Извлечение никеля из производственных растворов с использованием углеродных сорбентов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Нгуен Нгок Ань Туан

• Нгуен Нгок Ань Туан
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Нгок Ань Туан

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИКЕЛЯ(П) ИЗ РАЗЛИЧНЫХ РАСТВОРОВ.Г.

1.1 Сорбционные методы извлечения никеля.^

1.2 Другие методы извлечения никеля.

II. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ

2.1 Методы и методики» исследования свойств сорбентов.

2.1.1 Методы исследования свойств сорбентов.

2.1.2 Методы анализа материалов.

2.1.3 Статистическая обработка результатов.

2.2 Результаты исследования свойств сорбентов.

2.3 Получение модифицированных сорбентов.^

2.3.1 Модифицированный сорбент АД-05.^ •

2.3.2 Модифицированный сорбент Сибунит.J

III. ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ НИКЕЛЯ(П) УГЛЕРОДНЫМИ СОРБЕНТАМИ.

3.1 Зависимость сорбционной способности от кислотности среды.^

3.2 Сорбция-ионов никеля(П) в статических условиях.D

3.2.1 Кинетика сорбции никеля(П) углеродными сорбентами.J

3.2.2 Влияние температуры на сорбцию никеля углеродными сорбентами.

3.2.3 Термодинамические параметры сорбции.^

3.2.4. Механизм сорбционного взаймодействия.^^

3.3 Сорбция ионов никеля(П) в динамических условиях.

IV. ДЕСОРБЦИЯ И ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОРБЕНТОВ.

4.1 Регенерация в статическом режиме.-—

4.2 Регенерация в динамическом режиме.—

V. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОРБЦИИ

VI. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИКЕЛЯ

ИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ РАСТВОРОВ.

6.1. Разработка сорбционной технологии извлечения никеля из солевых растворов.

6.2 Разработка технологической схемы извлечения никеля из промывных растворов.

6.3. Разработка комбинированной технологической схемы извлечения никеля.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Извлечение никеля из производственных растворов с использованием углеродных сорбентов»

Актуальность работы. Никель широко применяется в виде защитных покрытий изделий из черных металлов от коррозии в различных климатических зонах и в атмосфере, загрязненной промышленными газами, для защиты от непосредственного влияния пресной воды и от коррозионного воздействия керосина, бензина и других нефтяных продуктов и масел [1]. Кроме того, никель используется для изготовления большого количества сплавов, обладающих разнообразными физико-химическими свойствами. На фоне роста мировой экономики и повышение спроса на никель со стороны химической и автомобильной промышленности производство данного металла может увеличиться на 7% до 1,66 млн.тонн/год. Предполагаемый ценовой уровень никеля на конец 2011 года - 32000 долларов США за тонну, что подразумевает потенциал роста в размере 11,9%. Высокие цены на никель побудили производителей к увеличению выпуска продукции [2].

Компании ОАО ГМК "Норильский никель" и "Североникель" являются крупнейшими производителями никеля в России. Одним из недостатков действующих производств является образование солевых стоков и высокий расход реагентов на их нейтрализацию. Солевой сток отличается значительным водопотреблением свежей воды высокого качества и содержанием количества солей никеля. Растущие выбросы загрязнений, включающие большое количество солей никеля, сбрасываемых в водоемы вместе с недостаточно очищенными промстоками приобрели размеры серьезной угрозы в экосистеме. Это относится, в частности и к выбросам в окружающую среду ионов никеля, в составе стоков, образующихся в электролитическом производстве. Солевой сток содержат никеля в 300 раз больше, чем это допускается нормативами [3].

В производственных солевых растворах электролизного производства; стоки образуются при получении карбоната никеля, используемого для очистки основного католита. Никель представляет значительную ценность, а его извлечение и повторное использование в производстве может дать 4 значительный экономический эффект. При повторном использовании очищенных растворов существенно сокращаются затраты на водопотребление: и водоотведение. Поэтому проблема разработки новых, высокоэффективных технологий извлечения никеля с низкой себестоимостью является актуальной экологической и экономической задачей.

Цель диссертационной работы:

Эффективное извлечение никеля из . различных производственных растворов; металлургических предприятий с применением углеродных сорбентов.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

• изучение гетерогенных сорбционных процессов с участием? ионов никеля и» новых углеродных сорбентов АД-05-2 и Сибунит в динамических и статических условиях;

• исследование десорбции,, регенерации, и< повторного использования используемых сорбентов;

• построение и апробация;математической модели процесса адсорбции;.

• разработка технологических схем извлечения никеля из производственных растворов никелевого производства.

Методы исследования:

Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений теории адсорбционных процессов. Для экспериментального исследования использовали методы изучения сорбции в статических и динамических режимах. Для анализа материалов применяли титриметрический, спектрофотометрический, атомно-абсорбционныйг и статистический анализы, методы ИК" и ЭПР-спектроскопии. Математическое моделирование процесса сорбции осуществляли с помощью пакета MicrosoftExcel и квантово-химической программы Gaussian. Технологические схемы формировали с помощью программы Microsoft Visio и Unigraphic NX 4.0.

Научная новизна работы: В предложенной работе впервые:

• получены новые сорбенты марки АД-05-2 и Сибунит, модифицированные органическим соединением диметилглиоксимом (ДМГ). Установлено относительное изменение характеристических параметров сорбентов при модифицировании.

