Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ЦЕРИЯ (IV) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к способам извлечения церия (IV) методом электрофлотации из сточных вод, бедного или техногенного сырья.

Известен способ извлечения церия (IV) из сульфатных растворов методом экстракции, при котором экстракцию ведут из 0,5-2,0 М сульфатного раствора 0,32%-ным раствором 2-метил-8,9-дигидро[1,2,4]триазоло[1,5-α]хиназолин-6(7Н)-она, растворенного в метиленхлориде (патент РФ №2530081, кл. С22В 59/00, С22В 3/26, 2014). Недостатком метода являются ограничения по нижнему пределу концентрации, минимальная исходная концентрация церия (IV) составляет 500 мг/л.

Наиболее близким по техническому решению является способ электрофлотационного извлечения ионов церия (IV) из водных растворов (Гайдукова A.M., Бродский В.А., Колесников В.А. Электрофлотационное извлечение ионов церия (III), (IV) из водных растворов. // Гальванотехника и обработка поверхности. 2014. Том XXII, №4. - С. 44-48). Процесс ведут при оптимальных условиях: рН 6,5 - 7, плотности тока 0,4 А/л, времени обработки 10 минут, при этом достигается высокая степень извлечения ионов церия (IV), составляющая 98%. Однако этот метод имеет ограничения по исходным концентрациям ионов церия (IV) в очищаемых стоках, она не превышает 200 мг/л. Этот способ выбран за прототип.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение диапазона исходных концентраций ионов церия (IV) при сохранении высокой степени извлечения ионов церия (IV), лежащей в районе 96-98%.

Поставленная задача решается тем, что в сточную воду, содержащую ионы церия (IV), вводят катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при массовом соотношении ионов церия (IV) к флокулянту [1]: [0,008-0,1] с последующим электрофлотационным извлечением из сточной воды образовавшихся соединений при плотности тока 0,4 А/л в течение 10 мин.

Известно, что нижний предел исходной концентрации определяется растворимостью ионов металла, верхний - коагуляционными процессами и седиментацией осадка.

В присутствии органического флокулянта на основе высокополимеризованного полиакриламида происходит увеличение размеров взвешенных частиц за счет их слипания и образования агломератов. Данный эффект значительно повышает верхний предел исходной концентрации, к тому же способствует более эффективному захвату агломератов газовыми пузырьками и образованию устойчивых комплексов агломераты частиц - пузырьки газов, что приводит к увеличению скорости электрофлотационного процесса очистки.

Извлечение ионов церия (IV) из водных растворов осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми металл-оксидными анодами. Исследования проводились в растворах сернокислого и азотнокислого церия (IV) в диапазоне концентраций по ионам металла от 10 до 1500 мг/л при комнатной температуре (20±2°С). В качестве фонового электролита, позволяющего повысить электропроводность, использовали раствор Na₂SO₄ с концентрацией 1 г/л. Массовую концентрацию церия (IV) измеряли по стандартизованной методике на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В 1 л воды, содержащей 50 мг церия (IV), вводят при перемешивании катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при массовом соотношении ионов церия (IV) к флокулянту [1]:[0,01]. Раствор при рН 6,5-7,0 перемешивают в течение 0,5 минут и подают в электрофлотационный аппарат для отделения образовавшихся частиц от очищаемой воды при плотности тока 0,4 А/л. Процесс электрофлотации ведут в течение 10 мин. После электрофлотации отбирают пробу вод на анализ и определяют содержание ионов церия (IV).

Пример 2. В 1 л воды, содержащей 1200 мг церия (IV), вводят при перемешивании катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при массовом соотношении ионов церия (IV) к флокулянту [1]:[0,008]. Раствор при рН 6,5-7,0 перемешивают в течение 0,5 минут и подают в электрофлотационный аппарат для отделения образовавшихся частиц от очищаемой воды при плотности тока 0,4 А/л. Процесс электрофлотации ведут в течение 10 мин. После электрофлотации отбирают пробу вод на анализ и определяют содержание ионов церия (IV).

Для сравнения эффективности известного и предлагаемого способов проводилась очистка сточных вод с использованием одной и той же системы электродов, конструкции электрофлотатора, плотности тока, исходных концентраций ионов церия (IV), рН среды. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, предлагаемый способ позволяет существенно расширить диапазон исходных концентраций ионов церия (IV), который составляет 10-1200 мг/л, с достижением высокой степени извлечения 96-98% по сравнению с прототипом.

Эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена повышением степени извлечения из сточных вод при исходной концентрации ионов церия (IV) от 200 до 1200 мг/л на 56-98%.