Процесс адсорбционного извлечения ионов хрома(VI) из агрессивных водных растворов

Хром – один из наиболее эффективных металлов, использующихся для защиты и декоративного покрытия разнообразных изделий. Однако процесс хромирования протекает, как правило, в сильнокислой среде, что влечет за собой образований опасных и агрессивных растворов. Для удаления хрома из таких растворов исследована возможность использования углеродного адсорбента, который позволяет осуществлять практически полное извлечение металла из производственных растворов до остаточного содержания не более 0,05 мг/дм³. Одним из значимых преимуществ углеродного адсорбента является его способность извлекать ионы хрома(VI) без стадии его восстановления до трехвалентного состояния. Уставлено, что максимальная сорбционная емкость сорбента проявляется в сильнокислой среде при рН = 1,2–2,5. Такая среда обуславливает образование в растворе димера Cr₂O ^2-, являющегося адсорбируемым ионом. Предложена схема узла адсорбционного извлечения металла из растворов электрохимического производства. В качестве аппарата выбран адсорбер с псевдоожиженным слоем, поскольку взаимодействие потока с адсорбентом в данных реакторах является максимальным. Конструкция адсорбера в виде цилиндрической колонны с конусообразными верхней и нижней частями предполагает установку внутри аппарата распределительных решеток. Предлагается отработанный хромсодержащий раствор электрохимического производства после усреднителя направлять напрямую в адсорбер с загрузкой углеродного адсорбента. В целях обеспечения непрерывности режима очистки необходимо применять два параллельно работающих адсорбера. Рассчитаны технические параметры адсорбера: диаметр – 1,2 м; высота – 7,5 м; объем загрузки – 5,9 м³; высота загрузки – 6 м, а также характеристики процесса: линейная скорость потока вдоль стенок адсорбера – 12,75 м/ч; продолжительность работы аппарата до регенерации угля – 21 сутки. Предложенная схема может быть рекомендована для создания оборотного водопользования.

1. Солодкова Л.Н., Кудрявцев В.Н. Электрохимическое хромирование. М.: Глобус, 2007. 191 с.

2. Успехи гальванотехники. Обзор мировой специальной дитературы за 2016–2017 годы // Гальванопластика и обработка поверхности. 2018. Т. 26. N 1. С. 4–10. https://doi.org/10.47188/0869-5326_2018_26_1_4

3. Железнов Е.В., Кузнецов В.В. Композиционные хромовые покрытия с ультрадисперсными частицами BNвюрц и WC, получаемые из электролитов на основе Сr(VI) // Гальванотехника и обработка поверхности. 2017. Т. 25. N 1. С. 34–40. https://doi.org/10.47188/0869-5326_2017_25_1_34

4. Bakanov V.I., Nesterova N.V., Yakupov A.A. Features of electroplating of nanocrystalline chromium coatings from electrolytes based on Cr(III) // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2017. Vol. 53. Issue 3. P. 426–432. https://doi.org/10.1134/S2070205117030054

5. Tseluikin V.N. On the structure and properties of composite electrochemical coatings. A review // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2016. Vol. 52. Issue 2. P. 254–266. https://doi.org/10.1134/S2070205116010251

6. Isakov V.P., Lyamkin A.I., Nikitin D.N., Shalimova A.S., Solntsev A.V. Structure and properties of chromium-nanodiamond composite electrochemical coatings // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2010. Vol. 46. Issue 5. P. 578–581. https://doi.org/10.1134/S2070205110050138

7. Vinokurov E.G., Arsenkin A.M., Grigorovich K.V., Bondar' V.V. Electrodeposition and physicomechanical properties of chromium coatings modified with disperse particles // Protection of Metals. 2006. Vol. 42. Issue 3. P. 290–294. https://doi.org/10.1134/S0033173206030131

8. Поляков Н.А., Абрашов А.А., Паутов Д.В., Данилов А.И. Защитная способность композиционных хромовых покрытий из сульфатнооксалатных растворов-суспензий Сr(III) с добавками наночастиц SiC, Al2O3, SiO2 и MoS // Практика противокоррозионной защиты. 2013. N 4 (70). C. 63–65.

9. Бородин И.П., Шатов Ю.С., Ширяев В.Ю., Щеренкова И.С. Структура и свойства хромовых покрытий с наноалмазными упрочняющими частицами // Наноиндустрия. 2011. N 2 (26). С. 40–43.

10. Rekha M.Y., Punith Kumar M.K., Srivastava C. Electrochemical behaviour of chromium-graphene composite coatings // RSC Advances. 2016. Vol. 6. Issue 67. P. 62083–62090. https://doi.org/10.1039/C6RA06509K

11. Narayan R., Narayana B.H. Electrodeposited chromium-graphite composite coatings // Journal of the Electrochemical Science and Technology. 1981. Vol. 128. Issue 8. P. 1704–1708.

12. Графушин Р.В., Винокуров Е.Г., Махина В.С., Бурухина Т.Ф. Электроосаждение и физикомеханические свойства композиционных покрытий на основе хрома с различными модификациями углерода // Гальванотехника и обработка поверхности. 2018. Т. 26. N 2. С. 26–32. https://doi.org/10.47188/0869-5326_2018_26_2_26

13. Перелыгин Ю.П. Некоторые вопросы экологии гальваничеcкого производства // Гальванотехника и обработка поверхности. 2018. Т. 26. N 2. С. 57–61. https://doi.org/10.47188/0869-5326_2018_26_2_57

14. Перелыгин Ю.П. Зорькина О.В., Безбородова О.Е., Зуева Т.В., Флягин А.А. Новый подход к очистке сточных вод и отработанных электролитов гальванических производств // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение. 2010. N 2 (26). С. 54–57.

15. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Глобус, 2002. 352 с.

16. Фазлутдинов К.К., Марков В.Ф., Маскаева Л.Н. Утилизация хромсодержащих стоков. Часть 1. Структура и состав осадков при вос-становлении хрома(VI) железной стружкой в сернокислых растворах // Бутлеровские сообщения. 2014. Т. 37. N 2. С. 10–17.

17. Пат. № 2547756, Российская Федерация. Способ очистки сточных вод от ионов хрома(VI) / О.В. Климова, В.И. Дударев, Е.Г. Филатова; патентообладатель Иркутский государственный технический университет; заявл. 13.11.2013; опубл. 10.04.2015. Бюл. № 10.

18. Климова О.В., Дударев В.И., Филатова Е.Г. Изучение процессов сорбции ионов хрома(VI) на углеродном сорбенте // Водоочистка. 2013. N 10. С. 6–14.