Removal of arsenic from aqueous solutions by the method of precipitate floation

• Autorzy: Pieczaba E. , Sanak-Rydlewska S. , Zięba D.

Warianty tytułu

PL

Usuwanie arsenu z roztworów wodnych metodą flotacji osadów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of laboratory studies on elimination of arsenic from aqueous solutions by flotation with colloidal precipitate of iron hydroxide (also known in the literature as ferrihydrite, goethite, or oxide-hydroxide phases). Sodium dodecyle sulphate and dodecylamine hydrochoride were used as collectors. The study was performed for various pH values. The results were interpreted in terms of measured values of electrophoretic mobility for iron hydroxide, and thus the calculated values of the zeta potential. The paper also gives possible mechanisms of removing arsenic from aqueous solutions by the adsorbing colloid flotation (ACF) method, using hydrated iron(III) oxides. Under the conditions developed for co-precipitation and flotation, about 96% of the arsenic could be removed from the studied systems.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych eliminacji arsenu z roztworów wodnych za pomocą flotacji na koloidalnym osadzie wodorotlenku żelaza (nazywane też w literaturze ferrohydratem, getytem lub fazami tlenowo-wodorotlenkowymi). Jako kolektory zastosowano dodecylowy siarczan sodu lub chlorowodorek dodecyloaminy. Badania wykonano w zależności od pH środowiska. Wyniki interpretowano posługując się zmierzonymi ruchliwościami elektroforetycznymi dla osadu wodorotlenku żelaza i na tej podstawie obliczonymi wartościami potencjału dzeta. Z naszych badań wynika, że osad wodorotlenku żelaza(III) wykazuje dodatnie wartości potencjału dzeta w środowisku kwaśnym i zbliżonym do obojętnego. W środowisku alkalicznym wartość potencjału jest ujemna, ale mniejsza, co do bezwzględnej wartości, niż w środowisku kwaśnym. Punkt izoelektryczny osadu jest przy pH około 7,1 i jest to wartość zbliżona do wartości, jaką otrzymał Parks (Parks, 1964). Wartość punktu izoelektrycznego (IEP) osadów wodorotlenku żelaza wielokrotnie wyznaczało wielu autorów. Świadczą o tym wartości zebrane w pracy (Parks, 1964). W artykule zamieszczono badania flotacji wykonane według dwóch różnych procedur. W pierwszej serii badań do świeżo strąconego osadu wodorotlenku żelaza(III), wprowadzano jony arsenu(V) oraz odczynnik flotacyjny dodecylowy siarczan sodu lub chlorowodorek dodecyloaminy. Początkowe pH wynosiło około 5. Doświadczenia wykonano dla różnych stosunków molowych żelaza do arsenu wynoszących od 2 do 12. Wyniki flotacji z użyciem tych kolektorów przedstawiono na rys. 3 i 4. Na ich podstawie można stwierdzić, że niezależnie od czasu flotacji (stosując dodecylowy siarczan) oraz od stosunku Fe/As, stężenie arsenu w roztworze zawsze wynosiło powyżej 18 mg/dm3. Uzyskano więc nieznaczne zmniejszenie stężenia kolligenda. Natomiast zaobserwowano niekorzystny wzrost kwasowości roztworu z wartości pH około 5 do około 2 po flotacji (rys. 3). Jeżeli pH roztworu jest poniżej 3 to jony arsenu(V) tworzą niezdysocjowane cząsteczki kwasu arsenowego(V). Obojętne cząsteczki H3As04 nie zostały aktywnie związane z strąconym osadem i być może dlatego nie były wyniesione z produktem pianowym podczas flotacji. Flotacja arsenu na Fe(OH)3 za pomocą dodecylosiarczanu sodu zachodzi najefektywniej w środowisku kwaśnym od pH około 4 do 5 (największa redukcja jego stężenia), a maleje w środowisku zasadowym. Jeżeli do flotacji zastosowano kationowy kolektor (hlorowodorek dodecyloaminy) to w środowisku kwaśnym stężenie arsenu utrzymuje się prawie na stałym poziomie i jego wartość praktycznie jest taka jak we wprowadzonym roztworze (20 mg/dm3). Po przekroczeniu pH 7 następuje szybki spadek stężenia arsenu poniżej l mg/dm3, a następnie znowu rośnie. Porównując oddziaływanie tych dwóch kolektorów nasuwa się wniosek, że w pobliżu punktu izoelektrycznego osadu (pH około 7; rys. 2) proces flotacji zachodzi z podobną i niewielką wydajnością- (stężenie As(V) w roztworze wynosi ok. 18 mg/dm3; rys. A). W drugiej serii badań wykonano flotację doprowadzając pH mieszaniny roztworów: jonów żelaza(III) i jonów arsenu(V) do wartości około 5,2-5,5. Tak otrzymany osad poddano flotacji za pomocą dodecylosiarczanu sodu. Warunki flotacji były takie jak w poprzedniej serii doświadczeń. Stosunek stężeń Fe do As wynosił od 2 do 12. Zależności podane na rysunku 5 wskazują, że wraz ze wzrostem stosunku molowego żelaza do arsenu rośnie stopień eliminacji arsenu z roztworu. Początkowe stężenie arsenu zmalało z 20 mg/dm3 do wartości około 0,8 mg/dm3. Istotną rolę odgrywa tu prawdopodobnie wpływ pH środowiska (około 5) i związana z nim wartość potencjału dzeta powierzchni osadu oraz rodzaj kolektora. W pracy podano możliwe i cytowane w literaturze mechanizmy usuwania arsenu z roztworów wodnych metodą flotacji nośnikowej - na uwodnionych tlenkach żelaża(III) (adsorbing colloidflotation - A CF). Opracowane warunki procesu wsp6łstrącania i flotacji pozwalają na usunięcie około 96% arsenu z badanych układów.

