Способ извлечения ванадия из раствора

 

(22) 1 (46) 30 (71) т тем

Бога с (72) З.P

Н.В. П

Ю.И. (56) )

N- 94

1,12.89 .01.93, Бюл, N 4 деление природных дисперсных сисизико-химического института им.А. В, кого . Ульберг, Л.Г. Марочко, Т.А. Полищук, ерцов, Г.И. Силаков, Л.П. Хлопков и

Артамонов вторское свидетельство СССР

1319, кл. С 02 F 3/34, 1980.

РАСТВОРА (57) Использование: биотехнология, очистка растворов. Сущность изобретения: растворы, содержащие ванадий, обрабатывают биомассой водоросли СЫогеНа vulgaris Larg1. адаптированных к ванадию, и обработку ведут при массовом соотношении ванадия и водорослей 1:(2,0-2,2) и рН 2,5-5,0 с последующим отделением ванадийсодержащего осадка. Степень извлечения ванадия 98%.

2 табл. гии, испо жет нади сост зобретение относится к биотехнолочастности к извлечению металлов с ьзованием микроорганизмов, и моыть использовано для извлечения ваиз техногенных растворов сложного ва. эвестны способы извлечения ванадия из р створов, обеспечивающие степень извлеч ния 99,5-99;60%. ервый способ извлечения ванадия из разб вленных растворов состоит в том, что в ис одный раствор добавки комплексообразо ателя из группы о,о -диоксиазосоединен й, содержащих сульфогруппы в саче ании с поверхностноактивным агентом, производят флотацию. ущность данного способа заключается в то, что ион ванадия образует с водораствори ым комплексообраэователем отрицатель о заряженный комплексный анион, который с поверхностноактивным агентом

ОС-20 {алкамон), несущим положительный заря, образует нейтральный или нерастворимь и в воде продукт, который и уносится пено, образующейся при барботировании ! ! !

8 воздуха. Извлечению ванадия не мешают

1000-кратные количества Na+, K+, S04, СГ.

Остаточное содержание ванадия в растворе; С составляет 1,1.10-5% или 0,1 мг/л.

Во втором способе извлечение ванадия ведут из солянокислых растворов. с помощью органического реагента изододецилового спирта, взятого в соотношении с ванадием в исходном растворе 0,01- 4

0,04:1,0. При перемешивании и t- 80 — 100 С 0 смесь выдерживают 1 час, Полученный осадок отфильтровывают, высушйвают на () воздухе и подвергают термическому разло- сО жению при 550 С. Степень выделения вана- Ср дия в осадок составляет 99,5%.

Способы не позволяют селективно извлекать ванадий иэ сложных по составу техногенных растворов, содержащих в достаточно больших количествах ионы Fe, Al, Мп, Ni.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ обработки сточных вод активным илом в анаэробных условиях. сущность которого состоит в том, 1791398 что сульфатвосстанавливающие бактерии содержащиеся в активном иле способны в анаэробных условиях восстанавливать сульфаты до сероводорода, образующего вайадием нерастворимые сульфиды, Остаточное содержание ванадия в очищенных стоках 0,05 — 0,1 мг/л, что соответствует

ПДК.

Как следует из данных укаэанного способа, имеющиеся в системе с ванадием катионы Cu, Fe, Nl, образуют нерастворимые сульфиды металлов, которые и удаляются одновременно с ванадием.

Например, при обработке раствора, содержащего ванадия — 100 мг/л, железа.—

80 мг/л, меди — 5 мг/л и никеля — 10 мг/л, после контакта очищаемых растворов с сул ьфатвосстанавливающими бактериями степень извлечения этих металлов соответ-" ственно составляет 99,95% для ванадия, 99,9 / для железа и 100% для меди и никеля (табл.2, пример 12), Известный способ неселективен по от ношению к ванадию, так как он направлен йа очистку сточных вод от ионов металлов, образующиеся сульфиды которых выпадают в осадок.

Целью изобретения является обеспечение селективного иэвлвчения ванадия при достижении высокой степени извлечения из многокомпонентных техногенных растворов.

Для достижения поставленной цели предложен способ извлечения ванадия из растворов, состоящий в том, что растворы .обрабатывают водорослями Chlorella . чо1дэг1з, Larg1 адаптированными к ванадию и обработку ведут при массовом соотношении вадания и водорослей, равном 1:(2,0—

2,2), и рН среды 2,5 — 5 О.