• установлено, что все изучаемые углеродные сорбенты, проявляют сорбционные свойства по отношению к ионам никеля. Выявлены особенности сорбционных процессов с участием никеля и новых углеродных сорбентов. Найдены численные параметры, описывающие адсорбцию: значение сорбционной емкости А = 12+25. Ю-5 моль/г; энергия активации* Еа= 9,76-11,36 кДж/моль; теплота сорбции = -9,05 - -10,14 кДж/моль, изменение свободной энергии Гиббса Ав = -8,2 -11,9 кДж/моль. Установлена эндотермичность процессов сорбции.

• найдены оптимальные условия десорбции никеля, регенерации и повторного использования сорбентов.

• предложен вероятный механизм адсорбционного процесса, подтвержденный ИК- и ЭПР- исследованиями и квантово- химическими расчетами.

• разработана новая математическая модель сорбционного процесса, связывающие величину адсорбции с независимыми переменными: концентрацией, температурой и временем А= ^С, Т, т). Вычислены коэффициенты итоговых уравнений, позволяющих адекватно моделировать и оптимизировать процесс адсорбции: А = ^Т, С, т) = (-10,9229 + 0,0607-Т

- 7,15-10"5-Т2) + (-1,1627 + 0,0064-Т - 0,65-10-5-Т2>С + (0,0034 - 1,95-10"4-Т + 2,45-10"7-Т2)-С2 + ( - 0,0262+ 0,0016-Т - 2,65-Ю^-Т2)^ + (- 0,5-10-4 + З,6-Ю"б-Т

- 0,6-10"8-Т2)-т2

• предложен новый вариант фотометрического определения никеля с ДМГ. Доказано, что методика объективно и правильно работает в присутствии йода в аммиачно-щелочной среде. Градуировочный график

См = 75,5.А линеен в интервале концентрации никеля от 0,1 до 1 мкг/мл. Относительное стандартное отклонение не превышает 0,05.

Практическая значимость исследований состоит в следующем:

• разработана и предложена технологическая схема сорбционного извлечения никеля из растворов, в частности, солевых стоков, позволяющая снизить капитальные и эксплуатационные: затраты в металлургическом производстве никеля и решить экологические проблемы.

• математическая модель сорбционного процесса позволяет рассчитывать оптимальную величину сорбционной емкости при значениях температуры; концентрации й времени, выходящих за. пределы экспериментальных измерений.

• полученные научные, результаты изучения, процессов сорбции- и десорбции . рекомендуются для практического использования: в-: гидрометаллургической практике промышленного* извлечения никеля из;: производственных растворов.

Основные положения, выносимые на защиту:

• результаты всестороннего? исследования? адсорбции ионов никеля(П) углеродными сорбентами АД-05-2, Сибунит и. их модифицированными, аналогами, оптимальные условия применения- сорбентов для извлечения никеля, а также: возможные области дальнейшего практического приложения;

• результаты, математического моделирования изученных процессов адсорбции ионов: никеля(П) на углеродном сорбенте АД-05-2;

• результаты регенерации углеродных сорбентов АД-г05-2, насыщенных ионами никеля, методом химической обработки в статических и динамических условиях;

• технологические схемы извлечения никеля из отработанных растворов, электролитического производства.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях и симпозиумах^

Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва - Клязьма, 2009г.), «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» (Иркутск, 2009г., 2011г.), «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов» (Томск, 2009г., 2010 г., 2011г.), «Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов» (Иркутск, 2011г.), «Актуальные вопросы металлургии цветных металлов» (Красноярск, 2011г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК и 10 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 108 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 132 страницах, содержит 38 таблиц и 36 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Нгуен Нгок Ань Туан

Результаты исследования по концентрации парамагнитных центров, полученные методом ЭПР-спектроскопии для сорбентов показали, что они обладают значительной концентрацией неспаренных электронов, в пределах

1017-1020 сп/г. Ширина сигнала исследуемых углей (5-8 Гс) свидетельствует, что парамагнетизм обусловлен наличием свободных радикалов, стабилизированных делокализацией электронов по системе сопряжения ароматического характера, поскольку в случае системы сопряжения полиенового типа ширина сигнала находится в диапазоне 26-30 Гс. Близкие значения g-фaктopa и АН для всех образцов служат доказательством однойприроды парамагнетизма в углеродных материалах. Наличие электроноакцепторных участков полисопряженной системы» адсорбентов способствует локализации на них неспаренных электронов, тогда как электронодонорные участки ПСС соответственно содержат локализованные дырки". Поэтому указанные фрагменты ПСС можно характеризовать как квазианион- и квазикатион-радикалы и схематично изобразить

85 как (ПСС) <-> ~ *(ПСС)+0. В качестве модели сорбирующей поверхности можно предложить ПСС, состоящую из конденсированных ароматических фрагментов больших размеров с делокализованным неспаренным электроном и гетероатомными группировками по периферии. Амфотерность сорбирующей поверхности обеспечивается делокализацией неспаренного электрона и зарядов по полисопряженной системе, равновесие в которой зависит от природы адсорбата, электроотрицательности функциональных группировок в составе ПСС, ионной силы, рН и компонентного состава раствора. Результаты квантово-химических расчетов позволяют рассматривать сорбцию никеля в составе комплексного иона. Заряженный ион за счет электростатических сил сорбируется на поверхности сорбента или образует химическую связь ионного типа по месту локализации положительного заряда. Расчеты показывают также возможность неспецифического или донорно-акцепторного взаимодействия в системе сорбент - комплексный ион. При подходе комплексного иона металла к сорбирующей поверхности, начиная с некоторого расстояния, характерного для водородных связей, происходит взаимодействие тт-электронов ПСС с электронами атомных и молекулярных орбиталей иона металла. Степень взаимодействия определяется симметрией и энергией участвующих в нем орбиталей. По мнению автора, ионный и донорно-акцепторный механизмы взаимосвязаны, и их нельзя рассматривать изолированно.

