СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА И КАДМИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА И КАДМИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ


RU (11) 2121008 (13) C1

(51) 6 C22B17/00, C22B19/00, C02F1/62 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96114637/02 
(22) Дата подачи заявки: 1996.07.18 
(45) Опубликовано: 1998.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: JP 57-45633 A, 29.09.82. SU 1696399 A, 07.12.91. US 4680128 A, 14.07.87. US 5019273 A, 28.05.91. US 3850619 A, 26.11.74. US 5286464 A, 15.02.94. 
(71) Заявитель(и): Ивановская государственная химико-технологическая академия 
(72) Автор(ы): Багровская Н.А.; Никифорова Т.Е.; Рожкова О.В.; Лилин С.А.; Клейн В.П.; Козлов В.А.; Румянцев Е.М.; Блиничев В.Н.; Абакшин В.А.; Костров В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Ивановская государственная химико-технологическая академия 

(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА И КАДМИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ 

Изобретение может быть использовано для выделения тяжелых металлов сорбцией из водных и водно-органических растворов электролитов на полимерных материалах, в частности селективного извлечения ионов Zn2+ и Cd2+ из растворов различной природы (водных и водно-органических), получающихся после проведения различных технологических процессов (анодная обработка металлов и сплавов, гальваностегия и гальванопластика и др.). Изобретение также может быть использовано для совершенствования сорбционных и мембранных технологий, для деминерализации (обессоливания), при разработке технологий утилизации цинка и кадмия из водных растворов и сточных вод различной природы. Способ осуществляют путем обработки очищаемого раствора электролита в течение 1,5 - 2 часов производными целлюлозы, не набухающими в воде и в водно-органических растворах электролитов, а именно этилцеллюлозой (ЭЦ) с содержанием групп OC2H5- 45 - 48% и триацетатцеллюлозой (ТАЦ) со степенью замещения 2,6 - 2,9 и степенью полимеризации 200 - 220, вводя их поочередно при перемешивании в очищаемый раствор в количестве 10 - 20 г/л с добавлением в раствор 0,1 - 15 г/л хлорида натрия или калия и 0,1 - 140 г/л изопропилового спирта. Температура раствора электролита составляла 20 - 25oC, снижаются затраты, упрощается аппаратурное оформление процесса, обеспечивается возможность регенерации сорбентов. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Область техники

Изобретение качается выделения тяжелых металлов сорбцией из водных и водно-органических растворов электролитов на полимерных материалах, в частности селективного извлечения ионов Zn2+ и Cd2+ из растворов различной природы (водных и водно-органических), получающихся после проведения различных технологических процессов (анодная обработка металлов и сплавов, гальваностегия и гальванопластика и др.). Изобретение также может быть использовано для совершенствования сорбционных и мембранных технологий, для деминерализации (обессоливания), при разработке технологий утилизации цинка и кадмия из водных растворов и сточных вод различной природы.

Уровень техники

Известен способ селективного выделения цинка и кадмия из сточных вод или шламов, содержащих Fe, Ni, Zn, Cd, Cr, Cu, заключающийся в последовательном выделении сначала железа, а потом и цинка из вышеуказанной смеси путем изменения pH среды с дальнейшим химическим выделением кадмия и смеси гидроксидов никеля, кадмия, хрома и меди, однако при этом необходимо проведение большого числа трудоемких операций и предполагается расход большого количества химических реагентов [1].

Известен мембранный способ селективного отделения кадмия из смеси кадмия и цинка с помощью жидкофазной мембраны, состоящей из смеси аламина 336 с S = 100 [2] , однако этот способ неэкономичен ввиду высокой стоимости используемых реагентов (аламин 336 и др.) и их малой доступности.

Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов путем фильтрации через древесные опилки, модифицированные полисульфидами натрия или аммония [3] . Однако с помощью этого метода можно извлечь только ионы Zn2+, поэтому для выделения ионов Cd2+ требуется подбор другого метода.

Известен способ биологической очистки сточных вод от тяжелых металлов при помощи иловых смесей [4]. Однако недостатками этого метод являются высокое соотношение концентраций тяжелых металлов и сухого вещества биомассы (1: 100), сравнительно невысокая сорбционная емкость, а также трудность выделения сорбированных ионов из объема биомассы.

Известен способ извлечения тяжелых металлов из концентрированных растворов сточных вод с помощью алюминиевого скрапа [5], который вводится в количестве 160 - 180% от стехиометрического соотношения для полного восстановления растворенных катионов тяжелых металлов до их элементного состояния. Однако при этом происходит загрязнение раствора ионами алюминия, которые переходят в раствор из алюминиевого скрапа в процессе восстановления тяжелых металлов.

