RU2048449C1 - Method for desalting and purification of highly mineralized mine water - Google Patents
Method for desalting and purification of highly mineralized mine water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2048449C1 RU2048449C1 SU5021262A RU2048449C1 RU 2048449 C1 RU2048449 C1 RU 2048449C1 SU 5021262 A SU5021262 A SU 5021262A RU 2048449 C1 RU2048449 C1 RU 2048449C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- electrode potential
- electrochemical treatment
- mine water
- elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к очистке высокоминерализованных сточных вод от растворенных в них солей различных химических элементов и может быть использовано для очистки сточных вод шахт, карьеров, гальваностоков, предприятий по выплавке черных и цветных металлов, опреснения морской воды и в других отраслях промышленности. The invention relates to the purification of highly mineralized wastewater from salts of various chemical elements dissolved in them and can be used for wastewater treatment of mines, quarries, galvanic drains, enterprises for the smelting of ferrous and non-ferrous metals, desalination of sea water and in other industries.
Известен способ очистки сточных вод от взвешенных и растворенных веществ, включающий многостадийную последовательную электрохимическую обработку раствора при различных плотностях тока в электрофлотокоагуляторах, снабженных блоками различных электродов, электрокоагуляцию, флотацию, активацию и фильтрацию продуктов очистки. A known method of treating wastewater from suspended and dissolved substances, including multi-stage sequential electrochemical treatment of the solution at different current densities in electroflotocoagulators equipped with blocks of various electrodes, electrocoagulation, flotation, activation and filtering of cleaning products.
Недостатки этого способа большие энергозатраты и сложности при разделении продуктов очистки. The disadvantages of this method are large energy costs and difficulties in the separation of cleaning products.
Известен способ очистки минерализованных шахтных вод, осуществляемый методом электродиализа, который также связан с большим расходом энергии, сложен в эксплуатации и не обеспечивает в полной мере безотходной технологии. A known method of purification of mineralized mine water, carried out by the method of electrodialysis, which is also associated with high energy consumption, is difficult to operate and does not fully provide waste-free technology.
Цель изобретения снижение энергетических затрат и обеспечение безотходной технологии путем поэлементной сепарации. The purpose of the invention is the reduction of energy costs and the provision of waste-free technology by element-wise separation.
Поставленная цель достигается тем, что способ опреснения и очистки высокоминерализованных шахтных вод, включающий подачу исходного продукта на вход замкнутой системы постадийной элктрохимической обработки, изменение плотности тока электродных блоков от стадии к стадии, коагуляцию и фильтрацию продуктов очистки, постадийную электрохимическую обработку ведут в импульсном электромагнитном поле со ступенчатым увеличением частоты и уменьшением амплитуды импульсов поля от стадии к стадии. Плотность тока блоков электродов на каждой стадии электрохимической обработки устанавливают равной (1-1,4)qi, где qi удельный электродный потенциал одного из элементов продукта очистки при единичной концентрации. Исходный продукт предварительно доводят до заданной минерализации, после чего подают на вход постадийной обработки. Фильтрат последней стадии обработки попадают на вход замкнутой системы постадийной обработки, которую ведут в последовательности от элемента с максимальным электродным потенциалом к элементу с минимальным электродным потенциалом.This goal is achieved by the fact that the method of desalination and purification of highly mineralized mine water, which includes supplying the initial product to the input of a closed system of stepwise electrochemical processing, changing the current density of the electrode blocks from stage to stage, coagulating and filtering the cleaning products, stepwise electrochemical processing is carried out in a pulsed electromagnetic field with a stepwise increase in frequency and a decrease in the amplitude of the field pulses from stage to stage. The current density of the electrode blocks at each stage of the electrochemical treatment is set equal to (1-1.4) q i , where q i is the specific electrode potential of one of the elements of the cleaning product at a unit concentration. The initial product is previously adjusted to a predetermined mineralization, and then fed to the input of stepwise processing. The filtrate of the last processing stage is fed to the input of a closed system of stepwise processing, which is conducted in sequence from the element with the maximum electrode potential to the element with the minimum electrode potential.
Признаков, сходных с признаками, приведенными в отличительной части формулы изобретения, в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружено. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Signs similar to those described in the characterizing part of the claims in the sources of patent and scientific and technical information were not found. Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of "novelty."