3.3 Сорбция ионов никеля(П) в динамических условиях

Процесс сорбции в динамических условиях имеет преимущества по сравнениию с сорбцией в статических условиях благодаря технологическим и эксплуатационным показателям. Емкость сорбента до начала "проскока" поглощаемых ионов - динамическая обменная емкость (ДОЕ) является одним из важнейших параметров, характеризующих эффективность процесса адсорбции.

Проскоковая концентрация определяется чувственностью аналитического метода, однако в реальных условиях промышленного технологического процесса ее соотносят с предельно допустимой концентрацией (ПДК), которая, в зависимости от требований конкретного производства может принимать различные значения. Процесс сорбции в динамических условиях исследовали на сорбенте АД-05-2. Опыты проводили в стеклянной колонке с внутренним диаметром 16 мм. В колонку заполняли сорбентом в количестве 10 г. Исходная концентрация ионнов никеля была 60 мг/л, рН модельных растворов равнялась 10.

При исследовании влияния высоты слоя сорбента на емкость было выявлено, что оптимальной высотой слоя сорбента в колонке следует считать 10-12 см. При этом оптимальным отношением высоты слоя к диаметру колонки является 6-9.

Проводили исследование зависимости сорбции ионов никеля на сорбенте АД-05-2 от скорости протекания раствора. Результаты исследования представлены на рис. 3.13. Анализ рис. 3.13 показывает ,что с увеличением скорости потока динамическая обменная емкость повышается. Оптимальной для данных условий сорбции следует скорость потока 10-15 мл/мин, что соответствует линейной скорости в промышленных условиях 3 м/ч.

О 50 100 150 200 250 300 350 Количество пропущенных удельных объемов

Рис. 3.16. Зависимости сорбции ионов никеля от скорости протекания раствора

Было проведено 3 цикла адсорбции ионнов никеля в растворе. В каждом цикле было пропущено 5 л раствора, соответственно 250 удельных объемов. Количество сорбированного никеля - цикл 1 - 49,5 мг; цикл 2 - 47,3 мг; цикл 3 - 45,1 мг (рис. 3.17). Степень уменьшения сорбции - после цикла 1 - 4,4%; после цикла 2 - 8,8%.

Количество пропущенных удельных объемов

Рис. 3.17. Сорбции ионов никеля через 3 цикла сорбции

Нормер цикла Продолжительность, ч Кол-во пропущенных объемов Сорбционная емкость А, мг/г Степень сорбции 8,% Время защитного действия, ч/кг сорбент

1 4,95 100 165

2 10 250 4,73 95,5 157

3 4,51 91,1 150

Анализ табл. 3.16 показывает, что эффективность работы сорбента АД-05-2 за 3 цикла сорбции-десорбции снижается. При одинаковой продолжительности и количестве пропущенных объемов емкость уменьшилась в среднем на 2,2 мг/г и степень извлечения - на 4,4%. Причина уменьшения сорбирующей способности может объясняется истиранием частиц сорбента вследствие их недостаточной механической прочности и уноса с очищенной водой. Сорбционная емкость сорбента АД-05-2 в динамических режимах (ДОЕ = 4,95 мг/г) снижает 10% по сравнению с сорбционной емкостью в статических режимах (ПОЕ = 5,5 мг/г). Полученные значения динамической емкости меньше, чем значения предельной сорбционной емкости. Это объясняется тем, что время контактирования сорбент-сорбат в динамических условиях значительно меньше.

IV. ДЕСОРБЦИЯ И ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОРБЕНТОВ

Опыт эксплуатации первых промышленных установок свидетельствовал о больших затратах на сорбенты, поэтому регенерация сорбентов приобрела решающую роль. Сорбционный метод очистки промышленных сточных вод процесса никелирования экономически целесообразен лишь при условии многократного использования сорбентов. Регенерация углеродных сорбентов являетсяV одним из основных вопросов, возникающих при извлечении' никеля ИЗ: промышленных .сточных вод процесса никелирования- [101]. Щель регенерации - восстановление сорбционной способности сорбента.

Различают несколько методов регенерации углеродных сорбентов: экстракция органическими растворителями, низкотемпературная и высокотемпературная термическая регенерации, биохимическая и химическая регенерации. В большинстве случаев любая регенерация состоит, из нескольких стадий: основной и вспомогательных. При этом под основной-: стадией понимают собственно десорбцию: адсорбата, а вспомогательные стадии состоят из сушки сорбента после десорбции и охлаждения сорбента до температуры очищаемого потока. Полная, десорбция- вещества происходит с большим трудом.

В данной разделе , изучена регенерация углеродных сорбентов, насыщенных ионами^ никеля(Н), методом химической обработки. Свойства углеродных сорбентов позволяют десорбировать никель разбавленными, растворами минеральных кислот. Для повторного: использования углеродного сорбента на операции адсорбции желательно обеспечить' глубокую десорбцию металлов - более чем 95 .%. .

Исследованы закономерности: кислотной десорбции» ионов; никеля(П) с насыщенных углеродных сорбентов АД-05-2 и Сибунит с целью выбора оптимального параметра проведения процесса. Изучено влияние концентрации элюента, удельной нагрузки десорбции. Степень десорбции металлов;(8д) рассчитывали по формуле [102]:

Ед=^Цм<Ю%, (4.1) т-А где С, — концентрация металла в пропущенном объеме, мг/л;

V, - пропущенный объем, л; т - навеска адсорбента, г;

А - емкость адсорбента, мг/г.

