4.4.5 Осадження з розчинів нікелю (ІІ)
В даному розділі наведені результати дослідження осадження іонів нікелю (II) з водних розчинів з використанням карбонатовмісного відходу, а також дані вивчення впливу різних чинників на цей процес і обґрунтування технології двоступеневої очистки розчинів.
Модельні розчини для досліджень готували з солі NiCl2 6Н2О з урахуванням вмісту нікелю (ІІ) у стічних водах цехів різних підприємств [9]. Концентрацію Ni2+ в розчині контролювали спектрофотометричним методом з диметилгліоксимом.
Детальні дослідження процесів осадження нікелю були розпочаті з визначення активності карбонатовмісного відходу відносно іонів нікелю (II) для розчинів з вмістом металу 50 і 100 мг/л, до яких додавали 1 г/л карбонатовмісного відходу. При цьому значення N для отриманих систем відповідно дорівнювали 50 і 100 мг/г. Осадження виконували при перемішуванні в ізотермічних умовах (20°С). Як видно з отриманих даних (рис. 4.22), осадження іонів нікелю (II) з розчинів проходить майже однаково, незважаючи на відмінність концентрацій вихідних розчинів і значень N. Також видно, що ступінь виділення нікелю з розчинів і, відповідно, активність карбонатовмісного відходу щодо іонів нікелю (II) досить низькі. 20%-вого ступеня виділення нікелю з розчину не вдається досягти навіть при N = 100 мг/г. Це свідчить про те, що карбонатовмісний відхід менш ефективний для вилучення іонів нікелю (II) в порівнянні з іншими іонами.
Характерним для досліджуваних систем є те, що в обох випадках можна виділити досить швидкий початковий етап наростання активності в часі, який потім переходить в уповільнену стадію та на кривих залежності активності від часу навіть фіксується відповідний злам (рис. 4.22).
Таблиця 4.15 – Активність карбонатовмісного відходу в процесах виділення нікелю (ІІ). Добавка КВВ = 1 г/л
| № | Час, година | рН | Залишкова концентрація Ni2+ в розчині (СNi зал), мг/л | Ступінь виділення нікелю (СВNi), % | Активність карбонатовмісного відходу, мг/г |
| | 0 | 5,46 | 100,00 | – | – |
| 1 | 0,1 | 7,11 | 99,9 | 0,1 | 0,1 |
| 2 | 0,25 | 7,23 | 98,7 | 1,3 | 1,3 |
| 3 | 0,5 | 7,25 | 96,9 | 3,1 | 3,1 |
| 4 | 1 | 7,46 | 93,0 | 7,0 | 7,0 |
| 5 | 6 | 7,55 | 83,3 | 13,7 | 13,7 |
| 6 | 12 | 7,58 | 85,9 | 14,1 | 14,1 |
| 7 | 24 | 7,62 | 85,6 | 14,4 | 14,4 |
| 8 | 48 | 7,71 | 84,9 | 15,1 | 15,1 |
| 9 | 72 | 7,79 | 84,5 | 15,5 | 15,5 |
| | | | | | |
| | 0 | 5,58 | 50,00 | – | – |
| 10 | 0,1 | 7,18 | 49,97 | 0,06 | 0,03 |
| 11 | 0,25 | 7,27 | 49,20 | 1,6 | 0,8 |
| 12 | 0,5 | 7,29 | 48,40 | 3,2 | 1,8 |
| 13 | 1 | 7,43 | 45,79 | 8,4 | 4,2 |
| 14 | 6 | 7,58 | 41,95 | 16,1 | 8,0 |
| 15 | 12 | 7,61 | 40,41 | 19,2 | 9,6 |
| 16 | 24 | 7,64 | 39,6 | 20,8 | 10,4 |
| 17 | 48 | 7,75 | 38,8 | 22,4 | 11,2 |
| 18 | 72 | 7,92 | 37,6 | 24,8 | 12,4 |
Цей факт свідчить про зміну початкового характеру процесу і, мабуть, пов'язаний із завершенням процесу первинного осадження і початком (або продовженням) більш повільно протікаючих процесів переходу первинно осаджених фаз в інші тверді фази. У зв'язку з цим основне (хоча, як видно, далеко не повне) виділення іонів нікелю (II) з розчину відбувається протягом першої години. Вплив же концентрації розчину на активність проявляється в тому, що більш концентрованому вихідному розчину відповідає (для одного і того ж значення часу) великі значення активності.