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что в практике известны способы очистки и опреснения высокоминерализованных шахтных и сточных вод, включающие подачу исходного продукта на вход замкнутой системы постадийной электрохимической обработки со ступенчатым изменением плотности тока электродных блоков от стадии к стадии, коагуляцию и фильтрацию продуктов очистки. Однако их использование обусловливает сравнительно большие энергетические затраты на очистку сточных высокоминерализованных вод, что делает этот процесс дорогостоящим. Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that in practice there are known methods of cleaning and desalination of highly mineralized mine and wastewater, including supplying the initial product to the input of a closed system of stepwise electrochemical processing with a stepwise change in the current density of electrode blocks from stage to stage, coagulation and filtering of products cleaning up. However, their use leads to relatively high energy costs for the treatment of wastewater, which makes this process expensive.
Известные способы очистки не обеспечивают безотходной технологии, а большинство продуктов очистки, в виде конгломерата содержащего ряд элементов, кроме очищенной воды, не находят применения в народном хозяйстве. Дорогостоящие процессы очистки шахтных высокоминерализованных вод не окупаются и являются убыточными для предприятий. Known purification methods do not provide waste-free technology, and most purification products, in the form of a conglomerate containing a number of elements, except purified water, are not used in the national economy. Expensive processes for cleaning mine highly mineralized waters do not pay off and are unprofitable for enterprises.
Для устранения этого недостатка постадийную электрохимическую обработку ведут в импульсном электромагнитном поле со ступенчатым увеличением частоты и уменьшением амплитуды импульсов поля от стадии к стадии. Плотность тока блока электродов на каждой стадии электрохимической обработки устанавливают равной (1-1,4)qi, где qi удельный электродный потенциал одного из элементов продукта очистки при единичной концентрации. Исходный продукт предварительно доводят до заданной минерализации, после чего подают на вход замкнутой системы постадийной обработки, которую ведут в последовательности от элемента с максимальным электродным потенциалом к элементу с минимальным электродным потенциалом.To eliminate this drawback, stepwise electrochemical processing is carried out in a pulsed electromagnetic field with a stepwise increase in frequency and a decrease in the amplitude of the field pulses from stage to stage. The current density of the electrode block at each stage of the electrochemical treatment is set equal to (1-1.4) q i , where q i is the specific electrode potential of one of the elements of the cleaning product at a unit concentration. The initial product is preliminarily adjusted to the desired mineralization, after which it is fed to the input of a closed system of stepwise processing, which is conducted in sequence from the element with the maximum electrode potential to the element with the minimum electrode potential.
Согласно предлагаемому способу исходная высокоминерализованная шахтная вода заданной концентрации поступает на первую стадию электрохимической обработки, например в электролизер, снабженный как минимум парой электродов, между которым устанавливают заданную плотность тока, определенную экспериментальным путем и обеспечивающую разрыв внутренних связей между ионами одного из искомых элементов подлежащего извлечению из исходной шахтной воды. Для обеспечения наиболее эффективной окислительно-восстановительной реакции в растворе между электродами, к которым подключен внешний источник напряжения, один из электродов, например анод, принимают с электродным потенциалом меньшим электродного потенциала искомого элемента, подлежащего извлечению из раствора. В результате окислительно-восстановительной реакции водного раствора между электродами искомый элемент восстанавливается, превращаясь в коллоидную массу и оседает на дно электролизера. According to the proposed method, the initial highly mineralized mine water of a given concentration enters the first stage of electrochemical treatment, for example, in an electrolyzer equipped with at least a pair of electrodes, between which a predetermined current density is determined, determined experimentally and ensuring the breaking of internal bonds between ions of one of the desired elements to be extracted from source mine water. In order to provide the most effective redox reaction in solution between the electrodes to which an external voltage source is connected, one of the electrodes, for example, the anode, is received with an electrode potential lower than the electrode potential of the element to be extracted from the solution. As a result of the redox reaction of the aqueous solution between the electrodes, the desired element is restored, turning into a colloidal mass and settles to the bottom of the cell.
Для интенсификации коагуляции осадка и его осаждения на дно посуда электрохимическую обработку ведут в импульсном магнитном поле. Частоту импульсов увеличивают, а амплитуду уменьшают от стадии к стадии. Электрохимическую обработку ведут от элемента с большим электродным потенциалом (тяжелые) к элементу с меньшим электродным потенциалом (более легкие). В первую очередь из исходной засоленной шахтной воды извлекают менее связанные элементы, например серебро, а в последнюю очередь, например, натрий и калий, сильно связанные в водном растворе. To intensify coagulation of the sediment and its deposition on the bottom of the dishes, electrochemical treatment is carried out in a pulsed magnetic field. The frequency of the pulses is increased, and the amplitude is reduced from stage to stage. Electrochemical processing is carried out from an element with a large electrode potential (heavy) to an element with a lower electrode potential (lighter). First of all, less bound elements, for example silver, are extracted from the initial saline mine water, and, lastly, for example, sodium and potassium, which are strongly connected in an aqueous solution.