В работе использовали углеродный сорбент АД-05-2, модифицированный сорбент АД-05-2 и модифицированный сорбент Сибунит, насыщенные из растворов №804.7 Н20.

4.1 Регенерация в статическом режиме

В качестве элюентов использовали водные растворы соляной следующего разбавления: 1:1; 1:3; 1:5; 1:7; 1:10; 1:12; 1:15; 1:20. В опытах использовали разбавленные растворы соляной кислоты (разбавление от 1:1 до 1:20). Температура проведения опытов - 23°С. Навеска насыщенного сорбента АД-05-2, модифицированного сорбента АД-05-2 и модифицированного сорбента Сибунит - 0,5 г, объем элюента - 40 мл, время десорбции -2 ч. Отбор проб проводили через каждые 15 минут. Емкость насыщенного сорбента АД-05-2 по никелю(П) - 3,8 мг/г; ёмкость насыщенного модифицированного сорбента АД-05-2 по никелю(П) - 4,8 мг/г; ёмкость насыщенного модифицированного сорбента Сибунит по никелю(И) — 4,5 мг/г. Концентрацию десорбируемого металла в элюате определяли фотометрическим методом. Результаты регенерации углеродных сорбентов, насыщенных ионом никеля(И) представлены в рис. 4.1 при оптимальном времени регенерации - 120 мин.

-♦—101 -«—1:03 -tc- 1 05 ~X—1 07 -*— 1 10 -♦—1 12 H—1-15 — 1.20

Количество пропущенных удельных объемов га 3 S а к S X s х ш о X о

Я1 га а. ь X ш 3 X о

Количество пропущенных удельных объемов

Рис. 4.1. Интегральные (а) и дифференциальные (б) кривые десорбции никеля(П) с сорбентом АД-05-2 Из рис. 4.1 видно, что оптимальная концентрация элюента для ионов никеля составляет 1:12-1:15 разбавленного раствора HCl. Для обеспечения глубокой десорбции необходимо пропустить не менее 8 количества удельных объёмов.

Результаты регенерации ионов никеля(П) разбавленными растворами кислот

Разбавление HCl Концен трация HCl, % Концентрация ионов никеля(П) в элюате, мг/г Степень десорбции ионов никеля(И),%

АД-05-2 модиф АД-05-2 модиф Сибунит АД-05-2 модиф АД-05-2 модиф Сибунит

1:1 18,0 3,135 4,229 3,623 82,5 88,1 80,5

1:3 9,0 3,146 4,330 3,834 82,8 90,2 85,2

1:5 6,0 3,013 4,080 4,005 79,3 85,0 89,0

1:7 4,5 3,230 4,301 4,086 85,0 89,6 90,8

1:10 3,2 3,089 3,917 4,032 81,3 81,6 89,6

1:12 2,7 3,477 4,714 4,140 91,5 98,2 92,0

1:15 2,3 3,572 4,608 4,244 94,0 96,0 94,3

1:20 1,7 3,063 4,195 4,028 86,7 87,4 89,5

Анализ табл. 4.1 показывает, что в исследуемом интервале концентраций элюента оптимальными являются: для сорбента АД-05-2 и модифицированного сорбента Сибунит - (2,3%), соответствующие разбавлению соляной кислотой 1:15; для модифицированного сорбента АД-05-2 (2,7%), соответствующие разбавлению соляной кислотой 1:12. Степень десорбции ионов никеля в статическском режиме более 94%. Растворы данных кислот были использованы при проведении регенерации в динамическом режиме.

4.2 Регенерация в динамическом режиме

Динамику процесса изучали в стеклянной колонке диаметром 16 мм, высотой слоя углеродного адсорбента Ьсл =100 мм. В колонку помешали 10 г углеродного адсорбента АД-05-2 насыщенного никелем. Удельный объем - 40 мл. Предварительными опытами была определена оптимальная удельная нагрузка, которая составила 10 ч"'.

Через углеродный сорбент предварительно насыщенный ионом никеля (цикл 1- ДОЕ= 4,95 мг/г, цикл 2 - ДОЕ= 4,73 мг/г, цикл 3 - ДОЕ= 4,51 мг/г), пропускали раствор соляной кислоты с оптимальной концентрацией — 2,57%-ный раствор. Концентрацию никеля в растворе определяли фотометрическим методом. Опыт проводили до полного прекращения процесса десорбции. Результаты десорбции ионов никеля в динамическиом рижиме представлены на рис. 4.2.

Из рис. 4.2 видно, что степень десорбции ионов никеля в динамическом режиме более 95%. Для обеспечения глубокой десорбции необходимо пропустить не менее 12 количества пропущенных удельных объёмов. Максимальная десорбция достигает через 2 количества пропущенных удельных объёмов.