Установлено, что водоросли СЫогеИа

vulgarls, агд1, адаптированные к ванадию, быстро и эффективно сорбируют только ионы ванадия с образованием комплексных соединений с поверхностными функциональными группами клеток в присутствии других. ионов металлов.

Проведены исследования сорбционной емкости различных видов водорослей по отношению к ванадию. Данные, представленные в табл.1; показали, что иэ различных видов водорослей Chlorella vulgarls, шт.18, СЫогеИа pyrenoidosa, Scenedesmus

obtlquus, СЫогеИа vulgarls, Larg1 высокой сорбционной емкостью по отношению к ванадию 154 мгl г, обладают клетки

Scenedesmus оЬИоооз (пример 3) и 400 мг/л — клетки СЫогеИа vulgarls, Larg1 (пример 5), которыми соответственно извлекают 30,8% и 80% ванадия из растворов НаЧОэ, Укаэанные виды водорослей предварительно адаптировали к ванадию. Адаптацию клеток

Chlorella vulgarls, Larg1 и Scenedesmus

obllquus проводили путем добавления к сре5 де Тамия ванэдата натрия в концентрации

2,5 10 г/л в пересчете на ванадий, Через каждые 7 — 10 дней культуру пересевали на свежую питательную среду в течение 2-х месяцев и выращивали при рН 6,5 — 7,0 и

10 температуре 26-32 С и освещенности 5 — 6 ты с,люкс.

Экспериментально установлено, что адаптация водорослей к ванадию приво дила к увеличению их сорбционной емко15 сти на 20-25%.

Так, для адаптированных клеток

Scenedesmus obllquus сорбционная емкость увеличилась до 185,2 мг/г при проценте извлечения 56 7% (табл.1, пример 4).

20 Лучшие результаты получены для адаптированных к ванадию клеток Chlorella

vulgaris, агд1, их сорбционная емкость составила 500 мг/г, за 1 час иэвлека от до

100% металла. Высокая сорбционная ем25 кость водорослей СЫогеИа vulgaris, Larg1 при заявляемых параметрах способа обеспечивала и селективное извлечение ванадия из техногенных растворов, Способ реализуется следующим обра30 зом, В качестве микрофлоры используют водоросли СЫогеИа vulgarls, Larg1 из коллекции Института физиологии растений AH

СССР, выращенные на среде Тамия при температуре 26-32 С, при рН 6,5-7,0. Водоросли

35 предварительно адаптировали к ванадию, добавляя в питательную среду ванадат натрия в концентрации 2 5 10 г/л, Техногенные растворы представляют собой сложные системы, содержащие катионы различных ме40 таллов: ванадия — 500-2000 мг/л, железа

200 — 1500 мг/л, алюминия 2000 — 2800 мг/л, марганца 100 — 150 мг/л, никеля 20-80 мг/л, рН раствора 1,8.

К исходному ванадийсодержащему раствору добавляют водоросли Chlorella

vulgarls, Larg1 в виде пасты. Пасту водорослей получали путем отделения клеток от питательной среды, центрифугированием при

v = 1500 об/мин в течение 20 минут, Массовое соотношение ванадия к водорослям составляет 1:(2,0-2,2) и рН среды 2,5 — 5,0; которое создают, добавляя 10%-ный раствор NaOH. Полученную смесь перемешивают в течение 1-2-х часов, Затем клетки отделяют от жидкости, например центрифугированием в течение 15 минут при ч = 1500 об/мин. Осадок анализируют на содержание металлов.

1791398

Количество сорбированного клетками металла определяют методом рентгенофлюоресцентного анализа на приборе XR 500, Извлечение ванадия. считается селективным, когда количество примесей в вана- 5 дийсодержащем осадке не превышает 5%, что озволяет использовать полученный ванадий в качестве легирующей добавки. установлено, что существует оптимальный интервал значений рН среды (2,5-5,0), 10 при котором достигается максимальная степень извлечения ванадия при минимальной

1 степ.ни извлечения сопутствующих метал-! лов табл,2, примеры 1-7). ри рН среды ниже заявляемого преде- 15 пример, рН 2 (табл.2, пример) клетки т физиологическую активность и утрат селективность. Наряду с ванадием извлекаться и другие металлы (Fe, Al, !

) из многокомпонентных растворов. 20 том степень извлечения ванадия падо 70%, а количество примесей в ваI теря чива буду

Мп, При дает надийсодержащем осадке возрастает до

120.0 ,величение рН среды до 5,5 приводит к 25 гидр лизу железа и частичному гидролизу алю иния, образующиеся коллоидные частицы Ге(ОН)э и Al(0H)s наряду с ванадием сорбируются на активных центрах поверхностй водорослей. Степень извлечения ва- 30 над я падает до 85/,, а количество при есей в ванадийсодержащем осадке возр стаетдо 22,8 (табл.2, пример 9). оличество вводимых водорослей выбран из условия полноты извлечения вана- 35 дия. ри массовом соотношении ванадия к водорослям ниже заявляемого предела, например, равном 1:1,9 не обеспечивается достаточно высокая степень извлечения 40 ванадия. При этом ванадий извлекается на

90%, ) извлечение примесей повышается до

2,1% (табл.2, пример 10), Верхний предел соотношения ванадия к водорослям ограничен тем, что повыше- 45 ние в системе содержания водорослей не приводит к увеличению ни степени извлечения в надия, ниегоселективности и является э ономически нецелесообразным (табл,, пример 11). 50

Пример. Берут 250 мл исходного техногенного раствора, содержащего ванадия 05 г; железа 0,25 r, алюминия 0,5 r; марганца 0,025 г и никеля 0,005 r; добавляя

10 -ный раствор NaOH, создают в среде рН

5,0. Затем добавляют водоросли Chforella

vulgaris, Larg1 предварительно адаптированные к ванадию в виде пасты в количестве 3,3 r; содержащие 1 г клеток в пересчете на сухое вещество.

Массовое соотношение ванадия к водорослям равно 1:2. Полученную смесь перемешивают в течение 2-х часов, Клетки отделяют центрифугированием при ч = 1500 o6/мин в течение 15 минут. Ванадийсодержащий осадок анализируют на содержание металлов методом рентгенофлюоресцентного анализа на приборе

XR-500.

В осадке содержится 0,5 г V, 0,014 г Fe, 0,006 г Al, 0,007 г Мп, 0,0003 г Nl, Степень извлечения ванадия 100%, а примеси ванадия, содержащиеся в осадке, составляют . 4,1% (табл.2, пример 3).

Предлагаемый способ извлечения ванадия из растворов имеет следующие преимущества по сравнению с известным (прототипом): обеспечивает селективное извлечение ванадия из многокомпонентных техногенных растворов, что характеризуется 95,9—

98,6%-ным содержанием ванадия в осадке, примеси при этом составляют 1,23 — 4,1%; обеспечивает практически 100 -ное извлечение ванадия (остаточное содержание ванадия в растворе находится на уровне

ПДК = 0,1 мг/л); обеспечивает эффективное извлечение ванадия при высоких концентрациях ванадия (до 2 г/л) и сопутствующих металлов (например, Fe до 1,5 г/h, А) — до 2,8 г/л).

Опытно-промышленная проверка предлагаемого способа извлечения ванадия из растворов будет проводиться на Запорожском титано-магниевом комбинате в 1990—

1991 гг, Формула изобретения

Способ извлечения ванадия из раствора путем обработки его биомассой микроорганизмов с последующим отделением ванадийсодержащего осадка, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения степени и селективности извлечения ванадия, используют биомассу водорослей

СЫогеПа vulgaris Larg1, адаптированных к ванадию, и обработку ведут при рН 2,5-5,0 и массовом соотношении ванадия и биомассы водорослей 1:(2,0-2,2), 10

1791398

Продолжение табл,2

Вреня, рН час среды

Wl Состав исходного пп раствора, мг/л

Ф состав

Использованная микрофлора

Ф навлечения металла от исходной концентрации какдого из ННх

Остаточная концентрация металла, и

V ре u И при меси

V » «100,0

Ре» 2,0

А! 2,0 !

1и " 5,0

lll 3,0

94 57 5,43

0,1 935 1960 142.5 77.6

1! 2,Э

2 2.5

Орототип

СУльфатвосстанавлйввке1ие бактерии

У " 99,95

Уе 99,9

Си 100,0 !!1 00,0

51.Э 48,7

10 суток 5,2

0,05 0,1!

Реда тор

Зака 131 Тираж Подписное

НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

V 2000

I Fi. » 1000 !

А1» 2000

Хп 150

tlC 80 !

12 9 100 !

Fe 80 !

Си 5

82 10 лассовое соотно еение ааияд << впдпрос лян

Составитель З.Ульберг

Техред М.Моргентал Корректор А.Козориз