Исследовательский центр, ОАО «Уралэлектромедь», Свердловская область, г. Верхняя Пышма

Тимофеев К. Л., начальник сектора

Акулич Л. Ф., начальник

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», Екатеринбург

Набойченко С. С., зав. каф. металлургии тяжелых цветных металлов, e-mail: rectorat@ustu.ru

ООО «УГМК–Холдинг», г. Верхняя Пышма

Лебедь А. Б., гл. специалист отдела металлургии, Управление стратегического планирования

Концентрации цветных металлов в шахтных водах значительны. Поэтому такие воды представляют серьезную угрозу для окружающей среды. Глубокое удаление цветных металлов возможно сорбционным способом с использованием селективных ионообменных смол. Наибольшее затруднение в процессе сорбции представляет извлечение цинка, особенно в условиях превалирующего содержания ионов жесткости в растворе. В представленной статье изучены кинетические закономерности сорбции цинка, кальция и магния в водных растворах на аминодиуксусном амфолите Lewatit TP 207. Лимитирующими стадиями сорбции примесей из концентрированных растворов являются внутренняя диффузия и химическое взаимодействие. Энергия активации (E) изменяется в ряду от цинка к магнию, кДж/моль: 12,96 Zn; 6,87 Ca; 1,54 Mg. Убывание E в этом ряду, вероятно, свидетельствует о комплексообразовании цинка с аминогруппами ионита, тогда как для кальция и магния характерен ионный обмен. Наибольшее сродство ионита к цинку подтверждается большей емкостью смолы по данному катиону в сравнении с кальцием и магнием, моль/дм³: 0,5 Zn; 0,45 Ca; 0,43 Mg. Более полное насыщение ионита цинком также подтверждается различием начального объема ионита и в момент сорбционного равновесия. В разбавленных растворах скорость процесса определяется внешней диффузией. Изменение ионной формы смолы в ряду Na – Ca²⁺ – H⁺ приводит к снижению равновесной емкости амфолита с 0,343 до 0,217 ммоль/см³ и константы скорости с 0,178·10^–3 до 0,117·10^–3 с^–1, что связано со значительным конкурентным влиянием ионов водорода и кальция в процессе поглощения цинка. При совместном присутствии катионов в растворе ионит насыщается кальцием, после чего последний вытесняется цинком. Определена наибольшая избирательность ионита по отношению к катионам цинка, что указывает на перспективность использования смолы Lewatit TP 207 для селективного извлечения цинка из поликомпонентных растворов, содержащих ионы жесткости.

1. Информация о продукте Lewatit MonoPlus TP-207. Lanxess Deutschland GmbH BU ION D-51369 Leverkusen. Редакция 2010-11-11 [Электронный ресурс]. — URL : http://www.lenntech.com/products/resins/lanxess-lewatit/lanxess-lewatit-ion-resins.htm. Дата обращения 26.04.2013.
2. Полянский Н. Г., Горбунов Г. В., Полянская Н. Л. Методы исследования ионитов. — М. : Химия, 1976. — 208 с.
3. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод. — Л. : Химия, 1983. — 295 с.
4. Салдадзе К. М., Копылова-Валова В. Д. Комплексо образующие иониты (комплекситы). — М. : Химия, 1980. — 336 с.
5. Алосманов Р. М. Исследование кинетики сорбции ионов свинца и цинка фосфорсодержащим катионитом // Вестн. Моск. университета. Сер. 2. Химия. 2011. Т. 52, № 2. С. 145–148.
6. Emadi M., Shams E., Kazem Amini M. Removal of zinc from aqueous solutions by magnetite silica core-shell nanoparticles // Hindawi Publishing Corporation. Journal of chemistry. Vol. 2013, Art. ID 787682. 10 p.
7. Елькин Т. Э., Пасечник В. А., Самсонов Т. В. Термодинамика ионного обмена. — Минск : Наука и техника, 1968. — 263 с.
8. Babic B. M. et al. Adsorption of zinc, cadmium and mercury ions from aqueous solutions on an activated carbon cloth // Carbon 40 (2002). P. 1109 –1115.
9. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Ч. 2. — М. : Мир, 1969. — 494 с.
10. Корж Е. Н. и др. Особенности физико-химических свойств хладоносителей на основе хлорида кальция // Ученые записки Таврического национального университета им. В. Н. Вернадского. Серия «Биология, химия». 2006. Т. 19 (58), № 2. С. 100–103.
11. Неудачина Л. К. и др. Кинетика сорбции ионов тяжелых металлов пиридил-этилированным аминопропилполисилоксаном // Аналитика и контроль. 2011. Т. 15, № 1. С. 87–95.