Таким образом, через 3 цикла адсорбции ионов никеля сорбционная емкость составляет 91,1%. Для более полного извлечения ионов никеля с насыщенного сорбента АД-05-2, целеобразно проводить десорбцию соляной кислотой с концентрацией 2,3%, соответствующие разбавлению 1:13. При этом степень десорбции ионов никеля в динамическом режимах более 94%. к § г ю а. о о § л 8

О 2 4 6 8 10 12

Количество пропущенных удельных объемов цикл 1 -X— цикл 2 -ж— цикл 3

Количество пропущенных удельных обьемов

Рис. 4.2. Интегральные (а) и дифференциальные (б) кривые десорбции никеля

II) с сорбента АД-05-2

V. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА

СОРБЦИИ

Процесс адсорбции комплексного иона №2+ из раствора М804 можно представить в виде математической модели, связывающей величину адсорбции с независимыми переменными - концентрацией, температурой и временем:

А = ^С,Т,т) (5-1)

Методика построения модели предусматривает несколько вариантов итоговых уравнений, из которых затем выбирают наиболее удачное, полностью адаптированное к изучаемому процессу [103]. Полученные уравнения могут быть использованы для проектирования технологических процессов адсорбции в заданных внешних условиях.

В основе четырехпараметрического уравнения (5.1) лежат зависимости типа :

А = :Г(С) (5.2)

А = ^С,Т) (5.3)

А = ад (5-4)

А = :Г(т,Т) (5.5)

Исходными данными для уравнения (5.2) и (5.4) являются экспериментальные данные адсорбции из модельных растворов на твердых' адсорбентах, полученные в лабораторных условиях. Математическая обработка первичных результатов экспериментов позволяет найти коэффициенты (я,) зависимости типа:

А = а0.С2+а].С + а2 (5.6)

А = а0. т2+ аь т + а2 (5.7)

Коэффициенты уравнений (5.6) и (5.7) могут быть найдены двумя способами: аппроксимацией и интерполированием. Для первого способа, как правило, используется метод наименьших квадратов, а для второго - решение систем нелинейных алгебраических уравнений, составленных на основе трех пар точек инцидентности, выбранных из соответствующих массивов экспериментальных точек. Выбор способа моделирования кривых зависит от

96 точности полученных уравнений. Аппроксимационная кривая - единственная кривая, приближенная к данному массиву точек. Если окрестности точек максимально приближены к кривой, то обеспечивается высокая точность математического описания зависимости. В случае интерполирования, несмотря на большее число вариантов полученных уравнений, некоторые точки могут далеко находиться от интерполяционной кривой, что влияет на общую точность моделирования. В нашем случае массивы экспериментальных точек находятся в непосредственной близости к кривой, поэтому мы выбрали для вывода уравнений (5.2) и (5.4) метод наименьших квадратов.

В табл. 5.1 представлены массивы точек аппроксимационных кривых зависимости (5.2) и (5.4), полученных при температурах 298, 318 и 338 К.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследованы физико-химические свойства новых углеродных сорбентов АД-05-2, Сибунит и их модифицированных аналогов. Практически определены удельная поверхность, суммарная пористость, насыпная плотность и статическая объемная емкость.

2. Предложен и апробирован новый вариант фотометрического метода определения никеля(Н) с диметилглиоксимом в присутствии йода в аммиачно-щелочной среде. Градуировочный график С№ = 75,5.А линеен в-интервале концентрации« никеля от 5 до 50 мкг/50мл. Относительное стандартное отклонение не превышает 0,05.

3. Изучение закономерностей сорбции ионов. никеля(И) углеродными сорбентами марки АД-05-2, Сибунит и их модифицированных аналогов из водных растворов солей никеля свидетельствуют, что эффективность сорбции зависит от кислотности среды. Оптимальный интервал значении рН 10-11. Все изучаемые углеродные сорбенты, проявляют сорбционные свойства по отношению к ионам никеля. Найдены численные параметры, описывающие адсорбцию: значение- сорбционной емкости А = 12-К25. Ю-5 моль/г; энергия активации Еа= 9,76-И 1,36 кДж/моль; теплота сорбции О = —9,05——10,14 кДж/моль, изменение свободной энергии Гиббса Ав = -8,2-^-11,9 кДж/моль. Установлена эндотермичность процессов сорбции.

4. Изучение десорбции ионов никеля(П) с насыщенных сорбентов свидетельствуют, что оптимальной концентрацией элюента являются: для сорбента АД-05-2 и модифицированного сорбента Сибунит - 2,3% соляной кислотой, соответствующая разбавлению 1:15; для< модифицированного сорбента АД-05-2 - 2,7% соляной кислотой, соответствующая разбавлению 1:12. Степень десорбции ионов никеля в статическом режиме более 94%.

5. Предложена математическая модель сорбции никеля(И) углеродным сорбентом АД-05-2. Процесс адсорбции ионов никеля (II) из раствора можно представить в виде математической модели, связывающей величину адсорбции с независимыми переменными - концентрацией, температурой и

120 временем: А = А(Т, С, т) = (-10,9229Т - 7,15-10~5-Т2) + (-1,1627 + 0,0064-Т -0,65-10"5-Т2)-С + (0,0034 - 1,95-10"4-Т + 2,45-10~7-Т2)-С2 + (- 0,0262+ 0,0016-Т -2,65-10"6'Т2)-т + (- 0,5-Ю-4 + 3,6- 10"6-Т - 0,6- 10"8-Т2)-т2

6. Разработаны технологические схемы извлечения никеля. Никель может быть эффективно извлечен из производственных растворов. Количество извлеченного никеля в год может составить 31,864 тонн. Расчетный эколого-экономический эффект - 17,84 млн.руб/год. Полученные результаты могут быть рекомендованы для непосредственного применения предприятиями в процессах извлечения никеля с использованием изученных углеродных сорбентов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Нгок Ань Туан, 2011 год

1. Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. М.: Техносфера. - 2006 - 215 с.2. http://www.infogeo.ru. Алюминий, медь, никель: Прогнозы цен на 2011 год/ Микаел Вердян, FOREX CLUB. Публикации и статьи по цветной и черной металлургии. 2011.