Известен способ регенерации цинка и кадмия путем электролиза ванны улавливания гальванической линии [6], однако данный способ не селективен и величина выхода по току по цинку и кадмию составляет только 40 - 60% и 30 - 50% соответственно.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков, то есть прототипом, является способ удаления ионов металлов из водных растворов путем добавления водорастворимых полимеров, в качестве которых использовали целлюлозу и ее производные, содержащие гидрофильные группы (-OH, -COOH, -NH2, -NH и т.д.)

Способ обработки воды, содержащей ионы металлов (Cu, Li, Cd, Hg, Co, Ni, Mn, As, Zn, Na), заключается в добавлении полимера, растворимого или набухающего в воде, в количестве 1,2 - 1,5-кратном от веса металлов с последующей ультрафильтрацией, необходимой для отделения сорбента.

Недостатками прототипа являются отсутствие селективности по отдельным металлам, содержащимся в воде и необходимость ультрафильтрации, то есть применение сложного и дорогостоящего оборудования. Кроме того, в качестве водорастворимых полимеров предлагаются достаточно дефицитные и дорогостоящие соединения: галактоновая и итаконовая кислоты, полиаллиламин, винилпиридин и их сополимеры.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание высокоэффективного способа селективного извлечения цинка и кадмия из водных и водно-органических растворов электролитов с помощью недефицитных целлюлозных материалов, выпускаемых промышленностью крупнотоннажными партиями, с использованием несложного оборудования.

Поставленная задача достигается путем обработки очищаемого раствора электролита в течение 1,5 - 2 часов производными целлюлозы, не набухающими в воде, и в водно-органических растворах электролитов, а именно этилцеллюлозой (ЭЦ) с содержанием групп OC2H5- 45 - 48% и триацетатцеллюлозой (ТАЦ) со степенью замещения 2,6 - 2,9 и степенью полимеризации 200 - 220, вводя их поочередно при перемешивании в очищаемый раствор в количестве 10 - 20 г/л с добавлением в раствор 0,1 - 15 г/л хлорида натрия или калия и 0,1 - 140 г/л изопропилового спирта. Температура раствора электролита составляла 20 - 25oC.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. Извлечение цинка проводили следующим образом: в 1 литр водного раствора, содержащего по 10 мг/л цинка и кадмия (в виде ионов Zn2+ и Cd2+), вводили 0,1 г/л хлорида натрия и 140 г/л изопропилового спирта, а затем 10 г ЭЦ-48 (содержание групп OC2H5 - 48%), находящейся в перфорированной емкости из тефлона, погружали в приготовленный раствор и выдерживали 2 часа при температуре 25oC и постоянном перемешивании раствора механической мешалкой. В результате этого этилцеллюлозой извлекается подавляющее большинство присутствующего в растворе электролита цинка (73%) и 15% от содержания кадмия. После этого перфорированную емкость с ЭЦ-48 извлекали из раствора, а в него для извлечения из раствора кадмия погружали другую тефлоновую перфорированную емкость с помещенной в нее 20 г ТАЦ со степенью замещения 2,9 и степенью полимеризации 200 и выдерживали 1,5 часа при температуре 25oC и постоянном перемешивании раствора механической мешалкой. После этого перфорированную емкость с ТАЦ извлекали из раствора и в очищенном от ионов металлов растворе отделяли содержание цинка и кадмия методом атомно-абсорбционной спектроскопии на спектрометре типа "Сатурн". После контактирования очищаемого электролита с ТАЦ последний извлекает 70% от общего количества кадмия и 15% от общего количества цинка. Следовательно, налицо, селективность в извлечении цинка и кадмия.

Пример 2. Извлечение цинка и кадмия проводилось также, как это описано в примере 1. Количество этилцеллюлозы составило: 20 г ЭЦ-45 (содержание групп OC2H5 - 45%), ТАЦ - 10 г/л со степенью замещения 2,6 и степенью полимеризации 220. Очищаемый раствор содержал по 10 мг/л цинка и кадмия, 15 г/л хлорида натрия и 0,1 г/л изопропилового спирта. Время контакта полимера с раствором для этилцеллюлозы составило 1,5 часа, а для ТАЦ - 2 часа.

Результаты анализа растворов и характеристика эффективности процесса сорбции для обоих примеров приведены в таблице.

Как следует из таблицы процентное извлечение цинка и кадмия из очищаемого раствора достаточно высокое. При этом обеспечивается хорошая селективность: извлекается от 74 до 88% цинка и от 78 до 85% кадмия.