Извлеченные из исходной воды в электролизерах на каждой стадии отдельные элементы поступают на фильтрацию, которую осуществляют например, центрифугированием. После фильтрации на каждой стадии твердая фаза осажденных отдельных элементов поступает в индивиуальный бункер-накопитель, а жидкий фильтрат с каждой предыдущей стадии фильтрации поступает на вход последующей стадии электрохимической обработки совместно с неочищенной водой предыдущего электролизера. Фильтрат последней стадии подвергают экспресс-анализу. При предельно допустимых концентрациях (ПДК) отдельных элементов в очищенной воде она поступает в водосборник. The individual elements extracted from the source water in the electrolytic cells at each stage are fed to a filtration, which is carried out, for example, by centrifugation. After filtration at each stage, the solid phase of the deposited individual elements enters the individual storage hopper, and the liquid filtrate from each previous filtration stage enters the input of the subsequent stage of electrochemical treatment together with untreated water from the previous electrolyzer. The filtrate of the last stage is subjected to rapid analysis. At maximum permissible concentrations (MPC) of individual elements in purified water, it enters the catchment.
В случае превышения отдельными элементами ПДК продукт очистки (воду) подают на вход первой стадии электрохимической обработки совместно с исходной шахтной водой, а предварительно доводят концентрацию раствора до заданной минерализации и аналогичным образом ведут очистку суммарного продукта. If individual elements exceed the MPC, the treatment product (water) is fed to the input of the first stage of electrochemical treatment together with the source mine water, and the concentration of the solution is first adjusted to the specified mineralization and the total product is similarly cleaned.
Таким образом, специальным подбором соответствующих пар электродов, плотности тока при электрохимической обработке с учетом минерализации исходной шахтной воды и прочности связей отдельных элементов в растворе, их электродных потенциалов, а также за счет интенсификации осаждения выделенного из раствора искомого элемента посредством наперед заданного импульсного магнитного поля обеспечивается минимальный расход энергии на очистку на каждой стадии и в целом на всю технологию. Thus, a special selection of the corresponding pairs of electrodes, current density during electrochemical treatment, taking into account the mineralization of the original mine water and the strength of the bonds of individual elements in the solution, their electrode potentials, as well as by intensifying the deposition of the desired element extracted from the solution by means of a predetermined pulsed magnetic field, is ensured minimum energy consumption for cleaning at each stage and in general for the entire technology.
Полученные на каждой стадии продукты очистки в виде окислов, гидроксидов и отдельных элементов, а также очищенная вода могут быть с успехом использованы в металлургии, химическом производстве, легкой промышленности и т.п. что дает основание утверждать о безотходной технологии процесса очистки высокоминерализованных шахтных вод. Реализация полученных продуктов очистки окупает предварительные капитальные затраты на оборудование и позволит получить прибыль на предприятии. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". The purification products obtained at each stage in the form of oxides, hydroxides and individual elements, as well as purified water, can be successfully used in metallurgy, chemical production, light industry, etc. which gives reason to argue about non-waste technology for the treatment of highly mineralized mine water. The implementation of the obtained cleaning products pays off the preliminary capital costs of the equipment and will make it possible to profit at the enterprise. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".