2. Безмятнаев Г.П. Предельные допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г.П. Безмятнаев, Ю.А. Кротов. Л.: Химия, -1985. -639 с.

3. Никаноров A.M. Гидрохимия : учебное пособие / A.M. Никаноров. Л.: Гидрометеоиздат. - 1989. - 408 с.

4. Филова В.А. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп : справ, изд.// Л.: Химия. - 1989. - 148 с.

5. Зенин A.A., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь / A.A. Зенин, Н.В. Белоусова. Л.: Гидрометеоиздат. - 1988. - 462 с.

6. Безмятнаев Г.П. Предельные допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г.П. Безмятнаев, Ю.А. Кротов. Л.: Химия. -1985.-639 с.

7. Виноградов С.С. Экология гальванических производств // Гальватехника. 2011. - № 1.-С. 40-57.

8. Плохов Е.С., Михаленко М.Г. Редуцирование никеля (И) из отработанных растворов и промывных вод после кислого химического никелирования в гипофосфитных растворах.// Материалы V научной конференции. 22-24 ноября 2004. Петропавловск-Камчатский. С. 19.

9. Rao К. Srinivasa, Sarangi D, Dask P.K. Очистка сточных вод, содержащих мель, цинк, никель и кобальт ионообменной смолой Duolite Е5-467// J.Chem. Technol. and Biotechnol, -2002. -№Ю. C.l 107-1113.

10. Хоперия Т.Н., Мгалоблишвили М.Г., Джишкариани Г.И., Гюнти З.Ш. Извлечение ионов никеля из отработанных растворов химического никелирования // Изв. АН ГССР. Ср. хим. -1986. -№4. С. 301-304.

11. Пат 52-43183 Япония, МКИ С 02 С 5/08 Извлечение никеля с помощью катионита/ Хасимото Ясухико, Накамура Хироси (Япония); Нихон фирута к. к. (Япония)^-№ 47-61600; 3аявлено?20.06:72г., 0публ. 28;10177г,

12. Захарова В.И. Очистка промышленных сточных вод от цветных, металлов с помощью биосорбентов // Прикладная биохимия и биология. 2001., - № 4. -С. 405-412. •

13. Вийнберг Б. Ионообменная установка для извлечения никеля в Южной Африке //Цветные металлы .- 2010 .- №2 . С. 55-57.

14. Зосин А.П., Приймак П.И. Очистка промышленных стоков от катионов никеля, кобальта, меди сорбентом на основе- магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии // Химия и технология неорганических сорбентов. -1980. С. 92-95.

15. Соловцова О.В; Адсорбция.; катионов тяжелых металлов на образцах хитозана // Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии. Материалы X Международной конференции. 2006. Москва -Клязьма: С. 201-205.

16. Белова Т.П., Селиванова О.Н. Гисто-химические исследования процесов сорбции цветных металлов сорбентом на основе ламинарии // Материалы V научной конференции. 22-24 ноября 2004. Петропавловск-Камчатский.

17. Захарова В. И., Игнатьев В. О., Кореневский A.A., Авакян З.А.Очистка промышленных сточных вод от цветных металлов с помощью биосорбентов// Прикладная биохимия и биология. -2001. -№ 4. С. 405-412.

18. Колобов П. Ю. Кислотно-основное равновесие и сорбция ионов переходных металлов карбоксильным катионообменником КБ-2Э • с различным количеством кросс-азента. Дис канд хим наук: 02.00.04 М.: РГБ.2003.

19. Юминов А. В., Материн А.И. Перспективы исползования клиноптилолита для сорбции тяжелых металлов из- водных растворов // Тезисы VII научной конференции " Аналитика Сибири и Дальнего Востока.2004. Москва.

20. Исследование условий сорбции Cd, Zn, Си, Ni, Со замещенными полистирол-азо-фенолами с целью их определения в объектах окружающей среды // Тезисы VII научной конференции " Аналитика Сибири и Дальнего Востока. 2004. Москва.

21. Сорбция ионнов меди и никеля из промышленных стоков силикагелем // Тезисы VII научной конференции " Аналитика Сибири и Дальнего Востока. 2004. Москва.

22. Пат. 52-48944 Японии, МКИ С 02 С 5/02 Удаление тяжелых металлов из сточных вод и осадков/ Сэки Тору (Япония), -№50-139753; Заявлено 22.11.75г., Опубл. 13.1-2.77г.

23. Wu Zhi-chuan, Tao Ting-xian, Sun Zhi-chuan. Очистка сточных вод, содержащих никель, с использованием хелатированных волокон // J. Anhui Univ. Techno! and Sei. Natur. -2003. -№2. -C.8-11.

24. Пат. 3925192 США, МКИ В 01 D 15/00 Удаление ионов, тяжелых металлов из воды/ Randall John М (США). -№459018: Заявлено5.08.74г., Опубл. 9.12.75г.32.; Meng Qin, Lu Dewli Биосорбция Ni2i и Fe2+ сахаридами// Chin. JI Chem. Eng. -2000. -№2. С. 123-127.

25. Сырых Ю: С., Дудавев В. И;- Адсорционное извлечние.ионов никеля из; водных растворов//Цветная металлургия-М: 2009.-С. 14-17.

