растворе щелочи, после чего использованы повторно (до 3–4 циклов).

Об авторах

С. В. Мамяченков
Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Россия

Доктор технических наук, проф., заведующий кафедрой металлургии цветных металлов (МЦМ)

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



Э. Б. Колмачихина
Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Россия

Кандидат технических наук, вед. инженер кафедры МЦМ

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



Д. И. Блудова
Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Россия

Инженер-исследователь кафедры МЦМ

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



О. С. Анисимова
Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Россия

Кандидат технических наук, доцент кафедры МЦМ

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



Список литературы

1. Паньшин А.М., Леонтьев Л.И., Козлов П.А., Дюбанов В.Г., Затонский А.В., Ивакин Д.А. Технология переработки пыли электродуговых печей ОАО «Северсталь» в вельцкомплексе ОАО «ЧЦЗ». Экология и пром-сть России. 2012. No. 11. С. 4—6.

2. Guezennec A.-G., Huber J.-C., Patisson F., Sessieq P., Birat J.-P., Ablitzer D. Dust formation in electric arc furnace: birth of the particles. Powder Technology. 2005. Vol. 157. No. 1-3. P. 2—11.

3. Toporkova Y., Mamyachenkov S., Anisimova O., Prodanova D. Ammonia leaching research of EAF dusts after Wealz-process. In: Metal 2019: Mater. 28th Inter. Conf. on Metallurgy and Materials (Brno, 22—24 May 2019). P. 1387—1392.

4. Nyirenda R.L. The processing of steelmaking flue-dust: A review. Miner. Eng. 1991. Vol. 4. No. 7-11. P. 1003—1025.

5. Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective chlorination of electric arc furnace dust. J. Hazard. Mater. 2008. Vol. 166. No. 2-3. P. 1030—1042.

6. Luo F., Inoue K. The removal of fluoride ion by using metal (III) — loaded Amberlite resins. Solv. Extr. Ion Exch. 2004. Vol. 22. P. 305—322.

7. Sollo Jr. F.W., Larson T.E., Mueller H.F. Fluoride removal from potable water supplies. University of Illinois, 1978.

8. Alain Tressaud (Ed.). Advances in fluorine science, fluorine and the environment, agrochemicals, archaeology. In: Green Chem. Water. Vol. 2. Elsevier, 2006.

9. Ghorai S., Pant K.K. Equilibrium, kinetics and breakthrough studies for adsorption of fluoride on activated alumina. Separat. Purific. Technol. 2005. Vol. 42. No. 3. P. 265—271.

10. Sujana M.G., Thakur R.S., Rao S.B. Removal of fluoride from aqueous solution by using alum sludge. J. Colloid. Interface Sci. 1998. Vol. 206. P. 94—101.

11. Huang C.J., Liu J.C. Precipitate flotation of fluoride-containing wastewater from a semiconductor manufacturer. Water Res. 1999. Vol. 33. P. 3403—3412.

12. Popat K.M., Anand P.S., Dasare B.D. Selective removal of fluoride ions from water by the aluminium form of the aminomethylphosphonic acid-type ion exchanger. React. Polym. 1994. Vol. 23. P. 23—32.

13. Solangi I.B., Memon S., Bhanger M.I. Removal of fluoride from aqueous environment by modified Amberlite resin. J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 171. P. 815—819.

14. Meenakshi S., Viswanathan N. Identification of selective ion-exchange resin for fluoride sorption. J. Colloid Interface Sci. 2007. Vol. 308. P. 438—450.

15. Viswanathan N., Meenakshi S. Role of metal ion incorporation in ion exchange resin on the selectivity of fluoride. J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 162. P. 920—930.

16. Simons R. Trace element removal from ash dam waters by nanofiltration and diffusion dialysis. Desalination. 1993. Vol. 89. P. 325—341.

17. Sehn P. Fluoride removal with extra low energy reverse osmosis membranes: three years of large scale field experience in Finland. Desalination. 2008. Vol. 223. P. 73—84.

18. Adhikary S.K., Tipnis U.K., Harkare W.P., Govindan K.P. Defluoridation during esalination of brackish water by electrodialysis. Desalination. 1989. Vol. 71. P. 301—312.

19. Ayoob S., Gupta A.K., Bhat V.T. A conceptual overview on sustainable technologies for defluoridation of drinking water and removal mechanisms. Environ. Sci. Technol. 2008. Vol. 38. P. 401—470.

