Очистка технологических растворов от ртути сорбцией

При переработке в АО «Уралэлектромедь» селенсодержащего сырья и промпродуктов образуются растворы, содержащие примесь ртути, г/дм³: 157–210 Se; 0,004–0,02 Hg; 0,15–0,20 Te; 2–3 As; 0,15–0,20 Sb; 45–50 S. Для получения марочного селена концентрация ртути в растворе не должна превышать 0,001 г/дм³. Известны различные методы очистки растворов от ртути: гидрометаллургические, электрохимические и др. В АО «Уралэлектромедь» выбор сделан в пользу сорбционной технологии удаления ртути на cлабоосновном макропористом анионите Lewatit MP-68 (Германия), позволяющей управлять степенью очистки растворов. Для обеспечения замещения западноевропейского сорбента (Lewatit MP-68) проведено исследование ряда предварительно отобранных промышленных сорбентов анионных комплексов ртути производства РФ (АМ-2Б, АН-31, АВ 17-8, ВП-3Ап), Китая (Seplite MA 940 и LSC 710), Индии (Tulsion CH-95 и CH-97). На первой стадии в статическом режиме определены коэффициент распределения (К_р), степень извлечения элементов (ε), значения статической обменной емкости смол (СОЕ, г/дм³), коэффициент разделения (D_Hg/Se), на основании которых отобраны лучшие образцы: АВ 17-8, Seplite MA 940, АМ-2Б, CH-97 с величинами СОЕ = 0,95÷0,97 г/дм³ (у смолы Lewatit МР-68 СОЕ = 0,98 г/дм³). На второй стадии в динамическом режиме установлено следующее: по величине ДОЕ/ПДОЕ иониты расположены в убывающий ряд: АВ 17-8, Lewatit MP-68 >> АМ-2Б > Seplite МА 940 >> Tulsion СН-97. Смолы АВ 17-8, Seplite МА 940, АМ-2Б близки по своим динамическим сорбционным характеристикам: в сопоставимых условиях проскок по ртути наступает после пропускания не менее 950 уд. объемов исходного раствора. Для сравнения: на ионите Lewatit МР-68 проскок по ртути наступает после пропускания не более 750 уд. объемов, что требует увеличения числа ступеней сорбции в каскаде очистки растворов. По совокупности ионообменных свойств для дальнейшего исследования в режиме промышленных испытаний рекомендуется использовать смолу АВ 17-8 отечественного производства вместо зарубежного сорбента Lewatit МР-68 в технологической схеме сорбционной очистки селенистой кислоты от ртути с целью обеспечения получения марочного селена.

1. Лебедь А.Б., Набойченко С.С., Шунин В.А. Производство селена и теллура на ОАО «Уралэлектро-медь». Екатеринбург: УрФУ, 2015. 112 с.

2. Yang S., Li Z., Yan K., Zhang X., Xu Z., Liu W., Liu Z., Liu H. Removing and recycling mercury from scrubbingsolution produced in wet nonferrous metal smelting flue gas purification process. Journal of Environmental Sciences. 2021;(103):59—68. https://doi.org/10.1016/j.jes.2020.10.013

3. Fabre E., Rocha A., Cardoso S.P., Brandão P., Vale C. Lopes C.B., Pereira E., Silva C.M. Purification of mercury-contaminated water using new AM-11 and AM-14 microporous silicates. Separation and Purification Technology. 2020;(239):116438. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116438

4. Ponomarev A.V., Bludenko A.V., Makarov I.E., Pikaev A.K., Kim D.K., Kim Y., Han B. Combined electronbeam and adsorption purification of water from mercury and chromium using materials of vegetable origin as sorbents. Radiation Physics and Chemistry. 1997;49(4):473—476. http://dx.doi.org/10.1016/S0969-806X(96)00148-X

