1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29957
(51) C02F 101/22 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0642.1
(22) 12.05.2014
(45) 15.06.2015, бюл. №6
(72) Тажибаева Сагдат Медербековна; Мусабеков
Куанышбек Битуович; Буркитбаев Мухамбеткали
Мырзабаевич; Жалишев Кайратжан Ибрагимович
(73) Дочернее государственное предприятие на
праве хозяйственного ведения "Центр физико-
химических методов исследования и анализа"
(56) Onkar Rashmi, Ramteke D.S., Meshram P.U. Clay
intercalation Compound: Chromium Removal Study//
Int.J.Res.Chem.Environ. -2012.-Vol.2, Issue 2.-P. 83-87
(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ХРОМА
(III) ИЗ РАСТВОРОВ ГЛИНИСТЫМ
СОРБЕНТОМ
(57) Изобретение относится к гидрометаллургии и
может быть использовано в экологии, в химической
промышленности, в гальванохимии для извлечения
ионов хрома (III) из отработанных растворов.
Достигаемый технический результат -
повышение степени извлечения ионов Cr3+
и
упрощение процесса.
Повышение степени извлечения ионов хрома
(III) из растворов до 96,6-99,6% и упрощение
процесса - обеспечиваются использованием в
качестве минерального сорбента диатомита,
вводимого в массовом соотношении Cr3+
/диатомит
(0,26÷2,51)/1 мг/г при pH 6,0, с последующим
перемешиванием и выдерживанием смеси в течение
2,0 ч.
(19)KZ(13)A4(11)29957

2. 29957
2
Изобретение относится к гидрометаллургии и
может быть использовано в экологии, химической
промышленности, гальванохимии для извлечения
ионов хрома (III) из отработанных растворов.
Известен способ извлечения ионов хрома (III) из
водных растворов смесью природных глин -
китайской и бентонитовой (Abbas М.М.А., Farooq
М., and Ilyas Z. Removal of chromium (III) ions from
aqueous solution by natural clays // Middle-East Journal
of Scientific Research. - 2010. - №6 (4). - P. 377-381).
При этом в растворы с различными концентрациями
ионов Cr3+
вводят 0,4 г глин при pH 7,5. Смесь
перемешивают, через 30 минут отделяют осадок от
раствора и определяют в воде концентрацию ионов
хрома (III). Степень извлечения ионов Cr3+
составляет 99,0%.
Недостатком способа является необходимость
проведения процесса при высоких значениях pH
среды, что способствует протеканию наряду с
адсорбцией ионов металла на минерале соосаждения
их в растворе в виде гидроксида Cr3+
(ОН)3.
Отделение рыхлых осадков гидроксида требует
использования специальных фильтров или
центрифуги, это усложняет технологию извлечения
ионов хрома (III) из растворов.
Наиболее близким по технической сущности и
достигаемому результату к предлагаемому является
способ извлечения ионов хрома (III) из растворов
глинистым сорбентом: бентонитом и
монтмориллонитом (Onkar Rashmi, Ramteke D.S.,
Meshram P.U. Clay intercalation Compound:
Chromium Removal Study// Int.J.Res.Chem.Environ. -
2012. - Vol.2, Issue 2. - P. 83-87). По данному
способу в растворы с концентрацией ионов хрома
(III) 10 мг/л при pH 6,0 вводят бентонит или
монтмориллонит, обработанные оксидом циркония,
смесь перемешивают и выдерживают в течение
2,0 ч, затем отделяют раствор от сорбента. При этом
степень извлечения ионов Cr3+
из растворов с
помощью бентонита и монтмориллонита составляет
83,7 и 87,1% соответственно.
Недостатком способа является низкая степень
извлечения ионов Cr3+
и необходимость
предварительного интеркалирования сорбентов с
помощью ZrO, что усложняет процесс извлечения.
Задачей предполагаемого изобретения является
разработка способа извлечения ионов Cr3+
из
растворов глинистым сорбентом.
Технический результат - повышение степени
извлечения ионов Cr3+
и упрощение процесса.
Технический результат достигается
предлагаемым способом извлечения ионов Cr3+
из
растворов глинистым сорбентом, включающим
введение глинистого сорбента в раствор с pH 6,0,
перемешивание смеси и выдерживание ее в течение
2,0 ч, но, в отличие от известного, в качестве
глинистого сорбента используют диатомит при
массовом соотношении Cr3+
/диатомит
(0,26÷2,51)/1 мг/г.
Диатомит является высокопористым природным
минералом, образованным из диатомовых
водорослей. Большинство месторождений
диатомитов сформировалось миллионы лет назад
(Кузнецов Ю.В., Щебетновский В.Н., Трусов А.Г.
Основы очистки воды от радиоактивных
загрязнений. М.: Атомиздат, 1974. c.124).
Диатомовые водоросли, извлекая из воды
кремнезем, использовали его для построения своих
панцирей, а отмирая, образовывали диатомитовые
породы. Пространственная структура диатомей
состоит из отдельных частей, что и определяет
высокую пористость минерала. В Казахстане
большие залежи диатомита обнаружены в
Актюбинской области, в Мугоджарах.
Результаты седиментационного анализа
показали, что средний радиус частиц мугоджарского
диатомита составляет 65-70 мкм, величина удельной
поверхности - 46,2 м2
/г. По данным (Кузнецов Ю.В.,
Щебетновский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки
воды от радиоактивных загрязнений. М.: Атомиздат,
1974. c.124), размер пор диатомита колеблется в
пределах 60 нм - 1,0 мкм. Диатомит представляет
собой перспективный материал для использования в
качестве сорбента, обладающего высокой
механической прочностью и значительной
сорбционной емкостью. Немаловажным фактором
является и то, что этот материал является
относительно дешевым минеральным сырьем.
Эффективность степени извлечения ионов Cr3+
из растворов диатомитом зависит от количества
активных центров на поверхности минерала, на
которых адсорбируютя ионы металла, т.е. от
количественного соотношения сорбируемых ионов
и адсорбента. Это может быть выражено в моль/г,
ммоль/г или г/г, мг/г. Поскольку в литературных
источниках по очистке воды количества
загрязняющих веществ и их предельно-допустимые
концентрации выражают в мг/л, удобно
соотношение между адсорбатом и адсорбентом
выражать в виде их массового соотношения мг/г.
Наилучший эффект извлечения ионов Cr3+
достигается при массовом соотношении
Cr3+
/диатомит (0,26÷2,51)/1 мг/г, что обеспечивается
наличием на поверхности диатомита достаточного
количества силанольных групп=SiOH, способных к
ионообменному взаимодействию с ионами металла.
Повышение в системе количества сорбируемых
ионов металла до соотношения
Cr3+
/диатомит › 2,51:1 ведет к снижению степени
извлечения, что связано с избытком ионов Cr3+
к
количеству адсорбента.
Дальнейшее снижение соотношения ионов Cr3+
и
диатомита нецелесообразно ввиду перерасхода
минерала, так как при этом часть его поверхности
остается свободной, т.е. не занятой ионами металла.
Способ осуществляют следующим образом. В
50 мл раствора, содержащего ионы Cr3+
, при pH
среды, равном 6,0, вводят глинистый сорбент, в
качестве которого используют диатомит, причем
добавляют его в раствор в массовом соотношении
Cr3+
/диатомит (0,26÷2,51)/1 мг/г, смесь
перемешивают и выдерживают в течение 2,0 ч.
Способ иллюстрируется следующими
примерами.
Пример 1. В 50 мл раствора с концентрацией
ионов Cr3+
5,2 мг/л вводят 1 г диатомита. При этом

3. 29957
3
массовое соотношение ионы Cr3+
:диатомит
составляет 0,26:1 мг/г. Смесь перемешивают и
выдерживают при рН=6,0 в течение 2,0 ч, затем
отделяют адсорбент от раствора. Степень очистки
воды от ионов Cr3+
составляет 99,6%.
Пример 2. Опыт проводят в условиях примера 1,
однако исходная концентрация ионов Cr3+
составляет 10,4 мг/л, а соотношение Cr3+
/диатомит
0,51:1 мг/г. Степень извлечения ионов хрома
достигает 98,5%.
Пример 3. В условиях примера 1 проводят
обработку Cr3+
-содержащей воды с концентрацией
ионов металла 26,0 мг/л диатомитом. Массовое
соотношение Cr3+
/диатомит составляет 1,26:1 мг/г.
После перемешивания и выдерживания смеси при
pH 6,0 в течение 2 ч степень извлечения ионов
хрома (III) из раствора равна 97,1%.
Пример 4. В 50 мл соли Cr3+
с концентрацией
52,0 мг/л вводят 1 г диатомита. Смесь
перемешивают, затем выдерживают в течение 2 ч
при pH 6,0. При этом массовое соотношение
Cr3+
/диатомит соответствует 2,51:1. Степень
извлечения ионов металла равна 96,6%.
Пример 5. Опыт проводят в условиях примера 1
с той лишь разницей, что исходная концентрация
ионов Cr3+
в исходном растворе составляет
78,0 мг/л, а массовое соотношение Cr3+
/диатомит
равно 3,55:1 мг/г. После отделения сорбента от
раствора степень извлечения ионов хрома (III) равна
80,9%.
Пример 6. В раствор с концентрацией ионов Cr3+
104,0 мг/л и объемом в 50 мл вводят 1 г диатомита,
что соответствует массовому соотношению
металл (III):сорбент 4,02:1 мг/г. Смесь
перемешивают и выдерживают при pH 6,0 в течение
2 ч. Степень извлечения составляет 77,3%.
Результаты эксперимента приведены в таблице.
Таблица
Зависимость степени извлечения ионов хрома (III) от массового соотношения Сr3+/диатомит
№
примера
Масса
диатомита, г
Объем
раствора,
мл
Исходная
концентрация
Сr3+
, мг/л
Концен-
трация
Сr3+
после
обработки
диатомитом,
мг/л
Степень
извлечения,
%
Массовое
соотношение
[Сr3+
]: [диатомит,
мг/г
Адсорбция,
ммоль/г
1 1 50 5,2 0,02 99,6 0,26:1 0,005
2 1 50 10,4 0,16 98,5 0,51: 1 0,010
3 1 50 26,0 0,75 97,1 1,26:1 0,024
4 1 50 52,0 1,77 96,6 2,51:1 0,048
5 1 50 78,0 7,10 80,9 3,55:1 0,068
6 1 50 104,0 23,61 77,3 4,02:1 0,077
Монтмо-
риллонит
10,0 1,29 87,1 0,44:1 0,009Прототип
Бентонит 10,0 0,63 83,7 0,42:1 0,008
Примечание*. Сравнение с прототипом проводили по отношению к монтмориллониту.
Как видно из представленных данных, степень
извлечения ионов Cr3+
с помощью диатомита в
области оптимальных соотношений Cr3+
/сорбент,
соответствующих (0,26÷2,51):1 мг/г, составляет
96,6-99,6%. По сравнению с прототипом
предложенный способ позволяет повысить степень
извлечения на 9,5-12,5% и упростить процесс
извлечения ионов хрома, исключая стадию
интеркалирования сорбента. Наряду со степенью
извлечения растет и величина адсорбции (А), однако
при высоких исходных концентрациях ионов Cr3+
(примеры 5 и 6) рост ее замедляется, что
свидетельствует о насыщении поверхности
глинистого сорбента ионами металла.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ извлечения ионов хрома (III) из
растворов глинистым сорбентом, включающий
введение глинистого сорбента при рН 6,0,
перемешивание и выдерживание в течение 2,0 ч,
отличающийся тем, в качестве глинистого
сорбента используют диатомит при массовом
соотношении Сr
3+
/диатомит (0,26-2,51)/1 мг/г.
Верстка Н.Киселева
Корректор К.Нгметжанова