П р и м е р. Исходную высокоминерализованную шахтную воду с общим содержанием в ней различных элементов до 110 г/л и концентрацией отдельных из них, г/л: Na+K 52; Cl 36; C 5,5: Fe 3; Mg 3;Cr 1,1; Mn 1,1; Ti 1,1; Zn 1,1; Pb 1,1; Al 1,1; Ni 0,033; Cu 0,033; Sn 0,033; Bi 0,022; Ag 0,0022; Ca 0,0011; Cd 0,0011; Zr 0,0011 подают на вход первой стадии замкнутой многостадийной, последовательной электрохимической обработки, осуществляемой посредством, например, электролизеров. Каждый из электролизеров, количество которых определяется количеством подлежащих извлечению отдельных химических элементов, снабжен как минимум парой электродов, например, металлических. При значительной концентрации в воде ионов одноименных с погруженным металлом в шахтную воду, катионы из нее будут осаждаться на поверхность металла, которая зарядится положительно. Положительно заряженная поверхность металла будет притягивать отрицательные ионы, например SO-2 4, и образуется двойной электрический слой с положительно заряженной поверхностью металла и отрицательной из отрицательных растворенных в воде анионов. Между противоположно заряженными поверхностями возникает разность потенциалов на границе металл раствор. Образованная пара металл раствор называется электродом, а возникшая разность потенциалов электродным потенциалом. Электродные потенциалы различных металлов, погруженных в растворы различных концентраций шахтной воды изменяются в широких пределах и определяются по формуле Нернста (Петерса):
E gi+ lg B (1) где qi стандартынй (единичный) потенциал, В;
Т 298 К абсолютная температура;
R 8,31 газовая постоянная, ;
F 96500 постоянная Фарадея, Кл/моль;
n число обменных электронов;
Ох концентрация окислительной формы;
Red концентрация восстановительной формы.PRI me R. The initial highly mineralized mine water with a total content of various elements in it up to 110 g / l and a concentration of some of them, g / l: Na + K 52; Cl 36; C 5.5: Fe 3; Mg 3; Cr 1.1; Mn 1.1; Ti 1.1; Zn 1.1; Pb 1.1; Al 1.1; Ni 0.033; Cu 0.033; Sn 0.033; Bi 0.022; Ag 0.0022; Ca 0.0011; Cd 0.0011; Zr 0.0011 is fed to the input of the first stage of a closed multi-stage, sequential electrochemical treatment carried out by, for example, electrolyzers. Each of the electrolyzers, the amount of which is determined by the number of individual chemical elements to be extracted, is equipped with at least a pair of electrodes, for example, metal. With a significant concentration in the water of ions of the same name with the immersed metal in mine water, cations from it will settle on the surface of the metal, which will be positively charged. A positively charged metal surface will attract negative ions, for example, SO -2 4 , and a double electric layer will form with a positively charged metal surface and negative of the negative anions dissolved in water. Between oppositely charged surfaces, a potential difference arises at the metal-solution interface. The formed metal solution pair is called the electrode, and the resulting potential difference is called the electrode potential. The electrode potentials of various metals immersed in solutions of different concentrations of mine water vary widely and are determined by the Nernst (Peters) formula:
E g i + lg B (1) where q i is the standard (unit) potential, V;
T 298 K absolute temperature;
R 8.31 gas constant, ;
F 96500 Faraday constant, C / mol;
n is the number of exchange electrons;
Oh, the concentration of the oxidizing form;
Red concentration of the reducing form.
За единицу отсчета принят единичный (стандартный) электродный потенциал qi при концентрации элемента в растворе 1 моль/л. Электродные единичные потенциалы элементов подлежащих извлечению из шахтной воды приведены ниже (+, 2+ валентность элемента).The unit (reference) electrode potential q i at a concentration of an element in a solution of 1 mol / L was taken as a unit of reference. The electrode unit potentials of the elements to be extracted from mine water are given below (+, 2 + valency of the element).
Единичный электродный потенциал, B: K -2,925 Ca -2,866 Na -2,714 Mg -2,363 Al -1,622 Ti -1,628 Mn -1,180 Cr2+ -0,913 Zn -0,763 Fe2+ -0,440 Cd -0,403 Ca -0,277 Ni -0,250 Sn2+ -0,136 Pb2+ -0,126 2H 0 Bi 0,215 Cu+ 0,337 Ag 0,799 Hg 0,854.Unit electrode potential, B: K –2.925 Ca –2.866 Na –2.714 Mg –2.363 Al –1.622 Ti –1.628 Mn –1.180 Cr 2+ –0.913 Zn –0.763 Fe 2+ –0.440 Cd –0.403 Ca –0.277 Ni –0.250 Sn 2+ -0.136 Pb 2+ -0.126 2H 0 Bi 0.215 Cu + 0.337 Ag 0.799 Hg 0.854.
Поскольку концентрация различных элементов, так и общая концентрация шахтной воды изменяется в широких пределах, то электродный потенциал также подвергается пропорциональному изменению. Since the concentration of various elements and the total concentration of mine water varies widely, the electrode potential also undergoes a proportional change.
Повышение электродного потенциала соответствует усилению окислительных свойств металла, а уменьшение электродного потенциала усиливает его восстановительные свойства. Таким образом, калий (К) легче всех отдает катионы в раствор, заряжается отрицательно и становится восстановителем. An increase in the electrode potential corresponds to an increase in the oxidizing properties of the metal, and a decrease in the electrode potential enhances its reduction properties. Thus, potassium (K) is the easiest to give cations to the solution, is negatively charged and becomes a reducing agent.