5. Zhang B., Petcher S., Gao H., Yan P., Cai D., Fleming G., Parker D.J., Chong S.Y., Hasell T. Magnetic sulfur-doped carbons for mercury adsorption. Journal of Colloid and Interface Science. 2021;(603):728—737. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.06.129

6. Pang X., Liu W., Xu H., Hong Q., Cui P., Huang W., Qu Z., Yan N. Selective uptake of gaseous sulfur trioxide and mercury in ZnO—CuS composite at elevated temperatures from SO2-rich flue gas. Chemical Engineering Journal. 2022;(427):132035. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132035

7. Xin F., Xiao R., Zhao Y., Zhang J. Surface sulfidation modification of magnetospheres from fly ash for elemental mercury removal from coal combustion flue gas. Chemical Engineering Journal. 2022;(436):135212. http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2022.135212

8. Teng H., Altaf A.R. Elemental mercury (Hg 0 ) emission, hazards, and control: A brief review. Journal of Hazardous Materials Advances. 2022;(5):100049. https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2022.100049

9. Ji Z., Huang B., Gan M., Fan X., Wang Y., Chen X., Sun Z., Huang X., Zhang D., Fan Y. Recent progress on the clean and sustainable technologies for removing mercury from typical industrial flue gases: A review. Process Safety and Environmental Protection. 2021;(150):578—593. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.04.017

10. Jia T., Luo F., Wu J., Chu F., Xiao Y., Liu Q., Pan W., Li F. Nanosized Zn—In spinel-type sulfides loaded on facet-oriented CeO 2 nanorods heterostructures as Z-scheme photocatalysts for efficient elemental mercury removal. Science of the Total Environment. 2022;(813):151865. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151865

11. Meng F., Umair M.M., Iqbal K., Jin X., Zhang S., Tang B. Rapid fabrication of noniridescent structural color coatings with high color visibility, good structural stability, and self-healing properties. ACS Applied Materials Interfaces. 2019;11(13):13022—13028. https://doi.org/10.1021/acsami.9b01522

12. Anacleto A.L., Carvalho J.R. Mercury cementation from chloride solutions using iron, zinc and aluminium. Minerals Engineering. 1996;9(4):385—397. https://doi.org/10.1016/0892-6875(96)00025-8

13. Гладышев В.П., Левицкая С.А., Филиппова Л.М. Аналитическая химия ртути. М.: Наука, 1974. 231 с.

14. Shen F., He S., Li J., Liu C., Xiang K., Liu H. Formation of sulfur oxide groups by SO 2 and their roles in mercury adsorption on carbon-based materials. Journal of Environmental Sciences. 2022;(119):44—49. https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.11.011

15. Wadi V.S., Mittal H., Fosso-Kankeu E., Jena K.K., Alhassan S.M. Mercury removal by porous sulfur copolymers: Adsorption isotherm and kinetics studies. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020;(606):125333. http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125333

16. Lennie A.R., Charnock J.M., Pattrick R.A.D. Structure of mercury (II)—sulfur complexes by EXAFS spectroscopic measurements. Chemical Geology. 2003;199(3-4):199—207. https://doi:10.1016/S0009-2541(03)00118-9

17. Bell A.M.T., Charnock J.M., Helz G.R., Lennie A.R., Livens F.R., Mosselmas J.F.W., Pattrick R.A.D., Vaughan D.J. Evidence for dissolved polymeric mercury(II)-sulfur complexes. Chemical Geology. 2007; 243(1-2):122—127. https://doi.org/10.1016/J.CHEMGEO.2007.05.013

18. Al-Jibori S.A., Al-Doori L.A., Al-Janabi A.S.M., Alheety M.A., Wagner C., Karadag A. Mercury (II) mixed ligand complexes of phosphines or amines with 2-cyanoamino thiophenolate ligands formed via monodeprotonation and carbon—sulfur bond cleavage of 2-aminoben-zothiazole. X-ray crystal structures of [Hg(SC 6H4 NCN) (PPh 3)]2 and [Hg(SC 6H4 NCN)(Ph 2 PCH 2 PPh 2)]2 . Polyhedron. 2021;(206):115349. http://dx.doi.org/10.1016/j.poly.2021.115349

19. Шунин В.А., Соколова И.С., Лебедь А.Б. Сорбционная очистка продуктивных селеновых растворов от примесей тяжелых металлов. В сб.: Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения 2011): Тезисы докладов международного совещания (Верхняя Пышма, 19—24 сент. 2011 г.). Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2011. С. 428—429.

