Применение глубоких эвтектических растворителей для переработки шламов электросталеплавильного производства в присутствии ультразвуковой кавитации

Ультразвуковая кавитация на настоящий момент широко известна и активно применяется для активации различных физико-химических процессов [1]. Но, эффекты ультразвуковой кавитации на процессы растворения металлов в глубоких эвтектических жидкостях еще недостаточно изучены и вызывают интерес у исследователей.

Глубокие эвтектические растворители (ГЭР) считают экологически чистыми или «зелеными» растворителями. Недостатками их применения являются невысокие растворимости металлов (редко превышает 10 %) и высокая вязкость этих жидкостей [2].

Объектом исследования была пыль ЭДП Череповецкого металлургического комбината (ПАО «Северсталь»). Исходный состав пыли ЭДП (атомно-эмиссионный спектрометр Thermo Scientific iCAP-6300 Radial View) представлен в таблице 1.

 

Таблица 1 – Исходный состав пыли ЭДП    

Элемент	Al	Ca	Cd	Cr	Cu	K	Mg	Mn	Ni	Pb	Ti	Zn	Fe
Состав, %	0,36	5,64	0,058	0,15	0,14	0,96	1,10	2,32	0,02	0,73	0,068	11,50	42,00

 

Образцы пыли ЭДП растворяли в ГЭР (из мочевины и холин хлорида) в соотношении 1 г ЭДП на 115 мл ГЭР при температуре 60 °C и обрабатывали на ультразвуковой установке Hielscher UIP 1000hd при мощности 315 Вт и температуре 40 °С.

Фильтрование проводилось через бумажный фильтр с помощью воронки Бюхнера, обмотанной ленточным нагревателем, колбы Бунзена и вакуумного насоса. После фильтрования бумажный фильтр с осадком сушили при температуре 60 °С в течение 48 ч. Полученный осадок анализировали на элементный состав методом атомно-эмиссионной спектрометрии.

Полученные результаты (Рис. 1) показали, что при увеличении длительности воздействия ультразвуком от 1 до 5 минут степень растворения Cd, Pb и Zn увеличивалась и при 5 мин составила 48,3 %, 37,0 % и 25,3%, соответственно. При ультразвуковой обработке дольше 5 мин степень растворения Cd, Pb и Zn снижалась. Это могло быть обусловлено разрушением комплекса и/или водородных связей, входящих в состав ГЭР.

 

Рисунок 1 – Зависимость степени растворения Cd, Fe, Pb и Zn в ГЭР от времени ультразвуковой обработки

 

Список источников:

1. Chen D., Sharma S. K., Mudhoo A. (ed.). Handbook on applications of ultrasound: sonochemistry for sustainability. – CRC press, 2011.

2. Abbott A.P. et al. Processing of metals and metal oxides using ionic liquids // Green Chemistry. – 2011. – V. 13. – I. 3. – P. 471–481.