26. Пат. 2311467 Россия, МПК С 22 В 23/00 (2006.01) Способ извлечения никеля и сопутствующих металлов / Синегрибов Виктор Андреевич (RU); Кольцов Василий Юрьевич (RU); Логвиненко Изабелла Алексеевна (RU);125

27. Мельник Дмитрий Викторович (RU); Батшев Василий Иванович (RU) Общество с ограниченной ответственностью "Геовест" (RU) -№2006100077/02; Заявлено 20.07.07 Опубл. 27.11.07. Бюл. №20.

28. Кутырева М. П. . Сорбционное извлечение и концентрирование Ni (II), Zn (II), Св (II) на нитроцеллюлозных мембранах, модифицированных п-ациламидофосфатами // Журнал аналитической химии .- 2010 Т. 65. -№ 2 .С. 140-146.

29. Марков В. Ф. .Извлечение никеля, цинка и кадмия из водных растворов полимернеорганическим композиционным сорбентом // Цветные металлы. 2008 .- № 9 .- С. 39-42.

30. Субботин В.А. Очистка сточных вод промышленных предприятий с регенерацией ценных и полезных компонентов. Обзор. М.: ВНИИИС. 1986.

31. Шалкаускас М.И. Проблемы промывки в гальванотехнике //Защита окружающей среды и техника безопасности в гальваническом производстве(материалы семинара). М.: МДНТП им. Дзержинского Ф.Э. -1982.-С. 128-133.

32. Судиловский П. С. Разработка совмещенного флотационно-мембранного процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М. -2007. -14 с.

33. Скрылев Л.Д., Костик В.В., Бельдий М.Г., Бабинец С.К. Очистка сточных вод гальванических производств от ионов никеля и меди флотацией// Химия и технология воды. 1993. -№ 9-10. - С. 658-662.

34. Скрылез Л.Д., Костик В.В., Бельдий М.Г., Бабинец С.К., Тонкодиспергированные твердые растворы буроугольного воска в парафинекак флотационные собирателя ионов никеля // Химия и технология воды. -1991. -№ 8. С.752.

35. А.с. 1651599 СССР, МКИ С 02 F 1/24 Способ очистки гальваностоков от металлов/ Л.Д. Скрылев, В.В. Костик, М.Г. Бельдий, С. К. Бабинец (СССР); Одесский университет (СССР). -№4640317/31-26; Заявлено 18.01.83г., Опубл. 23.05.91 г., Бюл.-№ 19.

36. Скрылев Л.Д., Скрылева Т Л., Колтыкова F.H. Флотационная очистка сточных вод гальванических производств// Химия и технология поды. -1997. -№ 5. С. 516-523":

37. Занавескин Л.Н. Перспективы, развития-осаждениям методов извлечения никеля. Успехи химии. 1996. - С. 667-669.

38. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов М.: Металлургия. 1974.- С.330-368.г . .

39. Пучкова. Л.Н. Мониторинг сточных вод, содержащих сульфиды, хром и никель, и разработка методов их очистки. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М;.- 2007. 16 с.

40. Itoi S, Мастит I., Kawahera Т. Электродиализный процесс очистки гальванических промывных вод// Desalination. -1980: -№ 1.-3. С.383-389.

41. Обработки сточных вод гальванических предприятий // Finishing. 1983.- № 2. С. 36.

42. Пат. 59565 Украина, МКИ С 02 F 1/70 Способ и устройсттю для удаленияиз сточных вод никеля/ В И. Шилок, О.О. Баранов., В.М. Оболовський127

43. Украина): Приват, наук.-вирой. та рем. Пщприемство «Х1мобладання» (Украина). № 2002086456; Заявлено 02.08.02г., Опубл. 15.09.03г.

44. Вергунова Р.В., Генкин В.Е. Электрохимическая очистка сточных вод от никеля, меди и цинка // Технол. физ-хим. очистки сточ. вод. Анал. контроль процессов очистки. ВНИИ ВОДГЕО. М: 1990. - С. 18-22.

45. Кувзева З.И., Водопьянова Л, А., Азизбекян О.П. Экстракция ионов никеля, кобальта, цинка и кадмия растворами полинонилнафталинсульфокислоты //15 Менделеев, съезд по общ. и прикл. химии. Минск, 24-29 мая, 1993. Т 2. - 1993. - С. 159-160.

46. Smit J.J., Koekemoer L.R. Извлечение никеля« с использованием мембранных капсул с нанесенной жидкостью // WaTer S. Afr. 1996. - №3.- С. 249-256.

47. Пашков Г. Л. Экстракция никеля из сульфатных растворов выщелачивания окисленных никелевых руд смесями монокарбоновых кислот и Lix 54 // Химическая технология .- 2008 . № 9 . - С. 442-447.

48. Лобанова Л. Л. Технология утилизации никеля из отработанных растворов химического никелирования и ванн улавливания. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров.-2004. 16 с.

49. A.C. 1623970 СССР, МКИ С 02 F 1/42. Способ очистки сточных вод от никеля / З.В. Борисенко и др. (СССР). № 4375753/26; заявл. 30.12.87; опубл. 30.01.91, Бюл. - № 4. - 2 с.

50. Захарова В.И. Очистка промышленных сточных вод от цветных металлов с помощью биосорбентов // Прикладная биохимия и биология. 2001. - № 4. -С. 405-412.

51. Флада Э. Межфазовая граница газ-твердое тело.- М.: Мир. 1970.- 434 с.

52. Адамсон А. Физическая химия поверхностей,— М.: Мир. 1979. - 206 с.

53. Линсана В.Г. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов.— М.: Мир. 1973.- 645 с.

54. ГОСТ 6217-74. Уголь активный древесный дробления.