20. Habashi F. Metallurgical plants: How mercury pollution is abated. Environmental Science and Technology. 1978; 23(13):1372—1376. https://doi.org/10.1021/ES60148A011

21. Hylander I.D., Herbert R.B. Global emission and production of mercury during the pyrometallurgical extraction of nonferrous sulfide ores. Environmental Science and Technology. 2008;42(16):5971—5977. https://doi.org/10.1021/es800495g

22. Yu M-H., Yang H-H., Gu Y-C., Wang B-H., Liu F-C., Lin I.J.B., Lee G-H. Formation of anionic NHC complexes through the reaction of benzimidazoles with mercury chloride. Subsequent protonation and transmetallation reactions. Journal of Organometallic Chemistry. 2019;(887):12—17. https://doi.org/10.1016/J.JORGANCHEM.2019.02.015

23. Tugashov K.I., Gribanyov D.A., Dolgushin F.M., Smol′yakov A.F., Peregudov A.S., Klemenkova Z.S., Matvienko O.V., Tikhonova I.A., Shur V.B. Coordination chemistry of anticrowns. Isolation of the chloride complex of the four-mercury anticrown {[(o,o′-C 6 F 4 C 6 F 4 Hg) 4 ]Cl}− from the reaction of o,o′-dilithiooctaf luorobiphenyl with HgCl 2 and its transformations to the free anticrown and the complexes with o-xylene, acetonitrile, and acetone. Organometallics. 2017;36(13): 2437—2445. https://doi.org/10.1021/ACS.ORGANOMET.7B00315

24. Al-Amri A-H.D., Fettouhi M., Wazeer M.I.M., Isab A.A. Synthesis, X-ray structure and 199 Hg, 77 Se CP MAS NMR studies on the first tris(imidazolidine-2-selone) mercury complex: {chloro-tris[N-methyl-2(3H)-imidazolidine-2-selone]mercury(II)}chloride. Inorganic Chemistry Communications. 2005;8(12):1109—1112. https://doi.org/10.1016/J.INOCHE.2005.09.010

25. Hadjikakou S.K., Kubicki M. Synthesis, characterisation and study of mercury (II) chloride complexes with triphenylphosphine and heterocyclic thiones. The crystal structures of [(benzothiazole-2-thionato)(benzothia-zole-2-thione)(bis-triphenylphosphine) chloro mercury (II)] and [(μ 2-dichloro){(bis-pyrimidine-2-thionato) mercury (II)}{(bis-triphenylphosphine) mercury (II)}] at 100 K. Polyhedron. 2000;19(20-21):2231—2236. https://doi.org/10.1016/S0277-5387(00)00533-7

26. Pazderski L., Szlyk E., Wojtczak A., Kozerski L., Sitkowski J., Kamieński B. The crystal and molecular structures of catena[bis(μ 2-chloro)-(μ 2-pyridazine-N,N′)] cadmium (II) and catena[bis(μ 2-chloro)-(μ 2 -pyridazine-N,N′)]mercury (II) and the solid-phase 13 C, 15 N NMR studies of Zn(II), Cd(II), Hg(II) chloride complexes with pyridazine. Journal of Molecular Structure. 2004;697(1-3): 143—149. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2004.03.048

27. Королев А.А., Шунин В.А., Тимофеев К.Л., Мальцев Г.И., Воинков Р.С. Сорбционная очистка от ртути растворов селенистой кислоты. Химия в интересах устойчивого развития. 2022;(30):372—382.