Электрод из металла с меньшим электродным потенциалом будет являться восстановителем по отношению к ионам всех металлов, расположенных после него электродных потенциалов. Например, алюминий будет выделять из раствора шахтной воды содержащиеся ионы железа, никеля, меди, цинка, а ионы серебра как сильный окислитель будет восстанавливать из нитритов и сульфатов серебра чистое серебро. An electrode made of metal with a lower electrode potential will be a reducing agent with respect to the ions of all metals located after it electrode potentials. For example, aluminum will separate out iron, nickel, copper, zinc ions from a mine water solution, and silver ions as a strong oxidizing agent will restore pure silver from nitrites and silver sulfates.
Носителем тока в шахтной воде, являющейся сильным электролитом, служат ионы различных элементов. При подключении источника постоянного напряжения к электродам, катионы движутся к катоду, а анионы к аноду. Противоположно заряженные ионы сталкиваются друг с другом и уменьшают проводимость раствора. В связи с этим в высококонцентрированной шахтной воде не все ионы участвуют в создании тока и вводится понятие активности ионов или активной концнетрации электролита а:
a fC, (2) где f коэффициент активности;
С концентрация шахтной воды.The current carrier in mine water, which is a strong electrolyte, are ions of various elements. When a constant voltage source is connected to the electrodes, cations move to the cathode, and anions to the anode. Oppositely charged ions collide with each other and reduce the conductivity of the solution. In this regard, in highly concentrated mine water, not all ions participate in the creation of current and the concept of ion activity or active electrolyte concentration is introduced a:
a fC, (2) where f is the activity coefficient;
With concentration of mine water.
Коэффициент f показывает степень отличия активности ионов от их концентрации в растворе и должен удовлетворять по величине для разбавленных и концентрированных растворов. Coefficient f shows the degree of difference in the activity of ions from their concentration in solution and should satisfy the value for dilute and concentrated solutions.
При наличии в шахтной воде ионов различных элементов необходимо учитывать активность каждого из них, что связано со сложностью вычислений. Поэтому суммарную концентрацию всех солей в растворе воды выражают через ионную силу (1), равную полусумме произведений концентрации каждого иона (С) на квадрат его заряда (n) или валентности
I 0,5 (C1n1 2 + C2n2 2 + + Cnnn 2)A (3)
Число ионов отдельных солей (элементов) в растворе шахтной воды определяется степенью диссоциации электролита и их активностью. Таким образом, зная ионную силу, можно определить коэффициент активности ионов. В практике существует правило, что все диссоциирующие на ионы вещества имеют коэффициенты активности не зависящие от природы и его концентрации, но зависящие от числа и зарядов ионов.If there are ions of various elements in mine water, it is necessary to take into account the activity of each of them, which is associated with the complexity of the calculations. Therefore, the total concentration of all salts in a water solution is expressed in terms of the ionic strength (1) equal to the half-sum of the products of the concentration of each ion (C) by the square of its charge (n) or valency
I 0.5 (C 1 n 1 2 + C 2 n 2 2 + + C n n n 2 ) A (3)
The number of ions of individual salts (elements) in the mine water solution is determined by the degree of electrolyte dissociation and their activity. Thus, knowing the ionic strength, it is possible to determine the ion activity coefficient. In practice, there is a rule that all substances dissociating into ions have activity coefficients independent of nature and its concentration, but dependent on the number and charges of ions.
Для селективного выделения из шахтной воды отдельных элементов необходимо для каждой стадии электрохимической обработки определить соответствующие пары электродов с электродными потенциалами, достаточными для восстановления искомого элемента. Как правило, для выделения из шахтной воды элементов с высоким электродным потенциалом (Ag, Cu, Ni и т.д.) выбирают электроды с сильными восстановительными свойствами (Al, Ti, Zn, Fe). For the selective separation of individual elements from mine water, it is necessary for each stage of electrochemical treatment to determine the corresponding pairs of electrodes with electrode potentials sufficient to restore the desired element. As a rule, to isolate elements with high electrode potential (Ag, Cu, Ni, etc.) from mine water, electrodes with strong reducing properties (Al, Ti, Zn, Fe) are selected.