Рисунок 4.22 – Залежність активності карбонатовмісного відходу (А) від часу в процесах осадження нікелю (ІІ) з розчинів з вихідною концентрацією:
1 – 100 мг/л, 2 – 50 мг/л в діапазоні 0-72 години. Добавка КВВ – 1 г/л
Далі більш детально було проведено дослідження впливу концентрації вихідних розчинів нікелю на процеси його осадження з використанням карбонатовмісного відходу. Експеримент проводили наступним чином: до 100 мл розчину нікелю різної концентрації, додавали карбонатовмісний відхід в кількості 0,1 г і витримували в ізотермічних умовах (20°С) при перемішуванні 3 доби. Результати наведені в табл. 4.16 і графічно представлені на рис. 4.23. Як видно з отриманих даних при збільшенні концентрацій вихідних розчинів спостерігається плавне зростання активності карбонатовмісного відходу щодо іонів нікелю (II).
Оскільки вміст нікелю в стічних водах промислових підприємств коливається в діапазоні від одиниць до десятків міліграмів на літрі, і, з огляду на те, що адитивна стадія процесу завершується в перші годинни, була визначена витрата карбонатовмісного відходу, що забезпечує високий ступінь виділення нікелю для розчинів різних концентрацій (115, 50, 25, 10 і 1 мг/л) при контактуванні реагенту з очищуваним розчином 60 хв.
Таблиця 4.16 – Активність карбонатовмісного відходу в процесах виділення нікелю (ІІ) з розчинів різних концентрацій. Добавка КВВ = 1 г/л
| № | Вихідна концентрація Ni2+ в розчині (СNi вих), мг/л | рН | Залишкова концентрація Ni2+ в розчині (СNi зал), мг/л | Активність карбонатовмісного відходу, мг/г |
| 1 | 1 | 8,38 | 0,26 | 0,7 |
| 2 | 5 | 8,26 | 1,59 | 3,4 |
| 3 | 10 | 8,18 | 4,72 | 5,3 |
| 4 | 25 | 8,04 | 16,0 | 9,0 |
| 5 | 50 | 7,97 | 37,6 | 12,4 |
| 6 | 100 | 7,79 | 84,5 | 15,5 |
| 7 | 200 | 7,48 | 182,0 | 18,0 |
Рисунок 4.23 – Залежність активності карбонатовмісного відходу (А) від вихідної концентрації розчину (Свих) для іонів нікелю (II) в діапазоні концентрацій 0-200 мг/л. Добавка КВВ = 1 г/л
Як видно з отриманих даних (табл. 4.17, рис. 4.24), для розчину з вихідною концентрацією нікелю 115 мг/л ступінь виділення, що дорівнює 95%, досягається при витраті карбонатовмісного відходу 50 г/л. Для розчинів з меншою вихідною концентрацією нікелю достатній ступінь очищення досягається меншою кількістю реагенту. Так, для розчину з вихідною концентрацією 25 мг/л достатньо 10 г/л карбонатовмісного відходу для виділення 97% металу, а для розчину з концентрацією 10 мг/л – 4 г/л для виділення 95% нікелю і т.д.
Таблиця 4.17 – Залежність ступеня виділення нікелю від витрати карбонатовмісного відходу для розчинів різних вихідних концентрацій
| № | Витрата карбонатовмісного відходу (Р), г/л | рН | Залишкова концентрація Ni2+ в розчині (СNi зал), мг/л | Ступінь виділення,% |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| | 0 | 5,11 | 115,0 | – |
| 1 | 20 | 7,80 | 33,4 | 71,7 |
| 2 | 25 | 7,82 | 19,8 | 82,4 |
| 3 | 30 | 7,98 | 8,7 | 92,4 |
| 4 | 35 | 8,01 | 7,8 | 93,2 |
| 5 | 45 | 8,09 | 5,5 | 95,2 |
| 6 | 50 | 8,14 | 5,2 | 95,5 |
| | ||||
| | 0 | 5,24 | 50,00 | – |
| 7 | 15 | 7,88 | 9,79 | 80,4 |
| 8 | 20 | 8,09 | 3,90 | 92,2 |
| 9 | 25 | 8,18 | 1,18 | 97,6 |
| 10 | 30 | 8,19 | 1,02 | 97,8 |
| 11 | 35 | 8,21 | 0,87 | 98,3 |
| | ||||
| | 0 | 5,36 | 25,00 | – |
| 12 | 5 | 7,93 | 6,50 | 74,0 |
| 13 | 6 | 8,01 | 3,20 | 87,2 |
| 14 | 8 | 8,14 | 1,71 | 93,2 |
| 15 | 10 | 8,24 | 0,75 | 97,0 |
| 16 | 15 | 8,26 | 0,36 | 98,6 |
| 17 | 20 | 8,41 | 0,17 | 99,3 |
Продовження табл. 4.17
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| | 0 | 5,47 | 10,00 | – |
| 18 | 2 | 8,15 | 2,52 | 74,8 |
| 19 | 3 | 8,37 | 0,91 | 90,9 |
| 20 | 4 | 8,41 | 0,48 | 95,2 |
| 21 | 5 | 8,49 | 0,27 | 97,3 |
| 22 | 6 | 8,52 | 0,11 | 98,9 |
| 23 | 8 | 8,54 | 0,08 | 99,2 |
| | ||||
| | 0 | 5,61 | 1,00 | – |
