Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

CHEMICAL LAWS PROCESSING OF INDUSTRIAL WATER TO THE RECOVERY OF COPPER, MANGANESE AND IRON

Mishurina O.A. 1
1 Magnitogorsk state technical university named after G.I. Nosov
2498 KB
In-process conducted research on development of technology of besieging of ions of Mn2+ from effluents, that envisages the complex of consistently executable operations, including the processes of preliminary stadial extraction of ions of copper and iron. Developing the technology of deposition of Mn2+ ions from wastewater a set of sequentially executed operations, including pre-staged extraction of copper ions and iron. Тhe suggested complex technology of the gradual recovery of copper, iron and manganese ions is quite simple, efficient; it does not require sophisticated equipment and can be used both separately and as a part of the existing system of wastewater treatment facilities. Тhe products produced by this technology can be used as high quality raw material for metallurgy. The introduction of this technology will significantly reduce the environmental burden in the region.
manganese
copper
iron
cleaning
processing
technology
electrocoagulation
electroflotation
cementation
acid and main sedimentation
rational parameters

Накопленные и постоянно образующиеся на территории ГОКов техногенные водоемы по объемам и концентрациям тяжелых и цветных металлов можно классифицировать как техногенное гидроминеральное сырье, переработка которого позволит более полно использовать природные минеральные ресурсы и повысить рентабельность горнопромышленных производств [2].

Проведенные аналитические исследования кислых рудничных вод горнопромышленного комплекса Южного Урала показали, что наряду с высоким содержанием таких металлов как медь, цинк и железо, данные воды характеризуются так же и высоким содержанием ионов марганца (до 250 мг/дм3), что позволяет считать данные воды техногенными источниками соединений марганца. Целесообразность селективной переработки техногенных марганецсодержащих гидроресурсов ГОКов обусловлена тем, что после распада СССР основные месторождения многих видов минерального сырья, в частности богатые месторождения марганца, остались за пределами России (Украина, Грузия и др.). В связи с этим на сегодняшний день в России остро стоит вопрос об изыскании дополнительных источников получения различных соединений марганца, широко используемых в металлургической и других областях промышленности.

Наиболее перспективным направлением в технологии водоочистки являются электрохимические методы. Данные методы позволяют максимально концентрировать и извлекать ценные компоненты из технических растворов. При этом, они являются экологически чистыми, исключающими «вторичное» загрязнение воды анионными и катионными остатками, характерными для реагентных методов [1, 5].

Авторами данной работы для извлечения Mn (II) из кислых рудничных вод, исходя из количественного Cl– анионного состава рудничных вод (СCl- до 690 мг/дм3), предлагается сочетание двух электрохимических методов – электрокоагуляции и электрофлотации.

Сущность предлагаемого метода заключается в следующем: при электрообработке хлоридсодержащих растворов, образуется молекулярный хлор, который взаимодействуя с водой, образует активные формы хлорсодержащих окислителей, так называемый «активный хлор» [3]. Далее, при контакте «активного хлора» с Mn (II) протекает окислительно-восстановительный процесс в ходе, которого ионы Mn2+ окисляются до нерастворимых форм Mn3+ и Mn4+:

2Cl- – 2e → Cl2,

Cl2 + H2O → H+ + Cl- + HClO,

Мn2+ + НСlО + Н+ → Сl− + Мn3+ + Н2О.

Анализ опыта использования «активного хлора» в качестве окислителя при окислении переходных металлов показал, что процесс окисления протекает под действием атомарного кислорода, образующегося при восстановлении «активного хлора» ионами Mn2+ [6, 7, 8]:

Mn2+

НСlО → НСl + О•

Выбор электрофлотационного метода для извлечения образующегося марганец-содержащего осадка обусловлен отличительными особенностями извлекаемых катионов марганца, а именно: хрупкостью коллоидных хлопьев марганца, способностью к передиспергированию при интенсивном перемешивании суспензии, необходимостью проведения флотации при низкой скорости газового потока [2, 4]. С этой точки зрения электрофлотационный процесс, отличающийся высокой степенью дисперсности выделяющихся пузырьков, отсутствием в аппаратах движущихся частей, а так же возможностью плавного регулирования скорости изменения степени насыщения пульпы газовыми пузырьками, имеет явные преимущества по сравнению с другими флотационными методами извлечения металлсодержащих осадков. Кроме того, сочетания процессов осаждение – флотация позволяет достигать высоких показателей извлечения марганца из растворов в виде кондиционного сырья [1, 2].

