Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
А. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФЛОТАЦИОННЫХ МЕТОДОВ РАЗДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ РАСТВОРОВ 9
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 9
2. СПОСОБЫ ФЛОТАЦИОННОГО ШДЕЛЕЛИЯ ЧАСТИЦ МОЛЕКУЛЯРНОЙ (ИОННОЙ) СТЕПЕНИ ДИСПЕРСНОСТИ 10
3. СПОСОБЫ ФЛОТАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ 31
4. ФЛОТАЦИОННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ В ВИД КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 24
4.1. Краткая классификация комплексных соединений,наиболее часто встречающихся в практике ионной флотации 24
4.2. Растворимость комплексных соединений 25
4.3. Флотационное выделение металлов в виде фторидных, хлоридных, цианидных, роданидных, тиосульфатных и аммиачных комплексов 28
4.4. Флотационное выделение металлов в виде гидрокео-комплекеов 30
4.5. Флотационное выделение металлов в виде хелатных соединений 32
Б. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ФЛОТАЦИОННЫХ СОБИРАТЕЛЕЙ ИОНОВ 34 I.ОСНОВНЫЕ КОЛЛОИДНО-ШЙЇЧЕСКЙЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОБИРАТЕЛЕЙ 34
1.1. йщрофильно-лзшпофильный баланс 34
1.2. Поверхностная активность ". 38
1.3. Критическая концентрация мицеллообразования 40
1.3.1. Мицеллообразование в водных растворах ПАВ 40
1.3.2. Мицеллообразование в углеводородных растворах ПАВ 44
1.3.3. Термодинамика мицеллообразования 45
2. ТШЛОДЙВАМИЧЕСКИЕ ОСНСШ ВЫБОРА ФЛОТАЦИОННЫХ СОВ5РВТЕЛЕЙ ИОНОВ . 49
Глава 2. ЭКСПЕРШЛЕНТАЛШАЯ ЧАСТЬ 56
1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОБИРАТЕЛЕЙ 56
2. ТЕХНИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 59
3. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ФЛОТАЦИОННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В ВИДЕ ИХ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 63
3.1. Некоторые коллоидно-химические свойства сублатов, образующихся при взаимодействии ионов меди а) с винной кислотой- и хлоридом цетшширидиния, б) с этилендиамином и абиетатом натрия 63
3.2. Влияние природы и концентрации лиганда 70
3.3. Влияние концентрации ионов водорода 73
3.3.1. Флотационное выделение гидроксокомплексов 73
3.3.2. Флотационное выделение комплексных соединений, образующихся при взаимодействии катионов металлов с бидентатными лигандами 75
3.3.3. Флотационное разделение комплексных соединений 87
3.4. Влияние неорганических электролитов 91
3.5. Кинетика флотационного выделения комплексных соединений 94
4. ІВДРОЇИЛЬНО-ОЛЕОФИЛЬНОВ СООТНОШЕНИЕ ПАВ КАК КРИТЕРИЙ ИХ СПОСОБНОСТИ СОБИРАТЬ КШШШСШЕ СОЕДИНЕНИЯ
4.1. Экспериментальное определение гидрофильно-олеофильно- го соотношения и коэффициента гидрофильности ПАВ НО
4.2. Влияние температуры на величину ГОС ионогенных ДАВ 120
4.3. Связь между ГОС ПАВ и электрокинетическим потенциалом частвд сублата 127
4.4. Оптимальные значения ГОС собирателей, используемых при флотационном выделении металлов в форме 128
4.4.1. гидроксокомшюксов 128
4.4.2. комплексных анионов 132
4.4.3. комплексных катионов 135
4.4.4. нейтральных комплексных соединений 137
4.5. Влияние температуры на собирательную способность хлоридов алкилпиридиния 138
4.6 Связь между коэффициентом гидрофильности гомологическо го ряда ионогенных ПАВ и собирательной способностью его гомологов 142
5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕІЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЦЕЛЯХ ШДЕЖНИЯ МАЛЫХ КОЛШЕСТВ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ 147
5.1. Флотационное выделение ионов меди из отработанного технологического раствора прессово-волочильного производства Ревдинского завода ОЦМ • 147
5.2. Выделение сульфатного мыла из черного щелока целлюлозно-бумажного производства 151
5.2.1. Использование ГОС катионных ПАВ в качестве критерия при выборе органических поверхностно--активных коагулянтов сульфатного мыла 151
5.2.2. Влияние технологических факторов на процесс осаждения сульфатного мыла из черного щелока с помощью катионных ПАВ 154
6. ВЫВОДИ 162
7. ЛИТЕРАТУРА 165
8. ПРИЛОЖЕНИЕ 188
Введение к работе
Среди основных направлений развития народного хозяйства СССР, рассмотренных и принятых ХХП съездом КПСС [І], особое мес- то принадлежит задачам рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Для решения указанных задач необходимо дальнейшее совершенствование существующих и создание новых, более экономичных методов производства [й]. Одним из таких методов является метод ионной флотации [3 4], основанный на естественной или искусственно создаваемой способности молекулярно-и коллоидно-растворенных веществ переходить на границу раздела фаз жидкость-газ, характеризующийся высокой производительностью и эффективностью при извлечении малых количеств растворенных веществ из больших объёмов водных растворов. Однако,широкое внедрение в практику метода ионной флотации возможно лишь при условии разработки её общих физико-химических закономерностей.
