Аннотация
В статье приведен обзор последних научных исследований в области извлечения тяжелых металлов из растворов методом ионной флотации.
Целью выполненного исследования является анализ современных тенденций в развитии теории и практики ионной флотации как основы чистых технологий переработки техногенных вод. Определены основные тенденции в развитии метода ионной флотации применительно к техногенным растворам: подбор условий, повышающих эффективность процесса до максимально возможного извлечения металлов; минимальный расход реагентов с возможностью их регенерации и получением максимально очищенной воды; оценка свойств реагентов-собирателей, структуры образующихся комплексов «металл-реагент», механизма комплексообразования; синтез и моделирование эффективных реагентов-собирателей, особенно с применением перспективных квантово-химических методов. Отмечено, что в квантовой химии флотореагентов в настоящее время широкое применение находят расчеты молекулярных электрических моментов, поляризуемостей, степени переноса заряда, абсолютной жесткости, химического потенциала по Пирсону и Парру, энергии комплексообразования, количества внутримолекулярных водородных связей, определяющие возможность применения реагентов в процессах флотации на основе наиболее энергетически выгодных и конформационно устойчивых извлекаемых структур. Разработаны теоретические основы моделирования пространственной структуры и малых, и крупных молекул, а также построения зависимостей их активности от пространственной структуры. Установлено соотношение экспериментальных данных с результатами квантово-химических расчетов. Результаты флотационных опытов подтвердили преимущества реагентов, подобранных на основании квантово-химических расчетов. Проведение интенсивных исследований в соответствии с вышеуказанными трендами привело к тому, что в настоящее время на основе метода ионной флотации создаются фактически экологически чистые технологии переработки техногенных вод.
Ключевые слова
Тяжелые металлы, техногенные воды, ионная флотация, реагенты-собиратели, квантово-химические методы.
1. Boija S. On metal ion chelates and conditional stability constant determination: Method development and selective ion flotation of chelating surfactants // Sundsvall: Mid Sweden University, 2014, 36 p.
2. Christensen A.S., Elstner M., Cui Q. Improving intermolecular interactions in DFTB3 using extended polarization from chemical-potential equalization // Chem. Phys, no. 143, 084123 (2015), URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.4929335.
3. Ghazy S. E., El-Morsy S. M., Ragab A. H. Ion Flotation of Copper (II) and Lead (II) from Environmental Water Samples // J. Appl. Sci. Environ. Manage, 2008, vol. 12(3), pp. 75–82.
4. Hickey A.L., Rowley Ch.N. Benchmarking Quantum Chemical Methods for the Calculation of Molecular Dipole Moments and Polarizabilities // Phys. Chem. A., 2014, vol. 118(20), рр. 3678–3687.
5. Hou S., Bernath P.F. Relationships between dipole moments of diatomic molecules // Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, no. 17, рр. 4708–4713.
6. Ivanova V., Mitrofanova G. Flotation of eudialyte: correlation of experimental data with the results of quantum-chemical calculations // Proceedings of XVI Balkan Mineral Processing Congress, Belgrade, Serbia, June 17–19, 2015. Vol. 1. Belgrade: Mining Institute: Academy of Engineering Science of Serbia: University of Belgrade, 2015, рр. 347–351.
7. Medyanik N. L., Girevaya H.Y., Shevelin I. Yu., Girevoi T.A., Refining of mineralized process waters by ionic flotation method // Proceedings of XVI Balkan Mineral Processing Congress, Belgrade, Serbia, June 17–19, 2015. Vol. 1. Belgrade: Mining Institute: Academy of Engineering Science of Serbia: University of Belgrade, 2015, рр. 403–407.
8. Reyes M., Patiño F., Escudero R., Pérez M., Flores M.U., Reyes I.A. Kinetics and Hydrodynamics of Silver Ion Flotation // Mex. Chem. Soc., 2012, vol. 56(4), рр. 408–416.
9. Salmani M. H., Davoodi M., Ehrampoush M.H., Ghaneian M.T., Fallahzadah M.H. Removal of cadmium (II) from simulated wastewater by ion flotation technique // Iranian Journal of Environmental Health Sciences & Engineering, 2013, 10:16, URL: http:www.ijehse.com/content/10/1/16//.
10. Soliman M.A., Rashad Gh.M., Mahmoud M.R. Кinetics of ion flotation of Co(II)–EDTA complexes from aqueous solutions // Radiochimica Acta, 2015, vol. 103 (9), рр. 643–652.
11. Solozhenkin P.M., Krausz S. Modified fatty acids as flotation reagents for non- sulfide ores: molecular modeling for prognosis of collector activity evaluation // Proceedings of XVI Balkan Mineral Processing Congress, Belgrade, Serbia, June 17–19, 2015. Vol. 1. Belgrade: Mining Institute: Academy of Engineering Science of Serbia: University of Belgrade, 2015, рр. 327–333.
12. Svanedal I., Boija S., Norgren M., and Edlund H. Headgroup Interactions and Ion Flotation Efficiency in Mixtures of a Chelating Surfactant, Different Foaming Agents, and Divalent Metal Ions // Langmuir, 2014, vol. 30 (22), рр. 6331–6338.
13. Tussupbayev N., Мusabekov K., Kudaibergenov S. Macromol. Interaction of synthetic polyam-pholytes with disperse particles // Chem. Phys., 1998, vol. 199, pp. 401–408.
14. Yuan X.Z., Meng Y.T., Zeng G.M., Fang Y.Y., Shi J.G. Evaluation of tea-derived biosurfactant on removing heavy metal ions from dilute wastewater by ion flotation. Colloid Surface Physicochem Eng Aspect, 2008, vol. 317, рр. 256–261.
15. Абрютин Д. В., Стрельцов К.А. Перспективы развития процесса ионной флотации // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2013. № 3. С. 3–6.
16. Алексеева А.С., Ксенофонтов Б.С. Многостадийная модель ионной флотации // Universum: Химия и биология: электрон. науч. журн. 2015. № 6 (14) . URL: http://7universum.com/ru/nature /archive/item/2184 (дата обращения: 06.09.2015).
17. Бикбаева Г.А., Орехова Н.Н., Куликова Е.А. Применение клинкера в комплексной технологии переработки техногенных стоков горно-металлургических предприятий // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 2 (42). С. 22–25.
18. Гидразоны ацетона – потенциальные собиратели для ионной флотации цветных металлов / Чеканова Л.Г., Радушев А.В., Ельчищева Ю.Б. Муксинова Д.А. // Химическая технология. 2011. № 2. С. 117–122.
19. Изучение свойств органических молекул квантово-химическими методами / Медяник Н.Л., Калугина Н.Л., Варламова И.А., Гиревая Х.Я., Бодьян Л.А. Магнитогорск, 2013. 9 с. Деп. в ВИНИТИ 01.08.2013, № 224-В2013.
20. Изучение сорбционной активности угольной поверхности / Медяник Н.Л., Бодьян Л.А., Варламова И.А., Гиревая Х.Я., Калугина Н.Л., Гиревой Т.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. №3. С. 11–16.
21. Канарский А.В., Соложенкин П.М. Взаимодействие антимонита с сульфгидрильными реагентами по данным молекулярного моделирования // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2014. № 4. С. 9–15.
22. Карлина А.И. Анализ современных и перспективных способов воздействия на природные и сточные воды // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 5 (100). С. 146–150.
23. Клименко Т.В. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 11. С. 11.
24. Комплексообразование и флотация ионов цветных металлов из щелочных растворов с N-ацил-N-(n-толуолсульфонил) гидразинами / Воронкова О.А., Чеканова Л.Г., Щербань М.Г., Радушев АВ., Павлов П.Т., Чернова Г.В. // Журнал прикладной химии. 2012. Т. 85. Вып. 12. С. 2005–2010.
25. Концентрирование ионов Cu(II), Co(II), Ni(II) с N-(2-гидроксиэтил) алкиламинами / Чеканова Л.Г., Радушев А.В., Насретдинова Т.Ю., Колташев Д.В., Наумов Д.Ю. // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2012. № 1. С. 10–15.
26. Ксенофонтов Б.С. Возможности интенсификации извлечения ионов металлов из сточных вод // Безопасность жизнедеятельности. 2013. № 1. С. 20–23.
27. Ксенофонтов Б.С., Антонова Е.С. Модели флотационных и сопутствующих процессов очистки воды // Безопасность жизнедеятельности. 2014. № 10. С. 42–48.
28. Леснов А.Е., Кудряшова Л.Г., Ризванова О.С. Ионная флотация некоторых многозарядных катионов металлов оксифосом Б // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2014. Т. 57. Вып. 8. С. 40–43.
29. Леснов А.Е., Кудряшова О.С., Бирина О.С. Применение синтамида-5 для флотации ионов металлов // Вестник Пермского университета. Серия: Химия. 2014. № 3. С. 80–85.
30. Медяник Н.Л. Исследование продуктов взаимодействия молекул реагента РОЛ с ионами цинка и меди (ΙΙ) методами ИК-Фурье- и масс-спектрометрии // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. № 4. С. 20–25.
31. Медяник Н.Л., Варламова И.А, Калугина Н.Л. Применение ионной флотации для извлечения меди и цинка из техногенных рудничных вод // Сталь. 2014. № 7. С. 119–123.
32. Медяник Н.Л., Варламова И.А., Калугина Н.Л. Особенности подбора органических реагентов-комплексообразователей квантово-химическим методом для селективного извлечения катионов тяжелых металлов из растворов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 3 (43). С. 14–19.
33. Медяник Н.Л., Гиревая Х.Я. Извлечение ионов меди из сточных вод с помощью осадителей-восстановителей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 1. С. 113–114.
34. Оценка стабильности металлорганических комплексов квантово-химическим методом / Медяник Н.Л., Шадрунова И.В., Варламова И.А., Калугина Н.Л., Гиревая Х.Я. // Фундаментальные исследования. 2015. № 2–6. С. 1198–1203.
35. Очистка вод от ионов тяжелых металлов адсорбционным методом / Тусупбаев Н.К., Мусабеков К.Б., Балыкбаева Г.Т., Жанбеков Х.Н., Кусаинова Ж.Ж., Муздыбаева Ш.А. // Вестник КазНУ. 2003. № 3. С. 250–255.
36. Перлова О.В., Чернецкая В.В., Мокшина. Е.Г. Реагент «Азол 1019, марка В» как флотационный коллектор соединений урана (VI) и тория (IV) // Вода: химия и экология. 2014. № 5. С. 88–93.
37. Применение новых собирателей при флотации золотосодержащих руд месторождения Балажал / Бектурганов Н.С., Тусупбаев Н.К., Ержанова Ж.А., Билялова С.М., Есенгазиев А.М., Сулаквелидзе Н.В., Арабаев Р.А. // Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья. Плаксинские чтения – 2014: материалы международного совещания. Алматы, 2014. С. 253–255.
38. Применение реагента-пенообразователя при флотации полиметаллических руд / Тропман Э.П., Бектурганов Н.С., Тусупбаев Н.К., Ержанова Ж.А., Абдикулова А.О. // Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья. Плаксинские чтения – 2014: материалы международного совещания. Алматы, 2014. С. 566–569.
39. Соложенкин П.М. Комплексная переработка руд на основе компьютерного моделирования перспективных модифицированных реагентов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 1. С. 430–456.
40. Соложенкин П.М. Молекулярное моделирование тионокарбаматов и их взаимодействия с матрицами медных минералов и пирита // Обогащение руд. 2014. № 4 (352). С. 38–44.
41. Физико-химические и комплексообразующие свойства n-(2-этилгексаноил)-N'-сульфонилгидразинов / Чеканова Л.Г., Ельчищева Ю.Б., Павлов П.Т., Воронкова О.А., Боталова Е.С., Мокрушин И.Г. // Журнал общей химии. 2015. Т. 85. № 6. С. 923–928.
42. Физико-химические и комплексообразующие свойства этил-2-арил(алкил)сульфониламино-4,5,6,7-тетрагидробензотиофен-3-карбоксилатов / Чеканова Л.Г., Манылова К.О., Павлов П.Т., Ельчищева Ю.Б., Кандакова А.С. // Журнал общей химии. 2014. Т. 84. № 6. С. 1025–1029.
43. Филатова Е.Г. Обзор технологий очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанных на физико-химических процессах // Изв. вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. № 2 (13). С. 97–109.
44. Молекулярное моделирование: теория и практика / Хельтье X.-Д., Зиппль В.Д., Роньян Д., Фолькерс Г. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2013. 319 с.
45. Эффективность использования природного сорбента для очистки шахтной воды от ионов тяжелых металлов / Тусупбаев Н.К., Муздыбаева Ш.А., Мусабеков К.Б., Айдарова С.Б. // Вестник КазНУ. Серия химическая. 2003. № 1. С. 94–100.
46. Юсупова А.И. Очистка сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, сорбентами и экстрактами из таннинсодержащих отходов: дис. … канд. техн. наук. Казань, 2015. 165 c.