20. Samadi M.T., Zarrabi M., Sepehr M.N., Ramhormozi S.M., Azizian S., Amrane A. Removal of fluoride ions by ion exchange resin: Kinetic and equilibrium studies. Environ. Eng. Managem. J. 2014. Vol. 13. No 1. P. 205—214.

21. Mohapatra M., Anand S., Mishra B. K., Giles D. E., Singh P. Review of fluoride removal from drinking water. J. Environ. Managem. 2009. Vol. 91. No 1. P. 67—77.

22. Miretzky P., Cirelli A.F. Fluoride removal from water by chitosan derivatives and composites: A review. J. Fluorine Chem. 2011. Vol. 132. P. 231—240.

23. Bhatnagar A., Kumar E., Sillanpää M. Fluoride removal from water by adsorption: A review. Chem. Eng. J. 2011. Vol. 171. No. 3. P. 811—840.

24. Grassi M., Kaykioglu G., Belgiorno V., Lofrano G. Removal of emerging contaminants from water and wastewater by adsorption process. In: Emerging Compounds Removal from Wastewater, Springer Briefs in Molecular Science. Netherlands, Dordrecht: Springer, 2012. P. 15—37.

25. Daёbrowski A. Adsorption—from theory to practice. Adv. Colloid Interface Sci. 2001. Vol. 93. No. 1-3. P. 135—224.

26. Vardhan V.M.C., K.J. Removal of fluoride from water using low cost materials. In: Proc. Fifteenth Intern. Water Technol. Conf. (IWTC-15). 2011.

27. Xu X., Li Q., Cui H., Pang J., An H., Wang W., Zhai J. Adsorption of fluoride from aqueous solution on magnesia-loaded fly ash cenospheres. Desalination. 2011. Vol. 272. No. 1-3. P. 233—239.

28. Chen N., Zhang Z., Feng C., Li M., Zhu D., Chen R., Sugiura N. An excellent fluoride sorption behavior of ceramic adsorbent. J. Hazard. Mater. 2010. Vol. 183. No. 1-3. P. 460—465.

29. Narena G., Ohashi H., Okauea Y., Yokoyama T. Adsorption kinetics of silicic acid on akaganeite. J. Colloid Interface Sci. 2013. Vol. 399. P. 87—91.

30. Мамяченков С.В., Немчинова Н.В., Егоров В.В., Пазылхан Р.Н. Обзор перспективных способов выведения фторид- и хлорид-ионов из растворов для подготовки цинкового электролита к стадии электроэкстракции. Вестник ИрГТУ. 2016. Т. 111. No. 4. С.155—169.

31. Trushko V.L., Utkov V.A., Bazhin V.Y. Topicality and possibilities for complete processing of red mud of aluminous production. J. Mining Institute. 2017. Vol. 227. P. 547—553.

32. Lei D., Guo L., Sun W., Liu J., Miao C. Study on properties of untreated FGD gypsum-based high-strength building materials. Constr. Build. Mater. 2017. Vol. 153. P. 765—773.

33. Sun M., Hou J., Cheng G., Baig S.A., Tan L., Xu X. The relationship between speciation and release ability of mercury in flue gas desulfurization (FGD) gypsum. Fuel. 2014. Vol 125. P. 66—72.

34. Tsai W.T., Lai C.W., Hsien K.J. Effect of particle size of activated clay on the adsorption of paraquat from aqueous solution. J. Colloid Interface Sci. 2003. Vol. 263. No. 1. P. 29—34.

35. Tor A., Danaoglu N., Arslan G., Cengeloglu Y. Removal of fluoride from water by using granular red mud: Batch and column studies. J. Hazard. Mater. 2009. Vol 164. P. 271—278.


Для цитирования:


Мамяченков С.В., Колмачихина Э.Б., Блудова Д.И., Анисимова О.С. Выбор сорбента для очистки сульфатных цинковых растворов от фторид-ионов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020;(4):7-15. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-4-7-15

For citation:


Mamyachenkov S.V., Kolmachikhina E.B., Bludova D.I., Anisimova O.S. Choosing sorbent for fluoride ion removal from zinc sulfate solutions. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2020;(4):7-15. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-4-7-15

Просмотров: 219


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)