Экспериментальные исследования по извлечению марганца из растворов в двухкамерном бездиафрагменном электролизере (рис. 1) на модельных растворах Mn (II) с исходным содержанием хлорид-ионов 600 мг/дм3.

misurina1.tif

Рис. 1. Конструкция электрофлотатора: 1 – емкость для перерабатываемых растворов; 2 – насос; 3 – электрофлотатор; 3а, 3в – первая и вторая камеры аппарата; 4 – перегородка, разделяющая первую и вторую камеры; 5 – патрубок для стока отработанного раствора; 6 – скребок транспортер; 7 – пеносборник; 8 – патрубок для удаления флотошлама

В первой камере аппарата протекает процесс окисления Mn2+ в Mn3+ и Mn4+ и последующего электрокоагуляционного осаждения соединений марганца. Во второй камере аппарата осуществляли процесс электрофлотационного извлечения дисперсной фазы марганца из водных растворов.

При проведении исследований было установлено, что в первой камере аппарата полное извлечение ионов Mn2+ из раствора в процессе окислительного осаждения наблюдается в интервале рН системы от 4,5 до 10,5. Однако следует учесть, что при электролизе хлоридсодержащих растворов на аноде возможно образование несколько активных формы хлорсодержащих окислителей: Сl2, НСlО, СlО–, окислительная активность которых будет зависеть от рН растворов. Максимальная окислительная активность характерна для хлорноватистой кислоты (НСlО), накопление которой наблюдается в диапазоне рН 3,5 – 7,5, т.е. в слабокислой и нейтральной областях. Следовательно, исходя из интервала рН, при котором возможно образование дисперсной фазы Mn, а так же учитывая окислительную активность, образующихся хлорсодержащих соединений процесс окислительного осаждения Mn (II) рекомендуется осуществлять в диапазоне рН от 4,5 до 7,5.

Экспериментальные исследования оптимальных параметров работы электролизера при электрокоагуляционном извлечении Mn (II) позволили установить, что процесс электрокоагуляции в диапазоне рН 4,5 – 7,5 при электрообработке в течении 1 минуты более рационально проводить при концентрации ионов Cl− в растворе не менее 600 мг/дм3 и плотности тока на анодах 300 А/м2 .

Экспериментальные исследования процесса электрофлотационного извлечения дисперсной фазы Mn (III,IV), протекающего во второй камере аппарата, показали что, максимальное извлечение осадка из растворов (до 98,9 %) наблюдаются в интервале рН 4,5 − 8,0. Оценка влияния на процесс флотации токовой нагрузки подаваемой на электроды, показала, что в диапазоне плотностей тока на катодах (Isк) 80 − 100 А/м2 после десяти минут проведения процесса электрофлотации наблюдается максимальное извлечение дисперсной фазы марганца – 98,9 % [2, 4] .

Результаты исследования процесса электрокоагуляционного извлечения Mn (II) из многокомпонентных водных систем, содержащих ионы: Мn2+, Fе2+, Fе3+ и Cu2+ показали, что процесс не является селективным по отношению к катионам железа и меди. Поэтому, при разработке технологии селективного извлечения ионов Mn2+ из кислых рудничных вод ГОК медноколчеданных месторождений необходимо предусмотреть комплекс последовательно выполняемых операций, включающий процессы предварительного стадиального извлечения ионов меди и железа [4].

Для извлечения ионов меди целесообразно использовать гальванические процессы, которые в виду существенной разницы в значениях стандартных электродных потенциалов данных металлов (φ0Мn = −1,18В, φ0Сu = + 0,34В) позволят селективно извлечь медь из кислых подотвальных вод ГОКов не изменяя при этом концентрацию ионов Mn2+ в водных системах. Для извлечения железа эффективно применение метода кислотно-основного осаждения, т.к. при рН = 4,0 железо практически полностью осаждается в виде гидроксида.

Анализ данных полученных в результате применения комбинированной технологии на реальных кислых подотвальных водах ГОКа Южного Урала позволил сделать следующие выводы: предлагаемая комплексная технология достаточно проста, эффективна, не требует сложного аппаратурного оформления; может использоваться как самостоятельно, так и в системе существующих очистных сооружений. Предлагаемая технология может быть использована для организации замкнутого цикла водоснабжения на ГОКах медно-колчеданного комплекса.