| 24 | 1 | 8,31 | 0,155 | 84,5 |
| 25 | 1,5 | 8,36 | 0,119 | 88,1 |
| 26 | 2 | 8,38 | 0,094 | 90,6 |
| 27 | 3 | 8,44 | 0,052 | 94,8 |
| 28 | 4 | 8,46 | 0,011 | 98,9 |
| 29 | 5 | 8,49 | 0,008 | 99,2 |
| 30 | 6 | 8,52 | 0,005 | 99,5 |
Рисунок 4.24 – Залежність ступеня виділення Nі2+ (СВ) від витрати карбонатовмісного відходу (Р) для розчинів з концентрацією нікелю:
1 – 1 мг/л, 2 – 10 мг/л, 3 – 25 мг/л, 4 – 50 мг/л, 5 – 115 м /л
Аналізуючи дані щодо зміни значень pH вихідних і очищених розчинів можна сказати, що, як і у випадках з іншими металами, процес супроводжується нейтралізацією і залуженням вихідних кислих розчинів. Відзначено, що pH очищених розчинів відповідає санітарно-гігієнічним вимогам, що пред'являються до очищених стічних вод. Максимальне виділення нікелю досягається при рН > 8. Очевидно, це пов'язано з гідролізом входять карбонатів по аніону, котрі входять до складу шламу, що підтверджується виділенням вуглекислого газу. Причому, чим вище концентрація іонів нікелю і чим нижче початкове значення pH очищуваного розчину, тим інтенсивніше відбувається розчинення карбонатовмісного відходу та виділення газу.
В роботі було оцінено вплив дисперсності часток реагенту на ефективність виділення нікелю. Для цього використовували основні фракції карбонатовмісного відходу з розміром зерна 0,1-0,25 мм, 0,25-0,5мм, 0,5-1,0 мм і 1,0-2,0 мм. Виділення іонів металу виконували з розчинів із концентрацією нікелю 100 мг/л, час контактування з карбонатовмісним відходом – 30 хв. Як і слід було очікувати, ступінь виділення вище, витрата реагенту менше при використанні дрібнодисперсних фракцій, наприклад 0,1 -0,25 мм. По всій видимості, це пов'язано з підвищенням розчинності більш дрібних часток у водному розчині і збільшенням робочої поверхні реагенту. Однак при великій витраті реагенту, необхідній для досягнення ступеня виділення нікелю понад 90%, розмір часток позначається незначно за рахунок того, що розчин перенасичується карбонатовмісним відходом. Крім того, використання дрібнодисперсної фракції ускладнює відділення забрудненого нікелем реагенту від очищеного розчину. Тому в наступних дослідах в якості робочої використовувалася фракція реагенту з розміром зерна 0,25-0,5 мм, вміст якої в поглиначі більше 45%.
Ще одним цікавим результатом виявилося те, що витрата карбонатовмісного відходу, що забезпечує один і той ж ступінь очищення розчинів від нікелю, різко зменшується при обробці гарячих розчинів. При цьому істотно прискорюється осадження іонів нікелю і меншими добавками карбонатовмісного відходу досягається висока глибина очищення. Так, при нагріванні до 40°С іони нікелю практично повністю видаляються з розчину (Свих. = 100 мг л) в присутності 40 г/л карбонатовмісного відходу протягом 30 хв, а якщо проводити очистку того ж розчину при 80°С, то для досягнення СВ = 95% достатньо в 5 разів менше реагенту (рис. 4.25). Цілком ймовірно, велика ефективність очищення при очищенні гарячих розчинів пов'язана зі збільшенням розчинності карбонатовмісного відходу та посиленням гідролізу карбонатів кальцію і магнію, що входять до його складу. Даний висновок також підтверджується більш інтенсивним виділенням вуглекислого газу з гарячих розчинів.
Рисунок 4.25 – Залежність ступеня виділення Nі2+ (СВ) від витрати карбонатовмісного відходу (Р). Температура: 1 – 80°С, 2 – 60°С,
3 – 40°С, 4 – 20°С
Висновки:
1. Показана можливість використання карбонатовмісного відходу для очищення водних розчинів від іонів нікелю (II).
2. Для розчинів різних концентрацій встановлені оптимальні час і витрата реагенту.
3 Встановлено, що витрата реагенту зменшується при підвищенні температури очищуваного розчину, збільшенні часу контакту з розчином і при використанні більш дрібнодисперсної фракції реагенту.
1 2 3 4 5