Słowa kluczowe

EN

arsenic; iron hydroxide; zeta potential; precipitate flotation; wastewater treatment

PL

arsen; wodorotlenek żelaza; potencjał dzeta; flotacja osadów; oczyszczanie ścieków

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, no 1
• Strony: 131--142
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., wykr.

Twórcy

autor

Pieczaba E.

• Zakład Przeróbki Kopalin, Ochrony Środowiska i Utylizacji Odpadów, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Sanak-Rydlewska S.

• Zakład Przeróbki Kopalin, Ochrony Środowiska i Utylizacji Odpadów, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Zięba D.

• Zakład Przeróbki Kopalin, Ochrony Środowiska i Utylizacji Odpadów, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Apostoluk, W., Charewicz , W., Wódka, J., Adamski, Z., 1996. Metody wydzielania związków arsenu z roztworów wodnych II. Roztwory potrawienne i elektrolity porafinacyjne, Rudy i Metale Nieżelazne, nr 2, s. 110-115.
• [2] Clarka, A.N., Currin, B.N., Wilson, D.J., 1985. The removal of metallo-cyanide complex by foam flotation, Separ. Sci. And Technol., No. 19, p. 536-544.
• [3] Dutrizac, J.E., Riveros, P.A., Spencer, P., 2001. Arsenic disposal practices the metallurgical industry, Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 40, No 4, p. 395-420.
• [4] Helnen De Carlo, E., Zeitlin, H., 1981. Simultaneous Separation of Trace Levels of Germanium, Antimony, Arsenic and Selenium from an Acid Matrix by Adsorbing Colloid Flotation, Anal. Chem., Vol 53, p. 1104-1107.
• [5] Helnen De Carlo, E., Thomas, D.M., 1979. Removal of arsenic from geothermal fluids by adsorbing bubble flotation with colloid ferric hydroxide, Environ. Sci. and Technol., No. 14, p. 141-143.
• [6] Feng Xi , Ryan, D.E., 1984. Combination collectors in adsorbing colloid flotation for multielement determination in water by neutron activation, Anal. Chem. Acta, 162, p. 47-55.
• [7] Ghimire, K.N., Inoue, K., 2003. Adsorptive separation of arsenate and arsenite from aqueous medium by Rusing orange waste, Water Research, No. 37, p. 4945-4953.
• [8] Katsoyiannis, I., Althoff, H., Bartel, H., 2002. As(III) remove from groundwaters using fixed-bed upflow bioreactors, Chemosphere, No 47, p. 325-332 .
• [9] Katsoyiannis, J.A., Zouboulis, A.I., 2004. Application of biological processes for the removal of arsenic from groundwaters, Water Research, No 38, p. 17-26.
• [10] Kucharski, M., Mróz, W., Kowalczyk, J., Szfirska, B., Gluzińska, M., 2002. Leachability and thermal stability of synthesised and natural svabite, Archives of Metallurgy, Vol. 47, Issue 1, p. 119-126.
• [11] Kumar, P.R., Chaudhari, S., 2004. Removal of arsenic from water by electrocoagulation, Chemosphere, No 55, p. 1245-1252.
• [12] Leist, M., Casey, R.J., Caridi, D., 2000. The management of arsenic wastes: problems and prospects, Journal of Hazardous Materials, B76, p. 125-138.
• [13] Loikidou, M.X., Matis, K.A., 2003. Removal of As(V) from wastewater by chemically modified fungal biomass, Water Research, No. 37, p. 4544-4552.
• [14] Malinowski, C., Małecki, S., Gąsior, W., Słomka, M., Styrna, W., 2004. Usuwanie arsenu z elektrolitu kierowanego do przerobu na siarczan miedzi, VI Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Teoretyczne i praktyczne problemy zagospodarowania odpadów hutniczych” Kraków 27-29 maja 2004, s. 53-60.
• [15] Parks, G.A., 1964. The Isoelectric Points of Solid Oxides, Solid Hydroxides, and Aqueous Hydroxo Complex System, Department of Mineral Engineering, p. 177-198.
• [16] Pieczaba, E., 2004. Eliminacja arsenu z odpadów ciekłych i stałych, Kraków, AGH, Biblioteka ZPKOŚiUO, Praca magisterska.
• [17] Porubaix, M., 1963. Atlas d’ Equilibres Electrochimiques, Paris, Section 18.3., Arsenic.
• [18] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 20 lipca 2002 roku w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych (Dz. U. 02.129.1108).
• [19] Sebba, F., 1962. Ion Flotation, Amsterdam-London-NewYork, Elsevier, Publ. Co.
• [20] Shreedhara, M.R.S., Ryan, D.E., 1983. Determination of Arsenic, Molybdenum, Uranium and Vanadium in Seawater by Neutron Activation Analysis after Preconcentration by Colloid Flotation, Anal. Chem., Vol. 55, p. 682-684.
• [21] Sracek, O., Jacks, G., Gustafsson, J.P., 2004. Behavior of arsenic and geochemical modeling of arsenic enrichment in aqueous environments, Applied Geochemistry, No 19, p. 169-180.
• [22] Wang, Y., Reardon, E.J., 2001. A siderite/limestone reactor to remove arsenic and cadmium from wastewaters, Applied Geochemistry, No 16, p. 1241-1249.
• [23] Zang, Y., Zang Yang, M., Huang, X., 2003. Arsenic(V) removal with a Ce(IV)-doped iron oxide adsorbent, Chemosphere, No 51, p. 945-952.