Данная работа посвящена изучению физико-химических закономерностей процесса флотационного выделения металлов (железа, кобальта, никеля, меди, цинка), находящихся в растворе в виде комплексных анионов, катионов и нейтральных молекул с бидентатными лигандами (винной, триоксиглутаровой, лимонной оксикислотами, этиле ндиамином, о(,«-дипиридилом, дизтилдитиокарбаматом, диэтил-дитиофосфатом и алкилксантогенатами натрия).
Данная работа является частью научных исследований,проводимых в X и Х1 пятилетках на кафедре физической химии Одесского государственного университета и проблемной лаборатории Уральского лесотехнического института по плану АН СССР по важнейшим: темам "Определение закономерностей флотационного выделения коллоидно--растворенных сульфидов, гидроокисей и смешанных ферроцианидов дветннх металлов, а также флотационное выделение ионов цветных металлов "(см. координационный план научно-исследовательских работ АН СССР на 1976-1980 гг. по направлению 2,21.2.4. "Физико- . -химические основы металлургических процессов") и "Фиаико-хими-ческие основы подбора и применения поверхностно-активных веществ в технологических процессах" (см, координационный план научно--исследовательских работ АН СССР на 1981-1985 гг. по направлению 2.16.3.5. "Физико-химия поверхностно-активных веществ"),.
Выбор в качестве объектов флотационного выделения комплексных соединений был обусловлен их широким использованием в химической и гидрометаллургической технологии 15-6], а также частым присутствием в сточных водах промышленных предприятий.
Рассмотрение экспериментального материала в работе произведено на основе современных представлении физико-химии поверхностных явлений, установленных Ребиндером[7-8], Фрумкиным[9], Деряги-ным[ю], Русановым [її-12], Ефремовым [із], Духиным[14]и другими советскими исследователями. При проведении исследований широко использовался опыт работ Мокрушина[15-17], Скрылёва [18-21], Пушкарёва [22-23] и других \3-4,24 25j по флотационному выделению и разделению отдельных компонентов растворов.
Проведенные исследования позволили впервые:
1) установить основные физико-химические закономерности флотационного выделения железа, кобальта, никеля, меди и цинка в форме хелатов анионного, катионного или нейтрального типов, образующихся при взаимодействии перечисленных выше металлов с биден-татными лигандами;
2) получить сведения о характере влияния на процесс флотационного выделения ионов металлов в форме хелатов концентрации ионов водорода, температуры, электролитов и пр.
3) изучить методами кондуктометрии, йК-спектроскопии, светорассеяния и электрофореза продукты взаимодействия ионов меди с винной кислотой и хлоридом цетилпиридиния, а также с этиленди-амином и абиетатом натрия;
4) показать, что кинетика процесса флотационного выделения металлов в форме их комплексных соединений описывается уравнениями, аналогичными уравнениям химических реакций первого и второго порядков;
5) дать теоретическое обоснование кинетическим моделям флотации, описываемым уравнениями, аналогичными уравнениям химических реакций первого и второго порядков;
6) предложить способ количественной оценки гидрофильно-олеофильного соотношения СГОС) ионогенных поверхностно-активных веществ (nAR), базирующийся на определении отношения работ мицел-лообраэования ПАВ в аполярной (бензольной) и полярной (водной) средах;
7) охарактеризовать гомологические ряды ионогенных ПАВ с помощью введенной постоянной - константы гидрофильности О ;
8) установить взаимосвязь между величинами ГОП, р ионогенных ПАВ и их собирательной способностью.
Практическая ценность выполненой работы заключается в том, что:
1) она направлена на широкое внедрение в практику процессов ионной флотации, которое возможно лишь при условии выяснения общих закономерностей и разработке научных основ этих процессов 26 ;
2) в ней определены оптимальные условия процессов флотационного выделения целого ряда внутрикомплексных соединений и выявлены их общие закономерности; обоснован выбор ЛХ и у в качестве критерия собирательной способности ПАВ, предназначенных для выделения коллоидных частиц как методом флотации, так и методом осаждения; разработаны новые способы выделения меди из отработанннх технологических растворов и сульфатного мыла иэ черного щелока целлюлозно-бумажного производства. Таким образом,на защиту выносятся:
1) экспериментально установленные физико-химические закономерности флотационного выделения железа, кобальта, никеля, меди и цинка в форме комплексных анионов (оксикислотных, гексаметафос-фатных), комплексных катионов (этилендиаминных, о( tck -дипиридило-вых), нейтральных комплексных соединений (диэтилдитиокарбаматных, диэтилдитиофосфатных, алкилксантогенатных), гидроксокомплексов;
2) найденные на основании этих закономерностей оптимальные технологические параметры флотационного процесса;
3) способ выбора эффективных собирателей металлов, находящихся в растворе в форме комплексных соединений, основанный на использовании коллоидно-химических характеристик ионогенных ПАВ (значений ГОС и О ); теоретическое обоснование кинетических моделей флотации, описываемых уравнениями первого и второго порядков, базирующееся на рассмотрении гетерокоагуляционного взаимодействия частиц сублата с пузырьками воздуха в соответствии с теорией Дерягина - Ландау - Фервея - Овербека (ДІЇФ0).