55. Буянова А.П. Определение удельной поверхности дисперсных и пористых материалов / Н.Е. Буянова, А.П. Карнаухов, Ю.А. Алабужев.-Новосибирск. : Изд-во Ин-та катализа АН СССР. 1978. - 75 с.

56. Колышкин Д.А, Михайлова К.К. Активные угли Лен.: Химия. - 1972. -56 с.

57. ГОСТ 16190-70. Сорбенты. Методы определения насыпной плотности.

58. Белых П.Д. Поверхностные явления и дисперсные системы (коллоидная химия): методическое пособие / П.Д. Белых и др.. Иркутск.: Изд-во ИрГТУ. - 2005. - 71 с.

59. Тремпел Б. Хемосорбция. М.: Химия. - 1980. - 320 с.

60. Зеликман А.А, Вольдман Г.М. Теория гидрометаллургических процессов.- М.: Металлургия. 1983. - 424 с.

61. Тарковская И.А. Окисленный уголь. Киев: Наукова дума. - 1981.- 189 с.

62. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии — М.: Химия. 1971.- 456 с.

63. Пешкова В.М., Савостина В.М. Аналитическая химия никеля. М.: Наука.- 1966.

64. Патент № 2064335 РФ, МКИ С 01 В 31/08, В 01 J 20/20 Способ получения сорбента/ С.Б. Леонов, В.В. Елшин, В.И. Дударев, В.А. Домрачева.- № 5018171/26; Заявлено 23.12.91; Опуб. 27.07.96, Бюл. № 21.

65. Кокотов Ю.А., Пасечник В.А. Равновесие и кинетика ионообмена. -Л: Химия. 1970.-336 с.

66. Гельферих Ф. Кинетика ионого обмена // Ионный обмен. М.: Мир.- 1968.-С. 281-327.

67. Тимофеев Д.П. Кинетика адсорбции. М., - 1962. - 221 с.

68. Мелешко- В.П., Кузьминых В.А. О влиянии внешнедифузионного механиза на кинетику ионого обмена // Док. АН СССР . 1977. - Т 232. - № 1. -С. 134-137.

69. Домрачева В.А, Леонов Н.Б, Дударев В.И. и др. Очистка сточных вод от ионов металлов углеродистыми сорбентами// Экология химических производств: Всесоюзн. научно- прак. конф . Северодонецк. - 1990. - С. 157.

70. Домрачева В.А, Леонов Н.Б, Дударев В.И, Елшин В.В, Зельберг Б.И. Углеродные сорбенты для извлечения катионов меди из растворов// Горнодобывающие комплексы Сибири и их минерално-сырьевая база. Всесоюзн. конф.- Новосибирск. 1990. - С. 93-94.

71. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Наука. - 1979. -568 с.130

72. Lagmuir I., J. Amer. Chem. Soc., 40, 1361 (1918).

73. Кельцев H.B. Основы адсорбционной техники. M.: Химия. - 1984.- 592 с.

74. Фролов Ю.Г. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982. - 400 с.

75. Isosteric study of sorption themodinamics of single gases and multi — component mixtures on microporous materials. Microporous and Mesoporous Material. 1998. - № 22. - P 237-249.

76. Андреев А.А, Дьяченко A.H, Крайденко Р.И. Хлораммонийная технология переработки окисленных руд// Цветные металлы. 2011. -№ 1.1. С. 18-21.

77. Дударева Г.Н., Долгорев А.В., Китаев Ю.П. и др. Применение производных гидразина в аналитической химии. Гидразидины как реагенты для избирательного определения никеля// Журн.аналит.химии. -1984. -№ 7. -С. 1285-1291.

78. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение неорганических соединений. -М.: Мир. 1965.

79. Frish М. J., Truncs G. W., Schlegel H.B. and ets.// Gaussian 98. Revision A6, Gaussian, Inc., Pittsburg PA. - 1998.

80. Becke A.D.J. // Chem . Phys. 1993. -№ 7. - P. 5648.

81. Wong H. W., Frish M. J., Wiberg К. B.// J. Am. Chem. Sos. 1991. Vol.- 113. -№ 13. - P. 4776-4782.

82. Roulet R., Lan N. Q., Mason W. R., Fenske G. P. // Helv. Chim. Acta. 1973.- C. 2405.98. http//www.chemCraftprogs.com.

83. Осипов A.M. Физико-химические свойства угля. Киев: Наукова думка, 1982.-85 с.

84. Бутанова В.И, Прилиров В.П, Кабалина Т.Д и другие. ХТТ. 1991. - С. 23.

85. Леонов С.Б, Елшин В.В, Дударев В.И. Углеродные сорбенты на оснавеископаемых углей.- Иркутск. — 2000. 268 с.131

86. Домрачева В.А. Извлечение металлов из сточных вод и техногенных образований. Иркутск. - 2006. - 152 с.

87. Вертинская Н.Д. Математическое моделирование многофакторных и много параметрических процессов. ИрГТУ: Иркутск. - 2003. - 300 с.

88. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. М.: Мир, 1976.-355 с.

89. Береговский В.Е. Научные исследования и проектные разработки. Б.м.: Б.и.- 1984.

90. Эдельханов Ю.Л. Способ выделения сульфат натрия из содовосульфат хлоридных растворов и сточных вод. 1977. - № 28. - С. 19-22.

91. Хейфец В.Л. Электролиз никеля.- Металлургия. 1975. - 334 с.

92. Береговский В.Е. Ионный обмен в гидрометаллургии цветных и редких металлов. Производство никеля : Обзоры / Береговский В.Е. Б.м.: Б.и. 1974. -112 с.