То есть, при сравнении с результатом, полученным в прототипе (пример 3, таблица) видно, что поставленная задача выполнена, а именно в прототипе, несмотря на очень высокую степень извлечения цинка и кадмия, оба эти металла выделяются совместно и для их разделения необходимо проведение большого числа трудоемких операций и использование больших количеств химикатов, как и в известном способе [1].

Существенным преимуществом предлагаемого технического решения является возможность регенерации сорбентов (ЭЦ и ТАЦ), что практически невозможно при использовании прототипа. Для получения индивидуальных цинка и кадмия, пользуясь способом, данным в прототипе, необходимо разрушить используемый сорбент (путем растворения, сжигания или как-то иначе).

Предлагаемый способ может быть реализован с использованием простого серийного оборудования, которое при необходимости может быть изготовлено на любом предприятии. В качестве сорбентов используются вещества, выпускаемые промышленностью крупнотоннажными партиями, экологически чистые и безопасные для человека и окружающей среды, а также с невысокой стоимостью (1 кг производной целлюлозы стоит примерно 15 - 20 тысяч рублей, в то время как галактоновая и итаконовая кислоты стоят, например, 50 - 100 тысяч рублей).

Литература.

1. Пат. N 4680128 США, МКИ4 C 02 F 1/62. Разделение и удаление гидроксидов тяжелых металлов из сточных вод гальванических цехов. Separation and recovery of reusable heavy metal hydroxides from metal finishing wastewaters. / Frankard James M. et al N 4680126; Заявл. 18.02.86; Опубл. 14.07.87; НКИ 210/710.

2. Отделение кадмия от цинка в хлоридной среде с использованием жидкой мембраны на подложке. Separation of cadmium from zinc in chloride media by sypported liquid membrane. Ying-Chu Hoh, Chung-Yun Lin, Tsung-Min Hung, Tai-Ming Chiu // Int. Solv. Extr. Conf., 1990 (ISEC' 90), Kyoto, July 16 - 21, 1990: Abstr. - P. 274.

3. А.С. N 1696399 СССР, МКИ5 C 02 F 1/62. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. /Пилат Б.В., Якунин А.И., Палийчук Г.М., Зайцева В. Н., Заявл. 01.07.88; Опубл. 07.12.91. Бюл. N 45. 1991.

4. Пат. N 298766 ГДР, C 02 F 1/62, C 02 F 3/12. Способ биологической очистки сточных вод от тяжелых металлов и устройство для его осуществления. Verfahren und Anordnung zur Mikrobiellen Schwermetallenntfernung aus Abwassern. / Neumann Willi, Straube Gunhild, Kliche Horst et al. N 3367384; Заявл, 29.12.89; Опублик. 12.03.92.

5. Пат. N 5019273 США, МКИ5 C 02 F 1/62, C 02 F 1/70. Способ извлечения тяжелых металлов из концентрированных растворов сточных вод. Method for recovery of heavy metals from highly concentrated wastewater solutions./ Fehsenfeld Joseph, Vujasin Boro, N 517335; Заявл. 30.04.90; Опубл. 28.05.91; НКИ 210/719.

6. Электрохимическая переработка отходов гальванохимического производства. /Байрачный Б. И., Трубникова Л.В. и др. // Тез. докл. Всес. научно-практ. конф. "Теория и практика электрохимических процессов и экологические аспекты их использования" - Барнаул, 1990. - С. 252.

7. Пат. N 57-45633 Япония, МКИ C 02 F 1/28, B 01 D 31/00. Удаление ионов металлов из водных растворов путем добавления водорастворимых полимеров / Тада Хисаси, Камада Кэнкукэ. Заявл. 08.12.73. N 48-13995. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ извлечения цинка и кадмия из водных растворов электролитов, заключающийся в обработке очищаемого раствора производными целлюлозы при комнатной температуре и постоянном перемешивании, отличающийся тем, что в качестве производных целлюлозы используют производные, не набухающие в воде и водно-органических растворах электролитов, причем в очищаемый раствор вводят 0,1-15 г хлорида натрия или калия и 0,1-140 г/л изопропилового спирта, далее очищаемый раствор обрабатывают сначала этилцеллюлозой со степенью замещения 45-48%, взятой в количестве 10-20 г/л, в течение 1,5-2 часов, а затем триацетатцеллюлозой со степенью замещения 2,6-2,9 и степенью полимеризации 200-220, взятой в количестве 10-20 г/л в течение 1,5-2 ч.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru