Способ флотации ионов кадмия из разбавленных водных растворов с носителем

 

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано для очистки кадмийсодержащих сточных вод предприятий металлургической, химической и др. отраслей промышленности. Технологический результат - повышение эффективности извлечения металлов. Способ флотации ионов кадмия из разбавленных водных растворов с использованием носителя - биомассы микроорганизмов, которая концентрирует на своей поверхности катионы металлов и затем извлекается флотацией. В качестве биомассы микроорганизмов применяют грамположительные актиномицеты Actinomycetes АК 61 и J L322 в количестве 0,27-0,5 мг/л при начальной концентрации кадмия 5 или 10 мг/л. В качестве катионного собирателя используется цетилтриметиламмония бромид в количестве 2,510^-5 М при рН 6-10 и контакте с биомассой 15 мин. Десорбция кадмия с поверхности биомассы осуществляется обработкой 1 М сульфатом натрия. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано для очистки кадмийсодержащих сточных вод предприятий металлургической, химической и других отраслей промышленности. Для разделения компонентов растворов используют флотацию с носителем, в качестве которого применяют биомассу микроорганизмов.

Известна флотация с применением минерала-носителя (добавлением в пульпу при флотации шламистых руд тонкоизмельченного вспомогательного материала - кальцита, барита, апатита и других материалов, предварительно обработанных реагентами (собирателем, регулятором) [1]. Расход минерала-носителя 5-200% по отношению к обогащаемому материалу. Данный способ интенсифицирует процесс флотации частиц - 10 ммк. Известны способы флотации полиметаллических, медно-цинковых руд с использованием катионитов (пылевидной фракции сульфоугля) и анионитов (ионообменной смолы АН-1 и ЭДЭ-10П) [2, 3]. Кондиционирование жидкой фазы пульпы с помощью процесса ионного обмена позволяет снизить потери цинка в медном и медно-свинцовом концентрате и повысить извлечение сфалерита в цинковый концентрат.

Ионообменные смолы из-за высокой их стоимости не заняли должное место в ряду перспективных флотационных реагентов. Указанные способы флотации применяют дорогостоящие ионообменные смолы и высокие концентрации минерала-носителя, что приводит к снижению качества целевого концентрата и удорожает последующие технологические операции.

Известно, наиболее близким к предлагаемому техническому решению является флотация биомассы Streptomyces pilosus, насыщенной свинцом (II), с использованием додецилсульфата натрия [4].

Недостатками данного предложения является то, что для флотации используется биомасса бактерий, выращенных в лабораторных условиях, и для флотации чистые растворы свинца, а не смеси катионов металлов, характерные для промстоков. Биомасса S. Pilosus не является селективным биосорбентом и она не производится в промышленном масштабе.

С целью повышения эффективности извлечения металлов предлагается способ флотации, в котором используется биомасса микроорганизмов-актиномицетов в качестве селективного биосорбента и носителя. Биомасса микроорганизмов является отходом процесса ферментации при производстве антибиотиков. Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он наиболее пригоден для низких концентраций извлекаемых ионов 5 или 10 мг/л, когда частицы осадка катионов металлов имеют коллоидные или близкие к коллоидным размеры и не могут быть эффективно выделены существующими методами.

При сопоставлении совокупности существенных признаков предлагаемого способа со всеми известными техническими решениями можно сделать вывод, что он является новым, так как не известен из уровня техники. Авторы и заявитель, определив уровень техники в данной области, считают, что способ обладает изобретательским уровнем, так как предложенная совокупность признаков, а именно флотация ионов металлов из разбавленных водных растворов, в частности кадмия, с носителем биомассы микроорганизмов, которая концентрирует на своей поверхности катионы металлов и затем извлекается с применением флотационных реагентов, в качестве биомассы микроорганизмов применяют грамположительные актиномицеты Actinomycetes AK 61 или J L322 - отходы при производстве антибиотиков, удаляется металл из низких начальных концентрации кадмия 5 или 10 мг/л, применяются распространенные катионные собиратели типа цетилтриметиламмоний бромид, при рН от 6 до 10 и контакте с биомассой в течение 15 мин, и это явным образом не следует из уровня техники.

Штаммы актиномицетов Actinomycetes AK 61 или J L322 получены из коллекции Университета Ньюкастли, медицинской школы (Newcastle University (Medical school).

Пример: использовали сухую биомассу актиномицетов АК 61 или J L322. Биомассу при концентрации 0,27-0,5 мг/л суспензировали в растворе с содержанием 5,0 или 10 мг/л кадмия, рН регулировали растворами NaOH или HNO₃ (0,1N). Флотацию проводили в колонне с диспергатором в основании. Размер пор 10-16 ммк. Поток воздуха составлял 100 см³/мин. Начальная концентрация кадмия 5,0 или 10 мг/л. Этиловый спирт в количестве 0,25% v/v использовали в качестве пенообразователя. Для повышения гидрофобности биомассы микроорганизмов применяли катионный собиратель цетилтриметиламмония бромид (Ц Т М А Вr) в количестве 2,510^-5 М и его контакте в течение 15 мин. Содержание кадмия в растворе определяли атомной абсорбционной спектрометрией (Перкин - Елмер, модель 2360). Извлечение кадмия равным 100% означало, что остаточное содержание кадмия в растворе было ниже предела чувствительности 0,03 Cd мг/л. Флотация нагруженной биомассы протекает быстро. За 1 мин извлекается почти 100% биомассы актиномицетов и свыше 95% кадмия при указанных выше условиях (табл.1).

Скорость потока воздуха 100 см³/мин является достаточной для эффективной флотации нагруженной биомассы и наличие Ц Т М А Вr повышает отделение биомассы. В области рН от 6 до 10 отделение биомассы и удаление кадмия было эффективным. Удаление кадмия было почти 100%, так как остаточная концентрация кадмия была ниже 0,03 мг/л. Без наличия биомассы удаление кадмия наблюдается только при рН, равном 10 (табл. 2).

Учитывая внутреннюю структуру актиномицетов и их гидрофобные свойства, способность коагулировать/флокулировать с образованием больших флокул, которые легко захватываются пузырьками воздуха и флотируются, чем небольшие отдельные клетки. Биомасса легко флотируется (свыше 80%) без флотореагентов, хотя добавление небольшой дозы Ц Т М А Вr способствует повышению отделения биомассы (табл. 3).

С целью многократного использования биомассы в качестве биосорбента и утилизации элюированного металла были определены оптимальные условия десорбции кадмия. Биосорбированный кадмий был элюирован из биомассы при небольших расходах 1 М сульфата натрия при рН ниже 5,2. В элюате концентрация кадмия возросла почти в 11 раз, по сравнению с первоначальной концентрацией кадмия в растворе. Биомассу использовали во вторичных циклах флотации и она сохраняла высокую эффективность удаления кадмия из раствора. Предлагаемый способ эффективен и может действовать как "полирующий" в тех процессах, в которых не достигается необходимая степень удаления кадмия. Предлагаемое техническое решение соответствует критериям промышленной применимости, новизны и изобретательского уровня.

Источники информации

1. Патент США 2990958, класс 209.166.9.12.1958.

2. А.с. СССР 134220 от 15 декабря 1960, кл. В 03 D 1/02. Способ флотации медно-цинковых руд. Клименко Н.Г., Калашникова Т.М., Царенко Л.В. Б.И. 24. 1960.

3. А.с. СССР 123097 от 24 сентября 1959, кл. В 03 D 1/021. Способ флотации полиметаллических руд. Клименко Н.Г., Калашникова Т.М. Б.И. 20, 1959.

4. Sadowski Z. and Golab Z., Smith R.W. Flotation of Streptomyces pilosus after lead Accumulation. Biotechnology and Bioengineering. 1991. V. 37. Р.955-959.

Формула изобретения

1. Способ флотации ионов кадмия из разбавленных водных растворов с носителем, характеризующийся тем, что в качестве носителя используют биомассу микроорганизмов - грамположительные актиномицеты Actinomycetes АК61 или J L322 при начальной концентрации кадмия 5 или 10 мг/л, при этом биомасса микроорганизмов концентрирует на своей поверхности катионы кадмия и затем извлекается флотацией с использованием собирателя и пенообразователя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что биомассу микроорганизмов используют в количестве 0,27-0,5 мг/л.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве собирателя используют катионный собиратель цетилтриметиламмоний бромид при рН от 6 до 10 и контакте с биомассой в течение 15 мин.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что десорбцию кадмия с поверхности биомассы осуществляют обработкой сульфатом натрия.