Например, для выделения из раствора меди приняты электроды титан железо, при погружении которых в раствор вблизи них возникают соответствующие электродные потенциалы. При единичной концентрации элементов в растворе между электродами устанавливается ток, определяющийся суммой электродных потенциалов принятых электродов
qΣ qTi+qFe= 1,628+0,44 2,068B
Однако величина возникшего тока недостаточна для разрыва межэлементных связей в шахтной воде. Для выделения искомого элемента на электроды подается постоянное напряжение от постороннего источника. При определенном напряжении 2-4 В (напряжение разложения) плотность тока через раствор шахтной воды увеличивается и начинается электрохимическая реакция, при которой, например, титан отдает два электрода ионам меди и она выпадает в осадок
Ti+ Ti2++Cu↓ (4)
Определяющими факторами выбора пары электродов, величины внешнего напряжения и плотности тока являются: искомый элемент для извлечения и его электродный потенциал, концентрация шахтной воды, электродные потенциалы пары электродов.For example, to isolate from a copper solution, titanium iron electrodes were adopted, when immersed in the solution, corresponding electrode potentials arise near them. At a unit concentration of elements in the solution, a current is established between the electrodes, which is determined by the sum of the electrode potentials of the received electrodes
q Σ q Ti + q Fe = 1,628 + 0,44 2,068B
However, the magnitude of the current generated is insufficient to break the inter-element bonds in the mine water. To isolate the desired element, a constant voltage from an extraneous source is applied to the electrodes. At a certain voltage of 2-4 V (decomposition voltage), the current density through the mine water solution increases and an electrochemical reaction begins, at which, for example, titanium gives two electrodes to copper ions and it precipitates
Ti + Ti 2+ + Cu ↓ (4)
The determining factors for choosing a pair of electrodes, the magnitude of the external voltage and current density are: the desired element to extract and its electrode potential, the concentration of mine water, the electrode potentials of the pair of electrodes.
Основные требования, принятые за основу в предлагаемом способе для опреснения и очистки шахтной воды: снижение энергетических затрат и обеспечение безотходной технологии за счет эффективной поэлементной сепарации. Для реализации указанных требований экспериментальным путем выбирают пары электродов и устанавливают на каждой стадии электрохимической обработки рациональные занчения плотности тока в функции электродного потенциала искомого элемента. The main requirements adopted as the basis in the proposed method for desalination and purification of mine water: reducing energy costs and ensuring waste-free technology due to the effective elementwise separation. To implement these requirements, experimentally select pairs of electrodes and establish at each stage of the electrochemical processing rational values of the current density as a function of the electrode potential of the desired element.
Результаты опытов приведены в таблице на примере извлечения из шахтной воды меди с большим электродным потенциалом (qi 0,337 В), хрома со средним значением qi -0,113 В и натрия с малым электродным потенциалом qi -2,714 В.The results of the experiments are shown in the table on the example of extraction from mine water of copper with a large electrode potential (q i 0.337 V), chromium with an average value q i -0.113 V and sodium with a small electrode potential q i -2.714 V.
Как видно из таблицы, рациональное значение плотности тока для указанных элементов лежит в пределах (1-1,4)qi (значение коэффициента определяется сопротивлением раствора и внешним напряжением). При этом достигается максимальная эффективность и селективность выделения из раствора искомого элемента с минимальными затратами электроэнергии. При значениях плотности тока меньших (1-1,4)qi не достигается эффективного извлечения элемента из раствора в связи с недостаточностью энергии для разрыва ионных его связей с раствором, а затраты энергии возрастают за счет увеличения времени электрохимической обработки. Не достигается эффективного извлечения искомых элементов при плотности тока больше, чем (1-1,4)qi, т.к. при этом в растворе резко возрастает сопротивление из-за столкновений одноименных ионов. Затраты энергии здесь возрастают за счет большего внешнего напряжения на электродах.As can be seen from the table, the rational value of the current density for these elements lies in the range (1-1,4) q i (the coefficient value is determined by the resistance of the solution and the external voltage). In this case, maximum efficiency and selectivity of the selection of the desired element from the solution with minimal energy consumption is achieved. When the current density is less than (1-1.4) q i , an effective extraction of the element from the solution is not achieved due to insufficient energy to break its ionic bonds with the solution, and the energy consumption increases due to an increase in the time of electrochemical processing. Efficient extraction of the desired elements is not achieved at a current density greater than (1-1,4) q i , because in this case, the solution sharply increases the resistance due to collisions of the ions of the same name. Energy costs here increase due to a greater external voltage at the electrodes.
