Многостадийная модель ионной флотации Б.С. Ксенофонтова и ее применение

Основным недостатком модели А.М. Гольмана, как показано выше, является отсутствие рассмотрения образования флотокомплек-са как отдельной стадии процесса. А именно флотокомплекс играет главную роль в процессе флотации.

Рассмотрим более подробно многостадийную модель флотации, учитывающую основные особенности процесса, в том числе и образование флотокомплекса, проходящего в режиме флотоотстаивания [51. Основные стадии флотационного процесса согласно этой модели представлены на рис. 4.13.

О газовый пузырек ^ — собиратель • — ион металла

Рис. 4.13. Схема процесса извлечения металлов ионной флотацией:

А, В, С, Д Е, АС — стадии процесса; Кх—Кхь константы, характеризующие скорости переходов между стадиями флотационного процесса

А _

- ХСА + К2С в - С А + К4Сс + КиС0 + КпСЕ + А'ізС/г - КХАСА,

Система уравнений, описывающая указанный выше процесс, имеет следующий вид: с1С

Л

с1С

в _

сії

- КСА - К2СВ - К5СВ + КЬС0;

йС

сії

с = К?л - К4Сс - К?с + К?п;

с1С

СІЇ

9- = в - КЬС0 + К-Рс - К8С0 - К9С0 - Кх ,0>; (4.14)

с1С

  • (ІЇ
  • - = К9С0 - КН)СЕ - КпСЕ - КХ6СЕ;

сіС

СІЇ

- К{?е ~ КЪСЕ ~ *х?Е

с1С

сії

0 - кХАсА + КХ5СЕ + КХ6СЕ.

Предлагаемая система должна удовлетворять, по крайней мере, двум условиям, а именно: в начальный момент времени концентрация коллигенда на первой стадии равна исходной концентрации в растворе и в любой момент времени сумма концентраций коллигенда по всем стадиям равна его исходной концентрации.

Такая система, как правило, решается с использованием численных методов.

Эффективность извлечения отдельных металлов из сточных вод, полученная расчетным путем и определенная экспериментально, представлена в табл. 4.5. Сравнение расчетных и экспериментальных значений показывает на небольшое расхождение, не превышающее примерно 7 %, что позволяет пользоваться расчетными данными для оценки эффективности очистки сточных вод, в том числе от металлов, с применением ионной флотации.

Таблица 4.5. Показатели извлечения отдельных металлов из сточных вод с применением ионной флотации

п/п

Металл

Концентрация металла

в сточной воде, мг/л

Время флотации, мин

Расчетная эффективность очистки,%

Экспериментально определенная эффективность очистки,%

і

Хром (общий)

2,2

15,5

97,7

91,4

2

Свинец

4,4

15,5

96,9

89,6

3

Никель

3,5

15,5

98,4

92,7

4

Вольфрам

2,9

15,5

97,8

93,3

5

Кобальт

4,1

15,5

96,5

89,6

Следует также отметить, что эта возможность позволяет определить концентрацию извлекаемого вещества на каждой из рассматриваемых стадий процесса в любой момент времени без проведения дорогостоящих экспериментов, что особенно важно при проектировании системы очистки сточных вод. Кроме того, имеется возможность найти лимитирующую по времени стадию, влияя на протекание которой можно сократить общее время процесса извлечения загрязнений, в том числе ионов металлов.

Одним из достоинств ионной флотации является высокая степень селективности. Причем избирательность можно увеличить, регулируя условия среды (pH, температура). Селективность может быть связана также с особенностями молекулярного строения собирателя и его концентрацией в растворе. Так, при добавлении собирателя в очень малых дозах можно разделить ионы одного знака и заряда.

Другим достоинством ионной флотации с точки зрения очистки стоков является то, что при извлечении из воды, например, тяжелых металлов одновременно выделяются присутствующие в стоках ПАВ: масла, мыла и т. п.

Важным свойством ионной флотации является ее способность к концентрированию частиц коллоидного размера из чрезвычайно разбавленных растворов. Ионы легко извлекаются при концентрации от долей до сотен миллиграммов на литр. При этом следует помнить, что с экономической точки зрения количество собирателя, потребляемого для ионной флотации, прямо пропорционально количеству извлекаемого элемента (и зависит от его состояния), но не зависит от количества раствора.

Кроме того, требуемое количество собирателя может быть весьма мало при правильном подборе условий протекания процесса (в частности, pH). Например, по результатам исследований при pH = 6 для полного извлечения 1 моля меди необходимо только 0,01 моля анионного собирателя.

Одним из достоинств ионной флотации является то, что она не требует машин с движущимися частями. Это обстоятельство обусловливает потенциальную возможность ее применения для очистки стоков атомных электростанций. Дело в том, что машины с движущимися частями, фильтр-прессы или грохоты нуждаются в постоянной дезактивации, что неудобно. Помимо этого, ионная флотация хорошо вписывается в обработку растворов, содержащих радиоактивные материалы, так как весь процесс можно проводить в закрытых сосудах (лишь время от времени необходимо собирать пенку и затем ее обрабатывать). В связи с этим значительное количество исследований посвящено удалению радиоактивных элементов (уран, радий, изотопы стронция, цезия, редкоземельных металлов и т. д.) из сточных вод научно-исследовательских лабораторий и промышленных предприятий.

Наконец, процесс не требует перемещения больших количеств раствора. Вместо этого необходимы только различные аппараты для пропускания пузырьков воздуха, которые можно монтировать в обычных водосточных канавах.

Таким образом, очистка сточных вод от тяжелых металлов с применением ионной флотации, с одной стороны, позволяет эффективно удалить их из воды простыми и относительно недорогими операциями, а с другой — извлечь наиболее ценные элементы для последующего использования.

Сравнение с другими методами очистки сточных вод от тяжелых металлов показывает, что ионная флотация сочетает преимущества экстракции и ионного обмена. По кинетическим характеристикам ионная флотация находится на уровне жидкостной экстракции, а по величине потерь органического вещества — близка к ионному обмену. При этом ионная флотация обладает высокой производительностью. По сравнению с методами коагуляции и осаждения ионная флотация в 4—6 раз более производительна, требует меньше площадей, является универсальным методом для удаления взвешенных частиц.

Однако ионная флотация не получила пока такого широкого распространения при очистке сточных вод, как, например, реагентные методы или экстракция. Это связано, во-первых, с обсуждавшейся ранее сложностью подбора собирателя, а также трудностями регенерации реагентов. Предложенный алгоритм позволяет формализовать и ускорить процесс выбора собирателя.

Одна из серьезных трудностей на пути промышленного внедрения ионной флотации — это относительно высокая стоимость некоторых ПАВ [63]. В связи с этим возникает необходимость регенерировать ПАВ. Однако иногда стоимость извлекаемого металла настолько высока, что затратами на ПАВ можно пренебречь. К тому же, как уже говорилось, при грамотном подборе параметров процесса можно уменьшить необходимое количество собирателя.

Рассмотрим пути усовершенствования и перспективы использования ионной флотации в практике очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Для развития ионной флотации как способа очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов представляется целесообразным разработка и совершенствование методики выбора оптимального собирателя. При этом он должен удовлетворять всем требованиям процесса, а также быть дешевым, доступным и при необходимости регенерируемым.

Правильный подбор условий протекания процесса часто позволяет увеличить эффективность извлечения компонента, а также сократить расход собирателя. Следовательно, необходимо уделять особое внимание теоретическим разработкам в этой области.

Кроме того, как отмечалось ранее, для окончательного выбора как собирателя, так и оптимальных условий протекания процесса необходимо проведение экспериментов. Значит, совершенствование экспериментальных установок и схем проведения лабораторных исследований позволит получить более полные сведения о процессе и закономерностях, которые необходимо учитывать при его проведении.

Разработка конструкций камер для проведения ионной флотации в промышленных масштабах также представляет собой одну из важных задач для практического применения ионной флотации.

Различные способы переработки и использования отходов ионной флотации, например, для получения металлических мыл, также заслуживают внимания, так как при этом, с одной стороны, уменьшается количество отходов, а с другой — получается товарный продукт, позволяющий в некоторых случаях сделать схему очистки самоокупаемой.

Наконец, довольно часто наилучших результатов позволяет добиться комбинирование различных методов очистки. Таким образом, сочетание ионной флотации с реагентным методом или, например, с ионным обменом является наиболее перспективным.

Несомненно, методы ионной флотации перспективны, особенно при извлечении малых количеств цветных, редких и благородных металлов, и заслуживают большего внимания со стороны исследователей и технологов 172—73].

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >