Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІОКОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ІМ. Ф.Д. ОВЧАРЕНКА

УДК 620.193.7:543.3.33

ЛАВРИНЕНКО ОЛЕНА МИКОЛАЇВНА

ПРОЦЕСИ ФАЗОУТВОРЕННЯ У СИСТЕМІ ГАЛЬВАНОКОНТАКТІВ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Київ-2002

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у відділі фізико-хімічної геомеханіки Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Прокопенко Віталій Анатолійович

Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, м.Київ, заступник директора Інституту з наукової роботи

Офіційні опоненти: доктор технічних наук,

професор кафедри біохімії та екології харчових виробництв

Запольський Анатолій Кирилович

Український державний університет харчових технологій, м. Київ,

директор Інституту екологічних проблем в харчовій промисловості

доктор хімічних наук,

професор кафедри фізико-хімічних основ біотехнологічних процесів

Кузмінський Євгеній Васильович

Національний технічний університет України “КПІ”,

Міністерства освіти і науки м. Київ,

заступник декана факультету біотехнології та біотехніки

Провідна організація: Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, м. Київ,

Відділ сорбентів екологічного призначення

Захист дисертації відбудеться “18”квітня 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.209.01 при Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України

(03142, Київ-142, бульвар Академіка Вернадського, 42).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту біоколоїдної хімії

ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України.

Автореферат розіслано “15”березня 2002 р.

ТВО вченого секретаря

спеціалізованої вченої ради

д.х.н., проф., академік РАПН М.В. Перцов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Колоїдно-хімічні процеси утворення дисперсних фаз у системі гальваноконтактів залізо-вуглець, які стали основою ефективного методу гальванокоагуляції, реалізуються на практиці при вилученні з розчинів, у тому числі й складного вмісту, іонів таких важких металів, як хром, мідь та деяких інших на підприємствах металообробної, машинобудівної, електротехнічної, електронної галузей промисловості. В той же час систематизовані знання колоїдно-хімічних механізмів перебігу цих процесів, в тому числі умов утворення за наявності іонів важких металів, кількісного та якісного складу первинних фаз, їх подальшої трансформації та властивостей, які є відповідальними за ефективність методу при його застосуванні та, взагалі, за його застосовність в конкретних умовах, відсутні. Це призвело і призводить у ряді випадків до стихійного характеру використання означеного методу в промисловості, і, як наслідок, часто рівень вилучення за його допомогою іонів ряду металів, зокрема цинку, нікелю та інших не задовольняє технічним запитам та санітарним нормам. Це не дає змоги реалізувати високі потенційні можливості методу та зводить нанівець його переваги перед такими поширеними методами, як реагентний, іонообмінний, електрокоагуляційний, адсорбційний та ін. Враховуючи сучасні світові вимоги до технологій розділення іонних сумішей і очищення розчинів, які є базовими для багатьох виробництв як у нашій країні, так і за кордоном, та беручи до уваги значну економічну привабливість практичного використання методу гальванокоагуляції в промисловості, виконана робота, що націлена на вирішення вказаних питань, є актуальною і своєчасною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу було виконано у відділі фізико-хімічної геомеханіки Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України в рамках відомчої тематики науково-дослідних та пошукових робіт Національної академії наук України за розділом фундаментальних напрямів досліджень 2.16 Колоїдна хімія: "Процеси розділення та очищення природних і техногенних розчинів і дисперсій; створити нові технології та апарати" 2.16.8.43., № держреєстрації 0197V008538; "Теоретичне обгрунтування та розробка колоїдно-хімічних методів розподілу компонентів у промислових розчинах та дисперсіях з утилізацією корисних речовин" 2.16.1.12., № держреєстрації 0100V002371; "Вивчення процесів утворення нових дисперсних фаз на поверхні поляризованого залізного електрода в розчинах важких металів і ПАР" 2.16.1.4 (П), № держреєстрації 0101V002538. Крім того, робота виконувалася за проектом 5.5 "Розробити технологію адсорбційно-кристалізаційного компактування важких металів з метою вилучення їх з промислових розчинів" Багатогалузевої науково-технічної програми "Нові хімічні матеріали та речовини малотоннажного виробництва для заміни імпортованих".

Мета та задачі роботи. Метою роботи є визначення механізмів перебігу колоїдно-хімічних процесів утворення та трансформації дисперсних фаз в умовах дії короткозамкненої гальванопари залізо-вуглець (кокс) в аерованому водному дисперсійному середовищі за наявності в ньому іонів важких металів, ролі в цьому гальваноконтактів; встановлення залежностей складу утворених дисперсних фаз та хімічного складу кінцевих розчинів від режимів проведення гальванокоагуляційного фазоутворення та складу вихідних розчинів.

Для досягнення вказаної мети вирішувались такі основні задачі:

·- встановлення механізмів процесів утворення дисперсних фаз у системах фіксованих та нефіксованих напівелементів гальванопари залізо - вуглець (кокс) в аерованих дистильованій воді та металовмісних розчинах (як модельна система - розчини цинку, для порівняння - розчини нікелю, міді) різного аніонного складу та рН;

·- визначення ролі самого гальваноконтакту в процесах утворення дисперсних фаз;

·- встановлення залежності фазового складу утворених сполук і хімічного складу розчинів, отриманих у ході гальванокоагуляційного фазоутворення, від складу вихідних розчинів і умов проведення процесу гальванокоагуляції.

Об'єкт дослідження - процеси утворення дисперсних фаз у системі залізо - вуглець в умовах наявності у водному дисперсійному середовищі іонів важких металів.

Предмет дослідження - закономірності вилучення іонів важких металів (на прикладі іонів цинку, а також нікелю та міді), що містяться у водному аерованому дисперсійному середовищі, дисперсними фазами гідроксидів та оксидів заліза, що утворюються в зануреній у це середовище системі гальванопари залізо - вуглець.

Методи дослідження - хімічний аналіз розчинів та осадів, рентгенофазовий, термографічний, електронно-мікроскопічний аналізи, потенціалометрія, аналіз електрокінетичних властивостей фаз, а також спеціально розроблена методика моделювання процесів утворення фаз у системах фіксованих гальваноконтактів.

Наукова новизна. Вперше встановлено, що головним механізмом вилучення іонів важких металів (зокрема цинку, а також нікелю та міді) гальванокоагуляційними системами, що вивчались, є утворення дисперсних фаз феритів відповідного металу, а також, меншою мірою, гідроксосолей, що утворюють у дисперсних агрегатах гідроксидів-оксидів заліза фази-включення; при цьому адсорбційний механізм не є основним і виступає як первинний акт залучення іона важкого металу до гідроксиду-оксиду заліза з наступною перебудовою його у відповідний ферит структури шпінелі. Аніонна ж складова розчинів значною мірою впливає на перебіг процесу фазоутворення в системах, в яких головний катіон (метал) електронегативніший, ніж залізо (цинквмісні системи) і, навпаки, майже не впливає на умови формування та склад дисперсних фаз у системах з електропозитивнішими, ніж залізо, катіонами (нікель- та мідьвмісні системи).

Вперше показано, що фазоутворення і трансформація новоутворених фаз відбувається безпосередньо на поверхні розподілу гальванопари залізо-вуглець з аерованим дисперсійним середовищем; при цьому відповідальним за утримання фаз на поверхні гальванопари виступає електростатичний фактор.

На розвиток уявлень, що вже існують, показано, що колоїдно-електрохімічний механізм дії короткозамкненої гальванопари залізо-вуглець (кокс), що знаходиться у аерованому водному середовищі, не залежить від наявності або відсутності іонів важких металів і являє собою просторово розділений процес утворення в системі іонів Fe2+ та вільних електронів - на залізному напівелементі, а підлужування аерованого дисперсійного середовища за рахунок відновлення кисню цими вільними електронами і утворення гідроксоіонів - на вуглецевому.

Вперше доведено, що наявність короткозамкненої гальванопари залізо-вуглець на відміну від системи тільки з залізним напівелементом призводить до утворення фаз з досить пухкою структурою, яка досить легко видаляється з поверхні залізного напівелементу гальванопари навіть при незначних механічних зусиллях, тим самим поновлюючи поверхню заліза для подальшого перебігу реакцій утворення нових дисперсних фаз.

Практична значимість роботи. Одержані результати започатковують методологію цільового керування процесами гальванокоагуляційного фазоутворення і визначають шляхи досягнення найефективнішого виділення катіонів цинку, інших катіонів важких металів (зокрема, нікелю, міді) з техногенних та природних розчинів різного аніонного складу (Cl-, NO3-, SO42-), причому і в умовах, що реально моделюють промислові процеси та відповідне обладнання; їх доцільно використовувати при проектуванні та створенні технологічних ділянок промислового розділення компонентів вказаних систем, у тому числі в схемах очищення вод від важких металів. Наукові результати можуть бути використані при подальшому розвитку теоретичних основ методу гальванокоагуляційного фазоутворення в умовах інших складових таких систем - природи напівелементів гальванопар, способу аерації тощо. Дані, одержані в ході виконання цієї роботи, використовуються на цей час для створення технологічної ланки очищення стічних вод від міді, цинку та інших металів на ділянці переробки дисперсних відходів на ВАТ "Київський ювелірний завод".

Конкретний особистий внесок дисертанта. Особистий внесок автора дисертації полягає в безпосередній участі у плануванні, розробці схеми експериментів та їх реалізації; створенні ряду експериментальних методик; самостійному проведенні експериментальних досліджень та обробці їх результатів, зокрема, з напрацьовування за оригінальними прийомами зразків матеріалів, хімічного аналізу розчинів, термографічного аналізу фаз, розрахунку пофазової відносної кількості зразків, визначення критичних та ефективних параметрів функціювання моделі промислового гальванокоагулятора тощо. Автором самостійно проводилися також ідентифікація та аналіз фаз за рентгенографічними даними, експериментально одержаними с.н.с., к.х.н. Л.Г.Надєл. Електрохімічні дослідження були експериментально виконані, а їх результати обговорені з залученням м.н.с. В.В.Зозулі. Електронно-мікроскопічні дослідження проводилися за участю головного спеціаліста А.Г.Савкіна. Узагальнення одержаних результатів та отриманих висновків виконано за участю акад. РАПН, д.х.н., проф. М.В.Перцова.

Апробація роботи. Основні наукові заходи, на яких було представлено результати роботи: IX Наукова школа країн СНД з механічної обробки дисперсних матеріалів і середовищ - Одеса, серпень 1999; III Міжнародна конференція з екології Карпатського регіону “CERECO-2000” - Угорщина, Мішкольц, травень 2000; X Міжнародна ювілейна школа з механічної обробки дисперсних матеріалів і середовищ - Одеса, серпень 2000; III Конференція з колоїдної хімії та фізико-хімічної механіки природних дисперсних систем - Одеса, серпень 2001.

Публікації. За матеріалами роботи опубліковано 7 статей та 2 тези доповідей на конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, семи розділів, висновків, списку використаної літератури та двох додатків. Її обсяг - 200 сторінок, містить 28 таблиць і 80 рисунків. Список літературних налічує 220 одиниць джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Фазоутворення у залізовмісних дисперсійних середовищах у процесах вилучення іонів важких металів з розчинів.

В розділі узагальнено та систематизовано сучасні дані вітчизняних і зарубіжних авторів з утворення у водних середовищах дисперсних фаз сполук заліза (гідроксидів, оксидів тощо) в процесах зв'язування ними іонів важких металів при їх розподілі або вилученні під час водоочищення та в природоохоронних технологіях. Наведено основні дані про вилучення важких металів з розчинів методом гальванокоагуляції, який було розроблено в 1980-1983 рр. в інституті “Казмеханобр” (м.Алма-Ата) В.А. Феофановим з співробітниками і знайшов своє використання на ряді промислових підприємств, проаналізовано його переваги перед іншими і показано, що реалізація цих переваг потребує як достовірної ідентифікації дисперсних фаз, що утворюються в результаті застосування методу, так і розкриття ряду критичних механізмів їх виникнення і трансформації. Розглянуто уявлення про поверхневі явища та фазоутворення в умовах гальваноконтактів, електрохімічні процеси іонізаціі заліза при анодному розчиненні, шляхи утворення гідроксидів заліза та феритів металів за наявності в розчинах іонів важких металів та при співосадженні гідроксидів. На основі проведеного аналізу літературних джерел сформульовано наукові задачі, вирішення яких дозволяє досягти головної мети роботи.

Об'єкти та методи дослідження.

В рамках основного об'єкта дослідження вивчались: фазоутворювальні процеси, які відбуваються в системах фіксованих та нефіксованих гальваноконтактів залізо-вуглець (кокс); тонкодисперсні залізовмісні фази, як продукт функціонування систем, що досліджуються, та розчини, в яких реалізуються означені процеси. Фіксовані гальваноконтакти були одержані на лабораторній установці (Рис. 1), де напівелементи (залізо Ст3 та кокс) механічно міцно фіксувались один з одним по відповідних площинах (короткозамкнена гальванопара). Вивчалась також система без вуглецевого напівелемента, тобто за наявності тільки залізного диска. Нефіксовані гальваноконтакти реалізовувались в діючій моделі промислового гальванокоагулятора (Рис. 2) при обертанні його барабана, коли напівелементи гальванопар - суміш шматочків залізної стружки та коксу у відповідному масовому співвідношенні, що являє собою його наповнення,- змінювали своє положення один відносно одного, перебуваючи у постійному у контакті. Враховуючи стандартний електродний потенціал водної системи цинку Zn2+|Zn0 Е025 = - 0,76 В, що виключає процеси його відновлення на поверхні заліза з Е025 = - 0,44 В , його поширення як чи не найголовнішого забрудника технічних та стічних вод металургійних виробництв регіонів Донбасу, Запорізької та Дніпропетровської областей, а також беручи до уваги неефективність його вилучення з водних розчинів рядом методів, включаючи і гальванокоагуляційний, його й було обрано об'єктом для моделювання процесів, що вивчались. Для порівняння також розглядались системи з солями нікелю та міді у водному дисперсійному середовищі (відповідно Е025 = - 0,25 В та Е025 = + 0,34 В), катіони яких контактно витісняються залізом. Модельні розчини готували з хлоридів, нітратів та сульфатів зазначених металів у діапазоні концентрацій катіонів 100-300 мг/л при рН 3, 6 та 7,8.

Основними методами дослідження для дисперсійного середовища стали хімічний аналіз і вимірювання рН; для дисперсійних фаз - визначення їх електрокінетичних параметрів (електрокінетичного потенціалу - ЕКП) за електрофоретичною рухомістю частинок, маси осадів, їх рентгенографічний, термографічний, хімічний та електронно-мікроскопічний аналізи. Для дослідження системи фіксованих гальваноконтактів використовувалася потенціалометрія, запропонована методика напрацювання та розділення фаз, що утворюються на залізному напівелементі. Для системи нефіксованих гальваноконтактів розроблена схема експерименту, яка дає змогу визначити вплив параметрів проведення гальванокоагуляції і складу вихідних розчинів на залишковий хімічний склад дисперсійного середовища і склад дисперсної фази. На базі даних рентгенографії доопрацьовано методику розрахунку пофазового розподілу осадів у відносних одиницях, яка дає змогу кількісного порівняння виходу фаз у зразках заданої вибірки.

Електрохімічні та електрокінетичні аспекти дії короткозамкненої гальванопари залізо-вуглець (кокс).

Шляхом вимірювання потенціалів коксового (+0,4-+0,9 В) та залізного (-0,3--0,5 В) напівелементів і компромісного потенціалу короткозамкненої гальванопари (-0,3--0,45 В) залежно від хімічного складу розчинів було підтверджено, що механізм дії гальванопари залізо-кокс в аерованих розчинах являє собою корозію заліза з переважно кисневою деполярізацією, що пояснюється відносно малими площами катодних ділянок поверхні залізного напівелемента порівняно з площею активної поверхні коксового. З цієї причиною, катодну та анодну реакції можна вважати просторово розділеними. На поверхні заліза відюувається анодна реакція окиснення заліза за реакцією (1).

Fe0 = Fe2+ + 2 b (1)

Водночас, за наявності кисню на поверхні коксу відбувається катодна реакція відновлення кисню з підлужуванням розчину за реакціями (2-3), яка в інтервалі рН 2-6 має вигляд (2), а в інтервалі рН 6-10, відповідно (3):

О2 + 4Н+ + 4 b = 2(OH-) + 2Н+ = 2 Н2О; (2)

О2 + 2 Н2О + 4 b = 4 ОН- . (3)

Наявність сторонніх катіонів не впливає на електрохімічний механізм дії гальванопари залізо-вуглець (кокс). Роль гальваноконтакту залізо-кокс в електрохімічному аспекті дії цієї гальванопари полягає, таким чином, в утворенні в системі на аноді іонів двохвалентного заліза та вільних електронів, необхідних для перебігу катодних окисно-відновних реакцій, внаслідок чого при деполяризації в прикатодному просторі розчин підлужується шляхом захоплення електронів і надходження в систему іонів гідроксилу. Вони, у загальному випадку, і спричиняють гідратоутворення за участю катіонів заліза, цинку та ін. Сформовані таким чином дисперсні фази гідроксидів, насамперед заліза, мають негативний електрокінетичний потенціал (ЕКП) спочатку -12 мВ, який протягом 10 год знижується до -7 мВ. За наявності в системі сторонніх катіонів - цинку, нікелю, міді - ЕКП частинок залежно від їх концентрації (при рН 6) досить різко проходить границю нульового заряду, досягає значення + 13 мВ - для системи з Zn2+ і +7 мВ - для систем з Сu2+ та Ni2+, після чого монотонно зменшується в досить широкому інтервалі концентрації відповідних катіонів. Враховуючи постійний характер утворення в гальванокоагуляційному процесі нових фаз з первинним негативним зарядом, у таких системах існують умови зникнення електростатичного фактора стійкості, що повинно спричинювати активну взаємодію між дисперсними частинками, внаслідок чого можна очікувати інтенсивного процесу їх швидкої коагуляції та гетерокоагуляції. Це й спостерігається в експерименті: при вихідних розмірах частинок близько 0,1 мкм середній розмір агрегатів досягає 2-5 мкм. Така ситуація має позначатися і на взаємодії поверхні гальванопар з утвореними дисперсними фазами. У проведених дослідах на системах з фіксованими гальваноконтактами близько 95% маси утворених дисперсних фаз були наявні на їх поверхні і утримувалися досить слабкими силами.

Процеси фазоутворення в системі фіксованих і нефіксованих гальваноконтактів залізо-вуглець у водному середовищі.

Механізми фазоутворення на початковій стадії за наявності фіксованих гальваноконтактів з коксовим напівелементом і без нього подібні. Процес починається з анодного розчинення заліза (утворення Fe2+) з подальшим формуванням на межі поділу метал - повітря - розчин протягом 10 хв зародків гетиту ?-FeOOH, які поступово вкривають шаром всю поверхню металу. Послідовно на поверхні залізного напівелемента утворюються шари залізовмісних фаз (?-FeOOH, ?-FeOOH, ?-Fe2O3, ?-Fe2O3, Fe3O4, FeO), які різняться між собою своїми кристало-хімічними властивостями. Всі утворені сполуки являють собою колоїдні мінерали, відрізняються прихованокристалічною будовою, утворюють сфероподібні частинки-агрегати розміром 0,1-2,0 мкм. Максимальна різноманітність оксидів-гідроксидів заліза утворюється в системі залізного напівелемента, де на поверхні диску формується п'ять шарів, а при наявністі гальваноконтакту залізо-вуглець на залізному напівелементі формується лише три шари залізокисневих сполук.

У разі відсутності гальваноконтакту в ході формування оксидів-гідроксидів заліза чітко простежується зменшення кисню в фазах шарів від межі поділу розчин-повітря-диск у напрямку поверхні диска, а тип структур переходить від коагуляційного до конденсаційно-кристалізаційного: від пухких аморфних моногідратів заліза до щільних окристалізованих оксидів заліза. На межі поділу між шарами 2 та 3 відбувається перебудова структур лепідокрокіту ?-FeOОН в магеміт -Fe2O3 з виділенням надлишку води:

2-FeOОН -Fe2O3 + Н2О (4.1)

Між шарами 3 та 4, в свою чергу, відбувається перебудова гідроксидів, що не прореагували в попередньому шарі, у магнетит Fe3O4 з домішками руститу FeO:

2-FeOОН + 2Fe2+ + 2ОН- FeFe2O4 + FeO + 2Н2О (4.2)

Іони двохвалентного заліза, які не взяли участі в процесі фазоутворення, надходять у розчин і поступово накопичуються. В ході формування щільних окристалізованих залізовмісних сполук фазоутворення на поверхні залізного напівелемента уповільнюється до припинення в зв'язку з ускладненням розчинення заліза і міграції Fe2+ і ОН- крізь щільні утворення Fe3O4 та FeO.

За наявності гальваноконтакту на вуглецевому напівелементі, як зазначалось, відбувається активне відновлення кисню з утворенням ОН-, які вступають у реакцію з Fe2+ і формують при подальшому окисненні заліза рихлі коагуляційні структури -FeOOH, -FeOОН і ?-Fe2O3. Практично всі іони Fe2+ зв'язуються в ці нерозчинні сполуки і в розчин не надходять. Отже, наявність вуглецевого напівелемента веде до повного зв'язування іонів заліза в фази на поверхні залізного напівелементу. Вирогідно, це визначається відносно високим вмістом у розчині іонів ОН-. Дійсно, в системі одного залізного напівелемента в лужному середовищі при рН 9 на його поверхні відбувається формування структур переважно коагуляційного типу, при цьому в розчині не спостерігається накопичення іонів заліза; тобто реалізуються умови, наближені до системи фіксованих гальваноконтактів залізо-вуглець (кокс) з вихідним рН розчину 6,5. Таким чином, незалежно від джерела постачання в систему іонів ОН- (деполяризація кисню на коксі або штучне підлужування середовища), в умовах їх надлишку відбувається утворення пухких коагуляційних структур і практично повне зв'язування іонів заліза. На межі поділу кокс - залізо - вода - кисень повітря в умовах надлишку кисню інтенсифікуються процеси масообміну.

Система з нефіксованими гальваноконтактами (гальванокоагулятор) Вихід гальванокоагулятора “на режим” (під чим розуміється стабільність утворення в системі твердої фази та стабільність хімічного складу залишкового розчину) впроваджується за 40 хв роботи апарата. За такий саме період встановлюються стабільний вихід іонів заліза в розчині (близько 0,3 мг/л) та його рН 7,1. У ході зростання швидкості потоку збільшується вихід сполук заліза, і при 200 мл/хв і вище він досягає максимуму та стабілізується, що пов'язано з досягненням системою робочого режиму. Таким чином, максимальна абсолютна кількість заліза у вигляді оксидів-гідроксидів, що надходить у середовище, відповідає робочому стану системи і визначає її продуктивність при виході на “режим”. Питома маса осаду (на 1 л) максимальна за швидкості потоку 100 мл/хв (6,52 г/л). За швидкостей потоку 200 мл/хв і вище формуються пухкі, напіваморфні, сильно оводнені коагуляційні структури; зменшення швидкостей потоку, призводить до формування щільніших та добре окристалізованих сполук заліза. Сумарний вміст іонів заліза в розчині становить близько 0,32 мг/л, при цьому лише за швидкості потоку 400 мл/хв визначається Fe3+ у фоновій концентрації (0,08 мг/л). рН розчину також залишається стабільним і становить 7,3.

Практично за всіх значень рН (від 1 до 12) вихідних розчинів простежується зворотна кореляційна залежність між кількістю утвореної твердої фази та вмістом Fe2+ в кінцевому розчині. рН кінцевих розчинів для проб з початковим рН в інтервалі 2-10 вирівнюється до 7,6. Лише в граничних пробах значення кінцевого рН становить: для початкового розчину з рН 1 - 5,8; а з рН 11 та 12, відповідно 7,8 і 8,2 (Рис.3).

У разі збільшення рН вихідного розчину тип залізовмісних сполук змінюється від змішаного коагуляційного -FeOОН та частково конденсаційно-кристалізаційного -Fe2O3 до виключно конденсаційно-кристалізаційного Fe3O4.

Процеси фазоутворення в системі фіксованих та нефіксованних гальваноконтактів залізо - вуглець у розчинах хлориду цинку.

Фазоутворення в системі з фіксованими гальваноконтактами. Процеси, що відбуваються в розчині ZnCl2, подібні до процесів, які реалізуються в дистильованій воді. Як за наявності гальваноконтакту, так і в разі його відсутності на поверхні залізного напівелемента утворюються зародки ?-FeOOH, які поступово вкривають шаром усю поверхню, цей шар трансформуються в g-форми, а далі під ним утворюються нові шари інших залізовмісних фаз. У разі відсутності гальваноконтакту відбувається гальмування процесу фазоутворення в розчині ZnCl2, яке пов'язане з конкурентною адсорбцією аніонів хлору на межі поділу повітря-диск-розчин і витискування ними наявних тут іонів гідроксилу. Це призводить до утворення додаткового шару 0, який складає щільна тонкодисперсна добре окристалізована фаза ?-FeOОН. З формуванням шару 0 в системі ускладнюються міграційні процеси і на поверхні диска формується лише три шари фаз, а не п'ять, як це спостерігалося в дистильованій воді. В обох випадках на поверхні диска утворюються міцні, щільні кристалічні структури фаз Fe3O4 та FeO (шар 5 у дистильованій воді) та фаз Fe3O4 і ??Fe2O3 (шар 3 в розчині хлориду цинку); які пригнічують процеси фазоутворення і система досягає динамічної рівноваги. За наявності гальваноконтакту формуються переважно рихлі, оводнені коагуляційні структури моногідратів: ?-FeOОН, акаганеїту ?-FeOОН і ?-FeOOH та ?-Fe2O3, які не перешкоджають надходженню гідроксид-іонів на поверхню металу та інтенсифікують процеси фазоутворення. При цьому в розчині хлориду цинку в умовах гальваноконтактів не утворюється додатковий шару 0. Отже, роль гальваноконтакту в обох випадках полягає у формуванні на поверхні диска пухких коагуляційних структур та створенні умов безперервного перебігу процесу фазоутворення. Механізм вилучення іонів цинку з розчину пов'язаний, головним чином, з фазою ?-FeOОН. Розвиток фази ??FeOОН залежно від складу розчину може відбуватися за такими реакціями: за наявності в системі Fe2+ вірогідне утворення фази Fe3O4 (Рис. 4), а за наявності іонів цинку можливе формування також фази фериту цинку ZnFe2O4. Фазові трансформації ?-FeOОН без захоплення сторонніх катіонів ведуть до утворення фази ?-Fe2O3. Всі три фази мають структуру шпінелі, з них ?-Fe2O3 має катіонні вакансії. Залежно від умов здійснення процесу можливе паралельне утворення як ??Fe2O3, так і фериту заліза FeFe2O4 (= Fe3O4) і ZnFe2O4. Розвиток фази ?-Fe2O3 відбувається без рекристалізації, шляхом поступової перебудови кисневого каркасу. Під час формування фази ?-Fe2O3 аніонні вакансії можуть заповнюватися аніонами розчину. Однак головний механізм фіксування аніонів пов'язаний з оклюзією розчинів у порожнинах новоутворених фаз оксидів-гідрксидів заліза, внаслідок якої утворюються фази-включення (хлориди цинку та заліза) змінного складу та ступеня обводненості. Якщо в системі завдяки наявності ОН- утворюється фаза Zn(OH)2, феритоутворення відбувається за реакцією 4 (Рис. 4) як співосадження гідроксидів.

Фазоутворення в системі з нефіксованими гальваноконтактами. При початкових концентраціях (Сп) іонів Zn2+ 100 мг/л їх кінцеві концентрації (Ск) не перевищують 5 мг/л. (При цьому загальний вміст іонів заліза становить, у середньому, 1,1 мг/л, з них вміст Fe3+ не перевищує 0,6 мг/л). Виняток становлять зразки, що були отримані при рН 3 вихыдного розчину та швидкості потоку 250 мл/хв, де останні проби вибірки містили до 10 мг/л Zn2+, що пояснюється їх швидким винесенням із зони фазоутворення гальванокоагулятора. Водночас, за швидкості потоку 40 мл/хв, рН 3 та концентраціях Zn2+ 100 мг/л і вище спостерігаються "викиди" в розчин іонів заліза, що пов'язано з активуванням корозійних процесів при концентраціях хлор-іонів 2,86 · 10-3 моль/л і більше. У разі зростання Сп Zn2+ понад 100 мг/л перебіг фазоутворювальних процесів у системі погіршуєються, що приводить до зменшення маси утвореного осаду в 4 - 5 разів відносно маси проб, одержаних при Сп Zn2+ менш як 100 мг/л. Зі збільшенням Сп Zn2+ до 200 мг/л, ефективність зв'язування іонів цинку системою значно зменшується, а при Сп Zn2+ 300 мг/л система взагалі втрачає здатність вилучати з розчину Zn2+. Разом з тим, система у всіх режимах зберігає здатність до вирівнювання рН розчину, аналогічно тому, як це спостерігалось в системі, що не містила іонів цинку. Середнє значення рН розчинів, що пройшли гальванокоагулятор, становить 7, однак у кожній з вибірок рН кожної проби знижується на 0,1-0,3 одиниці.

У ході гальванокоагуляційного фазоутворення в системі відбувається зв'язування аніонів хлору: при Сп Cl- до 108,5 мг/л (що відповідає концентрації Zn2+ 100 мг/л) у кінцевих розчинах міститься до 1 мг/л Cl-, за винятком проб з початковим рН 3; а при Сп іонів цинку 300 мг/л, де концентрація іонів Cl-, відповідно, 325,4 мг/л - Ск Cl- зменшується до 80 мг/л. Таким чином, іони хлору здатні вилучатися з розчинів навіть в умовах припинення вилучення іонів цинку. Вивчення фазового складу осадів було проведено для всіх проб з Сп Zn2+ 100 мг/л для всіх значень рН та швидкостей потоку і вибірково для Сп Zn2+ 25, 50 та 300 мг/л. Аналіз отриманих даних свідчить про наявність фази ZnFe2O4 у всіх пробах, що підтверджує перебіг процесів феритоутворення за всіх значень рН розчину в діапазоні концентрацій Zn2+ від 10 до 300 мг/л при швидкостях потоку 40-250 мл/хв. Паралельно з процесом феритоутворення відбувається оклюзія розчинів у порожнинах залізовмісних фаз, внаслідок чого в них утворюються фази-включення, переважно у формі хлоридів цинкуg-ZnCl2; головною фазою-колектором у системі з хлоридом цинку визначено Fe3O4. Найсприятливіші умови формування залізовмісних фаз такі: ?-FeOOH найкраще утворюється при рН від 3 до 6 і швидкостях потоку 40-80 мл/хв; збільшення концентрації іонів цинку до 300 мг/л значно погіршує вихід фаз; ?-FeOOH, ?-Fe2O3 і ?-Fe2O3 - утворюються переважно при рН 3, збільшення швидкості потоку понад 40 мл/хв негативно впливає на вихід магеміту ?-Fe2O3; вихід Fe3O4 погіршується при рН 3 і 8 та при зростанні Сп Zn2+; ZnFe2O4, навпаки, найкраще утворюється при рН нижче 3 та вище 8 і швидкості потоку 40, 250 мл/хв. Середні показники - рН 6, концентрація Zn2+ 100 мг/л та швидкість потоку 80 мл/хв - несприятливіші для утворення фази ZnFe2O4; максимальне накопичення фази ?-FeOOH відбувається при рН 8 і концентрації Zn2+ 300 мг/л; ZnO, як додаткова цинквміснча фаза, в міру збільшення рН може утворюватися навіть за низьких концентрацій Zn2+; фаза-включення -ZnCl2 утворюється у всьому діапазоні рН за концентрації Zn2+ 25 мг/л та швидкості потоку 40 мл/хв, збільшення як швидкості потоку, так і концентрації Zn2+ призводить до зникнення означеної фази зі складу осаду. Вуглецевий напівелемент гальванопари характеризується незначною сорбційною активністю, яку в ході гальванокоагуляційного очищення розчинів враховувати не варто.

Процеси фазоутворення в системі фіксованих і нефіксованих гальваноконтактів в розчинах нітрату та сульфату цинку.

Фазоутворення в системі з фіксованими гальваноконтактами. Механізм процесу фазоутворення в розчинах нітрату та сульфату цинку подібний до схеми фазоутворення в розчинах ZnCl2. Відмінність полягає в тому, що в міру перебігу процесу на поверхні диска відбувається не тільки і не стільки нарощування шарів залізовмісних сполук, а й поліконденсаційні процеси та фазові трансформації в самому утвореному шарі. В модельних розчинах за відсутності гальваноконтакту впродовж 10-30 хв утворюється шар ?-FeOOH, який далі трансформується в ?-FeOOH, ?-Fe2O3, ZnFe2O4 та ?-Fe2O3. Водночас, на межі поділу диск-розчин-повітря відбувається адсорбція аніонів, яка зумовлює, як і в системі хлориду цинку, витискування іонів гідроксилу та формування щільного шару 0 - тонкодисперсного, добре окристалізованого ?-FeOOH або ?-Fe2O3. В означених умовах до закінчення процесу фазоутворення в розчині нітрату цинку на поверхні диска встигає сформуватися ще один шар 2, а в розчині сульфату цинку - тільки шар 1. Це свідчить, що шар 0 та адсорбовані аніони повністю екранують залізний напівелемент від іонів, що містяться в розчині. За наявності гальваноконтактів на поверхні залізного та коксового напівелементів також відбувається адсорбція аніонів, але утворення шару 0 спостерігається лише на ділянках, віддалених від вуглецевого напівелемента. Водночас адсорбовані аніони блокують катодні процеси: на вуглецевому напівелементі не відбувається утворення гідроксид-іонів. Таким чином, згасання процесу фазоутворення в гальваноконтакті пов'язане лише з адсорбційними явищами на поверхні напівелементів. Саме внаслідок відсутності шару 0 в розчині нітрату цинку на поверхні залізного напівелемента встигають сформуватися шари залізокисневих сполук, де шар 2 складають фази оксидів: ?-Fe2O3, -Fe2O3 і Fe3O4. Фазоутворення в розчині сульфату цинку в умовах гальваноконтакту припиняється з утворенням єдиного шару, який складають фази -FeOOH, --FeOOH, -Fe2O3 и ZnFe2O4.

У розчині нітрату цинку за відсутності гальваноконтакту відбувається активування корозійних процесів з одночасним гальмуванням реакцій окиснення на межі поділу диск-розчин-повітря, внаслідок чого в кінцевому розчині міститься 53 мг/л іонів Fe2+ (в дистильованій воді - 38 мг/л, в розчині хлориду цинку - 72 мг/л). За наявності гальваноконтактів концентрація Fe2+ не перевищує 3,2 мг/л. рН знижується до 5,3, а в системі тільки залізного напівелемента до 3,6. У розчині сульфату цинку, навпаки, спостерігається гальмування корозійних процесів і зв'язування іонів заліза в сполуки, і навіть у системі залізного напівелемента вміст Fe2+ в кінцевому розчині становив 1,6 мг/л. рН кінцевого розчину залишається сталим і дорівнює 6,6. Концентрація іонів цинку в розчинах нітрату цинку знижується в 10 разів, а в розчинах сульфату цинку - майже в 15 разів (у хлоридному розчині - в 0,8 разів).

Встановлено просторовий розподіл залізовмісних сполук на диску (Рис.5). Найінтенсивніше процес фазоутворення відбувається в розчині хлориду цинку, коли на поверхні диска утворюється три шари (0-2) на залізному напівелементі та шари 1-3 за наявності гальваноконтакту. Найгірші умови фазоутворення створюються у розчині сульфату цинку, коли на залізному напівелементі утворюються шари 0-1, а за наявності гальваноконтакту - лише один шар. Фазовий склад шарів змінюється залежно від аніонної складової розчину; так, максимальна кількість g-FeOOH формується в розчині ZnCl2, а мінімальна - в розчині ZnSO4; фази ?-FeOOH і -FeOOH утворюються лише в умовах гальваноконтактів у розчині ZnCl2. -Fe2O3 і Fe3O4 найкраще утворюються в розчині Zn(NO3)2 в умовах гальваноконтактів, а фаза ?-Fe2O3 - на залізному напівелементі в розчині сульфату цинку. Утворення фериту цинку ZnFe2O4 найінтенсивніше відбувається в розчині нітрату цинку в обох типах систем, найгірше - в розчині ZnSO4. Окремо слід виділити склад шарів 0: так, у розчині ZnCl2 головною фазою вказаного шару є ?-FeOOH; в розчині Zn(NO3)2 однаковою мірою утворюються як ?-FeOOH, так і ?-Fe2O3, а в розчині ZnSO4 шар 0 складає фаза ?-Fe2O3.

Фазоутворення в системі нефіксованих гальваноконтактів в розчинах нітрату та сульфату цинку. Система хлориду-нітрату цинку. Максимальна продуктивність гальванокоагулятора спостерігається при Сп іонів цинку 10 мг/л, а мінімальна - при 100 мг/л. Загальний вихід іонів заліза в розчин збільшується за початкового рН 8 та досягає максимального значення 4 мг/л при Сп Zn2+ 100 мг/л; мінімальний вихід іонів заліза становив 0,51 мг/л при Сп Zn2+ 10 мг/л. Фазоутворювальні процеси в системі гальмуються, про що свідчить вихід у розчин іонів Fe2+. Вилучення при Сп Zn2+ 10-25 мг/л відбувається, як правило, до значення менш як 2 мг/л. Зростання Сп Zn2+ до 100 мг/л веде до зниження ступеню очищення розчинів: при рН 3 Zn2+ вилучається на 25-30 %, а при рН 6 - на 50 %. При Сп Zn2+ 300 мг/л спостерігається значна розбіжність Ск цинку (14,5-300 мг/л), що пов'язано з утворенням додаткових цинквмісних фаз. Вилучення нітрат-іонів відбувається при Сп Zn2+ до 100 мг/л на 50-80 %, при цьому іони хлору, що надійшли в систему при встановленні рН, практично не вилучаються, що пов'язано з конкуренцією аніонів. За Сп Zn2+ 300 мг/л нітрат-іони не вилучаються з розчину, а вилучається Cl-, що підтверджує факт конкуренції аніонів. рН розчинів при Сп Zn2+ 10-100 мг/л становить у середньому 7,7; при Сп Zn2+ 300 мг/л він знижується до 6,5. Оптимальні умови фазоутворення виникають за швидкості потоку 40 мл/хв і рН 3 вихідного розчину, коли в системі утворюється максимальна кількість усіх утворених залізовмісних фаз. У разі збільшення швидкості потоку до 250 мл/хв та рН 3 головною фазою осаду стає Fe3O4. Збільшення рН вихідних розчинів до 8 при швидкості потоку 40 мл/хв сприяє утворенню окристалізованих фаз Fe3O4 і ZnFe2O4, а при швидкості потоку 250 мл/хв додатково формується пухка фаза -FeOOH, а фаза ?-FeOOH не утворюється. В результаті оклюзії розчинів у порожнинах залізовмісних сполук утворюються фази-включення із загальною формулою Zn(NO3)2 · nH2O (n=4, 6, 8), фазою-колектором виступає -FeOOH.

В умовах регулювання рН розчином HNO3 (1:1) (моноаніонная система) при Сп Zn2+ 10 мг/л спостерігається максимальний вихід твердої фази, при цьому зменшується вихід у розчин іонів заліза. Вилучення Zn2+ триває до досягнення до 0,12-0,2 мг/л, а концентрація NO3- в усіх умовах зменшується в 10 разів. При цьому мінімальному вмісту Zn2+ відповідає максимальна концентрація нітрат-іонів. рН залишкових розчинів становить 7,5-7,7.

У системі хлориду-сульфату цинку зменшується вихід твердої фази порівняно з розчином Zn(NO3)2; максимальна кількість осаду утворюється при початковому рН 6 та швидкості потоку 80 мл/хв. Залишковий вміст Zn2+ у розчинах з Сп 10-25 мг/л не перевищує 3 мг/л. При Сп 100 мг/л і вище та рН 8 вилучення Zn2+ у системі припиняється, а при рН 6 - Zn2+ вилучається на 40 %. При Сп Zn2+ 300 мг/л система втрачає свою ефективність. Вилучення SO42- найгірше відбувається при рН 3, в інших випадках ступінь вилучення SO42- становить 80-90 %. В системі за всіх умов гальванокоагуляції відбувається практично повне вилучення аніона Cl-, що свідчить про першочергове вилучення в означених умовах Cl-. рН кінцевих розчинів становить 6,6 для Сп Zn2+ 10-100 мг/л і 6,2 при Сп Zn2+ 300 мг/л. Фазовий розподіл осадів у системі, що досліджується, такий: ?-Fe2O3 утворюється при рН 6 і 7,8; вихід ?-FeOOH збільшується при зростанні рН та швидкості потоку; вихід ?-FeOOH зменшується зі збільшенням швидкості потоку, оптимальный рН 6; максимальний вихід Fe3O4 і ZnFe2O4 спостерігається при рН 8 та швидкості потоку 250 мл/хв; оптимальні умови формування Fe2O3 - рН 6, швидкість потоку 80 мл/хв; у всіх пробах утворюється фаза-включення основного сульфату гідрату цинку 6Zn(OH)2·ZnSO4·4H2O; її зв'язок з будь-якою фазою-колектором не визначено.

У разі регулювання рН системи розчином H2SO4 (1:3) (моноаніонна система), вона значно відрізняється від свого діаніонного аналога: так, при рН 3 та швидкості потоку 80-250 мл/хв вилучення Zn2+ не відбувається; при швидкості потоку 40 мл/хв та рН 6 Ск Zn2+ не перевищує 1 мг/л, тоді як, при вихідному рН 3 Ск Zn2+ зменшується лише на 50 %. В системі утворюється вдвічі більше осаду, ніж у діаніонній системі, однак він практично не поглинає іони цинку та SO42-. Вміст іонів SO42- у Ск при рН 6 практично не змінюється, а при вихідному рН 3 - зменшується на 30 %. Вихід іонів Fe3+ досягає 1 мг/л, а загальний вміст іонів заліза не перевищує 1,33 мг/л. В умовах рН 3 та швидкості потоку 250 мл/хв активуються корозійні процеси і в розчин надходить до 43,5 мг/л іонів заліза. Аналіз фазового складу осадів показав, що за збільшення швидкості потоку тип структур, що утворюються, змінюється від змішаного (коагуляційні та конденсаційно-кристалізаційні) до переважно конденсаційно-кристалізаційних. До складу фаз-включень входять іони заліза; при цьому встановлено, що при зростанні швидкості потоку понад 200 мл/хв сполуки-включення містять переважно іони Fe2+ (на відміну від малих швидкостей, де переважно оклюдуються іони Fe3+).

Процеси фазоутворення в системі фіксованих і нефіксованих гальваноконтактів залізо-вуглець (кокс) у нікель- і мідьвмісних розчинах.

Вилучення іонів нікелю та міді з відповідних розчинів електролітів методом гальванокоагуляції не залежить від умов проведення процесу (рН початкових розчинів та аніонної складової розчинів і швидкості потоку) і для однакових початкових концентрацій перебуває на одному рівні. Для нікельвмісних систем кінцеві концентрації іонів Ni2+ становлять 4,2 - 19,3 мг/л, а для мідьвмісних систем концентрації іонів Cu2+, знаходяться в середньому в діапазоні концентрацій 0,01 - 1,2 мг/л за вийнятком системи нітрату міді, де кінцеві концентрації в умовах швидкості потоку 250 мл/хв досягають 20,0 мг/л. У системах сульфату та нітрату нікелю і сульфату та хлориду міді при рН 3 початкових розчинів відбувається активування розчинення залізної складової гальванопар з накопиченням у кінцевих розчинах іонів двовалентного заліза до концентрацій 42-56 мг/л. Вміст трилентного заліза не перевищує 2 мг/л. Кінцевий вміст сульфат- і нітрат-іонів у нікельвмісних системах не перевищує 30 % початкових концентрацій і становить близько 60 % у мідьвмісних системах. Вилучення хлор-іонів відбувається до концентрацій менш як 0,3 мг/л у системах хлориду та нітрату нікелю і досягає значення 4,4 мг/л в системі сульфату нікелю. У мідьвмісних системах вилучення іонів Cl- погіршується і кінцеві концентрації в системі нітрату та сульфату міді досягають 4,0 мг/л, а в системі хориду міді при рН 3 початкового розчину - 25 мг/л. рН кінцевих розчинів у всіх розглянутих системах знаходиться в діапазоні 6,1 - 7,6 за винятком проб, в яких спостерігалось активування іонізації заліза та накопичення Fe2+ у розчинах. За таких умов рН кінцевих розчинів знижувався до 5,0 - 4,2. За даними рентгено-фазового аналізу, в складі осадів утворюються всі головні фази оксидів-гідроксидів заліза: моногідрати - гетит -FeOOH , лепідокрокіт -FeOOH і акаганеіт ?-FeOOH; оксиди гематит -Fe2O3, магеміт -Fe2O3 і магнетит Fe3O4. В ході фазоутворення в системах формуються одна фаза фериту нікелю NiFe2O4 та дві фази фериту міді: CuFeO2 (делофосит) і CuFe2O4. Іншими фазами, що містять катіони металів, стали фази оксидів та гідроксидів нікелю й міді, а також сполуки-включення - фази відповідних гідратів, які несуть головне навантаження щодо зв'язування аніонів. Слід зазначити, що у формуванні фаз-включень активну участь беруть катіони дво- і тривалентного заліза. З'ясований механізм гальванокоагуляційного зв'язування нікелю та міді було використано під час розробки та проектування ділянки очищення промислових розчинів на ВАТ "Київський ювелірний завод", в результаті чого заздалегідь очищену воду з концентрацією 120 мг/л Cu2+ та 14 мг/л Ni2+ доводили до санітарних норм для вод, що можуть надходити до міської каналізаційної мережі (0,5 мг/л).

ВИСНОВКИ

залізовмісний дисперсійний середовище фазоутворення

1. Встановлено, що роль гальванопари залізо-вуглець (кокс) у гальванокоагуляційному процесі полягає в утворенні пухких коагуляційних структур залізо-кисневих фаз, здатних до наступних фазових та конденсаційно-кристалізаційних перетворень із залученням до складу отриманих сполук іонів важких металів - цинку, нікелю, міді - з утворенням відповідних феритів, магнетиту та гематиту з фазами-включеннями, що несуть головне навантаження щодо зв'язування аніонів, які містяться в розчині.

2. Електрохімічний механізм дії гальванопари залізо-вуглець (кокс) в аерованих розчинах являє собою корозію заліза з переважно кисневою деполяризацією при просторово розділених реакціях: на залізному напівелементі відбувається анодна реакція окиснення заліза і надходження в систему його двовалентних іонів; на поверхні вуглецевого напівелемента - катодна реакція відновлення кисню з підлужуванням дисперсійного середовища в зоні гальваноконтакту.

3. Процеси фазоутворення, що відбувається в дистильованій воді і в розчинах електролітів за відсутності та за наявності гальваноконтактів, на початковій стадії подібні між собою, однак у подальшому відрізняються один від одного. На першому етапі утворюються a-форми залізовмісних сполук, які в процесі розвитку фаз проходять ряд трансформацій, у ході яких за відсутності гальваноконтакту утворюються структури частково коагуляційного, але переважно конденсаційно-кристалізаційного типу, а за наявності гальваноконтакту тип утворених структуктур винятково коагуляційний. Утворені фази в умовах фіксованих гальваноконтактів утворюються та трансформуються виключно на поверхні поділу і утримуються на поверхні переважно за рахунок електростатичного фактора стійкості внаслідок набутого позитивного заряду частинок ( до + 12 мВ).

4. Роль аніонів Cl-, NO3-, SO42- у ході гальванокоагуляційного фазоутворення полягає в активації процесу розчинення заліза з одночасним погіршенням процесу фазоутворення, що пов'язано з адсорбцією аніонів на поверхні залізного напівелемента та витісненням з поверхні металу гідроксид-іонів, які утворюють з іонами заліза відповідні фази.

5. Одержані дані дають змогу ефективно використати метод гальванокоагуляції для організації промислового процесу вилучення іонів цинку, нікелю та міді з техногенних і природних водних систем, варіюючи швидкістю потоку, коригуванням рН розчину та його аніонного складу.

Основні результати роботи наведено в публікаціях

1. О механизме процессов в гальванопаре железо-углерод (кокс) в аэрированном растворе, содержащем ионы тяжелых металлов / В.В. Зозуля, Е.Н. Лавриненко, В.А. Прокопенко, Н.В. Перцов // Укр. хім. журн. - 2000. - Т. 66, № 7. - С. 48-50.

2. Прокопенко В.А., Лавриненко Е.Н., Перцов Н.В. Роль гальваноконтакта железо - углерод в образовании дисперсных оксидов-гидроксидов железа в воде и растворах электролитов // Коллоидный журнал. - 2001. - Т. 63, № 4. - С. 505-509.

3. Прокопенко В.А., Лавриненко Е.Н., Перцов Н.В. Образование дисперсных фаз при гальваноконтакте железа с углеродом в водной среде // ДАН Украини. - 2001. - № 5. - С. 140-146.

4. Лавриненко Е.Н., Прокопенко В.А.Влияние состава исходного раствора на параметры работы гальванокоагулятора / В период. сб.: Обработка дисперсных материалов и сред - Одесса: НПО "ВОТУМ", 1999. - Вып. 9. - С. 179 - 184.

5. Prokopenko V. A., Lavrynenko O.M. Zinc ion extraction from natural waters and industrial effluents / Abstracts the 3rd International Conference on Carpathian Euroregion Ecology. - Hungary: Miskolc-Lillafured, May, 21-24, 2000. - S. 92.

6. Prokopenko, O.M. Lavrynenko Zinc ion extraction from natural waters and industrial effluents / Matherials the 3rd International Conference on Carpathian Euroregion Ecology. - Hungary: Miskolc-Lillafured, May, 21-24, 2000. - P. 33-39.

7. Лавриненко Е.Н., Прокопенко В.А., Перцов Н.В. Закономерности процессов извлечения ионов цинка из растворов методом гальванокоагуляционного фазообразования / В сб. тезисов: "Вибротехнология-2000". - Одесса: НПО "ВОТУМ", 2000. С. 56.

8. Лавриненко Е.Н., Прокопенко В.А., Перцов Н.В. Закономерности процессов извлечения ионов цинка из растворов методом гальванокоагуляционного фазообразования / В период. сб.: Обработка дисперсных материалов и сред. - Одесса: НПО "ВОТУМ", 2000. - Вып. 10. - С. 159-164.

9. Лавриненко О.М., Прокопенко В.А., Перцов М.В. Вилучення іонів цинку з розчинів методом гальванокоагуляційного фазоутворення // Укр. хім. журн. - 2001. - Т. 67, № 11. - С. 28-32.

АНОТАЦІЯ

Лавриненко О.М. Процеси утворення дисперсних фаз у системі залізо-вуглець (кокс) у водному середовищі. - Рукопис.

Дисертацію присвячено дослідженню процесів фазоутворення в системі фіксованих та нефіксованих гальваноконтактів залізо-вуглець (кокс) у воді та цинквмісних розчинах різного аніонного складу залежно від умов проведення процесу гальванокоагуляції. Дослідження виконані за допомогою спеціально сконструйованих та виготовлених пристроїв, що моделюють фазоутворення в реальних умовах, з використанням методів рентгенофазового, термографічного, електронно-мікроскопічного й хімічного аналізів та спеціально розроблених методик одержання зразків. Визначено роль гальванопари залізо-вуглець (кокс) у гальванокоагуляційному процесі, яка полягає в утворенні пухких коагуляційних структур залізокисневих фаз, які здатні до наступних фазових і конденсаційно-кристалізаційних перетворень з активним залученням до складу утворених сполук іонів важких металів (з утворенням відповідного фериту та магнетиту - шпінелей із заповненими іонами важких металів катіонними вакансіями та гематиту) і утворенням у них фаз-включень, які несуть головне навантаження щодо зв'язування аніонів, що містяться в розчині. Розглянуто процеси фазоутворення в дистильованій воді та розчинах електролітів за відсутності та за наявності гальваноконтакту і встановлено їх особливості, подібність та відмінність, а також визначено роль аніонів Cl-, NO3-, SO42-. Дані, отримані в ході дослідження, дають змогу підвищити ефективність використання методу гальванокоагуляції під час організації промислового процесу вилучення іонів цинку з техногенних і природних водних систем, зокрема гальванокоагуляційного очищення багатокомпонентних промислових стоків шляхом спеціального коригування складу вихідного розчину та режиму проведення процесу гальванокоагуляції.

Ключові слова: гальванокоагуляція, фазоутворення, оксиди-гідроксиди заліза, ферит цинку; фази-включення, вилучення важких металів.

АННОТАЦИЯ

Лавриненко Е.Н. Процессы фазообразования в системе гальваноконтактов железо-углерод (кокс) в водной среде. - Рукопись.