На основании опытов установлено, что наиболее легко из шахтной воды выделяются сильные окислители Ag, Cu, Bi, Ni, Co, как элементы имеющие слабую связь с водой. Наиболее трудно выделить из раствора щелочные элементы K, Ca, Na, т. к. активность их в соединениях с водой очень высока. В этой связи электрохимическую обработку шахтной воды и выделение элементов ведут от элементов с большим электродным потенциалом к элементу с меньшим электродным потенциалом. Based on the experiments, it was found that the strongest oxidizing agents Ag, Cu, Bi, Ni, and Co are most easily released from mine water as elements that have a weak bond with water. The most difficult to isolate alkaline elements K, Ca, Na from the solution, because their activity in compounds with water is very high. In this regard, the electrochemical treatment of mine water and the separation of elements lead from elements with a large electrode potential to an element with a lower electrode potential.
Для выделения из шахтной воды, например, Na в качестве одного из электродов (катод) принимают ртуть, а анодом служит графит или железо. Поскольку в шахтной воде Na содержится в виде соли NaCl, то при электролизе на аноде выделяется Cl, на катоде натрий, который соединяется с ртутью и образует амальгаму натрия. Последняя может быть с успехом использоваться в народном хозяйстве. To isolate from mine water, for example, Na, mercury is taken as one of the electrodes (cathode), and graphite or iron is used as the anode. Since Na is contained in mine water in the form of a NaCl salt, during electrolysis, Cl is released at the anode, sodium at the cathode, which combines with mercury and forms sodium amalgam. The latter can be successfully used in the national economy.
Если амальгаму натрия обработать горячей водой, то натрий взаимодействует с водой и получаются высококонцентрированный едкий натр NaOH (до 200-250 г/л) и водород, а ртуть восстанавливается и вновь подается в катодную ванну. If the sodium amalgam is treated with hot water, then sodium interacts with water and highly concentrated caustic soda NaOH (up to 200-250 g / l) and hydrogen are obtained, and mercury is restored and again fed to the cathode bath.
В процессе электрохимической обработки шахтной воды на каждой стадии искомый элемент образуется в виде коллоидной массы, которая медленно осаждается на дно электролизера. Для интенсификации осаждения коллоидов в растворе на него воздействуют импульсным магнитным полем частотой 30-60 кГц, под действием которого просходит коагуляция коллоидов, интенсифицируется процесс их осаждения, а также ускоряется весь процесс электрохимической обработки. Частоту импульсов увеличивают, а амплитуду уменьшают в пределах до 1,6˙104 А/м2 на каждой стадии. Их значения определяют опытным путем для обеспечения максимальной скорости осаждения коллоидов. Оставшаяся после предыдущей стадии шахтная вода поступает на последующую стадию, а осадок подают на фильтрацию, которую осуществляют, например, центрифугированием. Твердая фаза осадка после фильтрации поступает в накопитель, а жидкий фильтрат с каждой предыдущей стадии поступает на вход последующей стадии электрохимической обработки совместно с неочищенной шахтной водой предыдущего электролизера.In the process of electrochemical treatment of mine water at each stage, the desired element is formed in the form of a colloidal mass, which is slowly deposited on the bottom of the cell. In order to intensify the deposition of colloids in a solution, they are exposed to it by a pulsed magnetic field with a frequency of 30-60 kHz, under the influence of which coagulation of colloids occurs, the process of their deposition is intensified, and the whole process of electrochemical processing is accelerated. The frequency of the pulses is increased, and the amplitude is reduced to 1.6 · 10 4 A / m 2 at each stage. Their values are determined empirically to ensure maximum deposition rate of colloids. The mine water remaining after the previous stage enters the next stage, and the precipitate is fed to the filtration, which is carried out, for example, by centrifugation. The solid phase of the precipitate after filtration enters the accumulator, and the liquid filtrate from each previous stage enters the input of the subsequent stage of electrochemical treatment together with untreated mine water from the previous electrolyzer.
Фильтрат последней стадии электрохимической обработки подвергают экспресс-анализу. При предельно допустимой концентрации (ПДК) минерализации очищенной воды ее подают в водосборник. В случае превышения минерализации воды норм ПДК продукт очистки подают на вход первой стадии электрохимической обработки совместно с исходной шахтной водой. Предварительно доводят концентрацию смеси шахтной воды с возвратным фильтратом до заданной величины и аналогичным образом ведут постадийную электрохимическую обработку суммарной смеси. The filtrate of the last stage of the electrochemical treatment is subjected to rapid analysis. At the maximum permissible concentration (MPC) of mineralization of purified water, it is fed to the catchment. If the water mineralization exceeds the MPC norms, the treatment product is fed to the input of the first stage of electrochemical treatment together with the source mine water. The concentration of the mine water mixture with the return filtrate is preliminarily adjusted to a predetermined value and the stepwise electrochemical processing of the total mixture is likewise conducted.
Согласно экспериментальным опытам заявляемое изобретение может быть использовано для очистки и опреснения высокоминерализованных шахтных вод и по сравнению с прототипом позволит более чем в 2 раза уменьшить расходы на процесс опреснения. According to experimental experiments, the claimed invention can be used for purification and desalination of highly mineralized mine water and, compared with the prototype, will allow more than 2 times to reduce the cost of the desalination process.
Заявляемый способ для опреснения и очистки высокоминерализованных шахтных вод позволит обеспечить безотходную технологию за счет селективного извлечения из шахтной воды отдельных элементов и успешно утилизировать продукты очистки, а также получить народнохозяйственный эффект. The inventive method for desalination and purification of highly mineralized mine water will ensure waste-free technology due to the selective extraction of individual elements from mine water and successfully utilize the refined products, as well as obtain an economic effect.
Опреснение высокоминерализованных шахтных вод позволяет улучшить экологическую обстановку в горнодобывающих регионах. Desalination of highly mineralized mine water can improve the environmental situation in mining regions.
Изобретение не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду. The invention does not adversely affect the environment.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5021262 RU2048449C1 (en) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | Method for desalting and purification of highly mineralized mine water |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5021262 RU2048449C1 (en) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | Method for desalting and purification of highly mineralized mine water |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2048449C1 true RU2048449C1 (en) | 1995-11-20 |
Family
ID=21593956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5021262 RU2048449C1 (en) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | Method for desalting and purification of highly mineralized mine water |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2048449C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504518C1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Method of purifying waste water from heavy metal cations |
RU2782420C1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-10-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) | Method for purification of mine wastewater from sulfates |
-
1992
- 1992-01-09 RU SU5021262 patent/RU2048449C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 655653, кл. C 02F 1/469, 1979. * |
Авторское свидетельство СССР N 994428, кл. C 02F 1/46. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504518C1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Method of purifying waste water from heavy metal cations |
RU2782420C1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-10-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) | Method for purification of mine wastewater from sulfates |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7237209B2 (en) | Substance removal from water | |
US4028199A (en) | Method of producing metal powder | |
US6887368B2 (en) | Method and device for electroextraction of heavy metals from technological solutions and wastewater | |
US4318789A (en) | Electrochemical removal of heavy metals such as chromium from dilute wastewater streams using flow through porous electrodes | |
US4292160A (en) | Apparatus for electrochemical removal of heavy metals such as chromium from dilute wastewater streams using flow-through porous electrodes | |
EP0015152A1 (en) | A method for removing multivalent heavy metal ions from a metal plating waste effluent | |
US6264845B1 (en) | Augmented electrolytic precipitation of metals, method and apparatus | |
CN100413999C (en) | Method for regenerating etching solutions containing iron for the use in etching or pickling copper or copper alloys and an apparatus for carrying out said method | |
JP3308345B2 (en) | How to operate the electrolytic cell | |
AU748300B2 (en) | Removal of pollutants from effluents with electrochemical treatment | |
US3899404A (en) | Method of removing mercury from an aqueous solution | |
RU2048449C1 (en) | Method for desalting and purification of highly mineralized mine water | |
DE102006016688B3 (en) | Electrodeionization process for the treatment of rinsing waters resulting from the chemical and / or electrochemical surface treatment of metals | |
EP0618838A1 (en) | Electrodialytic recovery process | |
RU2258768C1 (en) | Method of extraction of gold and silver from polymetallic raw material | |
SU804720A1 (en) | Method of processing non-ferrous metal alloys | |
RU2165892C1 (en) | Method of cleaning waste water from sulfides | |
RU2696380C1 (en) | Reagent-electrolysis method for regeneration of copper-ammonia solution of copper etching | |
RU2194801C1 (en) | Process for extracting gold and(or) silver out of waste materials | |
SU1658116A1 (en) | Method for cleaning circulation and waste water | |
JP3242289B2 (en) | Method for treating iron chloride solution containing copper and nickel | |
RU2122525C1 (en) | Method of removing nonferrous and heavy metals from waste waters | |
RU2098498C1 (en) | Method for utilization of cakes of treatment products of flushing waters of electroplating shops | |
SU594201A1 (en) | Method of enriching slimes of copper-nickel production | |
Giannopoulou et al. | Copper recovery from spent ammoniacal etching solutions |