Институт цветных металлов, Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

Н. В. Васюнина, доцент кафедры металлургии цветных металлов, канд. техн. наук, эл. почта: nvvasyunina@yandex.ru
И. В. Дубова, доцент кафедры фундаментального естественнонаучного образования, канд. техн. наук, эл. почта: idubova@mail.ru

Т. Р. Гильманшина, доцент, заведующая кафедрой техносферной безопасности горного и металлургического производств, канд. техн. наук, эл. почта: gtr1977@gmail.com

ООО «Индаст-ПРО», Красноярск, Pоссия
К. Е. Дружинин, заместитель директора, эл. почта: Bearget@mail.ru

Выполнен анализ возможности применения электродиализа для переработки слабых алюминатных растворов (подшламовой воды) глиноземного производства в целях их концентрирования и каустификации. Исследования проведены на примере подшламовой воды, отобранной на выходе из газоочистной установки печи спекания АО «РУСАЛ Ачинск». Для проведения испытаний применяли трехкамерную электродиализную ячейку с гетерогенными катионообменными мембранами МК-40. В качестве материала катода и анода использован титановый сплав ВТ1-0. Электродиализ выполняли при межполюсном расстоянии (МПР), равном 3–5 см и плотности тока 0,5–3,0 А/дм² с получением катодного (более концентрированного раствора каустической щелочи) и анодного растворов (опресненного раствора), а также анодного шлама (представленного в основном гидроксидом алюминия). Рассчитано изменение энергии активации удельной электропроводности, показано, что процесс переноса зарядов в исследованном диапазоне концентраций и температур лимитируется диффузионными ограничениями. Выбраны оптимальные режимные параметры процесса электродиализного концентрирования алюминатного раствора: плотность тока ~2 А/дм² при МПР, составляющем 4 см. При указанных режимных параметрах рабочее напряжение на ячейке устанавливается через 40–45 мин на уровне 24 В, при этом удельный расход энергии растет от 13,5 до 17,5 кВт·ч/кг щелочи. Определено, что содержание соды в растворе в течение 1 ч снижается с 55 до 25–30 % от общей щелочности при разных режимных параметрах процесса электродиализа. Степень концентрирования общей щелочи в растворе при выбранных режимных параметрах процесса через 1 ч от начала электродиализа доходит до 1,40–1,45.

1. Cassano A., Molinari R., Romano M., Drioli E. Treatment of aqueous effluents of the leather industry by membrane processes: a review // J. Membr. Sci. 2001. Vol. 181. Р. 111–126.
2. Qin J. J., Oo M. H., Wai M. N. et al. A dual membrane UF/RO process for reclamation of spentrinses from a nickel-plating operation — a case study // Water Res. 2003. Vol. 37, Iss. 13. Р. 3269–3278.
3. Smith P. The processing of high silica bauxites – review of exis ting and potential processes // Hydrometallurgy. 2009. Vol. 98. P. 162–176.
4. Дружинин К. Е., Васюнина Н. В., Немчинова Н. В., Гильманшина Т. Р. Очистка отходящих газов печей спекания с исполь зованием подшламовой воды в качестве газоочистного раствора // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24, № 3. С. 4–9.
5. Strathmann H. Electrodialysis, a mature technology with a multitude of new applications // Desalination. 2010. Vol. 264. P. 268–288.
6. Yan H., Wu C., Wu Y. Separation of alumina alkaline solution by electrodialysis: Membrane stack configuration optimization and repeated batch experiments // Separation and Purification Technology. 2015. Vol. 139. Р. 78–87.
7. Haydarov A. A. et al. Obtaining of alkaline from aluminate solution by electrodialysis method // Azerbaijan Chemical Journal. 2023. No. 2. Р. 154–162.
8. Yuzer B., Aydin M. I., Yildiz H., Hasançebi B. et al. Optimal performance of electrodialysis process for the recovery of acid wastes in wastewater: Practicing circular economy in aluminum finishing industry // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 434. 134755.
9. Липин А. Г., Липин А. А. Концентрирование раствора нитрата аммония в электромембранном аппарате // Энергоресурсоэффективные экологически безопасные технологии и обо рудование : сб. трудов конф. 2019. С. 11–13.
10. Тодоров С. А. Исследование и разработка метода электродиализа для разложения и концентрирования алюминатных растворов : дис. … канд. тех. наук / Институт металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова. — М., 2007.
11. Hu B., Mu Z. D. Treatment of wastewater from alumina plant by electrodialysis // IOP Conf. Ser.: Earth Env. Sci. 2019. Vol. 295, Iss. 3. P. 1–6.
12. Lainer Y. A., Gorichev I. G., Todorov S. A. Aluminum hydroxide nucleation kinetics and mechanism during the electrodialysis decomposition of aluminate solutions // Russian Metallurgy (Metally). 2008. Vol. 4. Р. 301–305.

13. Vetchinkina T. N., Tuzhilin A. S., Balmaev B. G. Decomposition and Concentration of Aluminate Solutions by Electrodialysis // Russian Metallurgy (Metally). 2022. Vol. 12. Р. 1511–1517.
14. Yaxian Zhanga, Qi Shia, Muxi Luoa et al. Improved bauxite residue dealkalization by combination of aerated washing and electrodialysis // Journal of Hazardous Materials. 2019. Vol. 364. Р. 682–690.
15. Yan H., Wu C., Wu Y. Separation of alumina alkaline solution by electrodialysis: Membrane stack configuration optimization and repeated batch experiments // Separation and Purification Technology. 2015. Vol. 139. С. 78–87.
16. Иванов А. А. Электропроводность водных растворов кислот и гидроксидов // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1989. Т. 32, № 10. С. 13–16.
17. ГОСТ 31957–2012. Вода. Методы определения щелочности и массовой концентрации карбонатов и гидрокарбонатов. — Введ. 01.01.2014.
18. ГОСТ 2642.4–97. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения оксида алюминия. — Введ. 01.07.2000.
19. Артёмкина Ю. М., Плешкова Н. В., Седдон К. Р., Щербаков В. В. Электропроводность некоторых ионных жидкостей // Физико-химические свойства растворов и неорганических веществ : сб. науч. трудов. Вып. 182. — М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2008. С. 139–144.
20. Гороховская Э. А., Артемкина Ю. М., Акимова И. А., Щербаков В. В. Особенности определения энергии активации удельной электропроводности растворов электролитов // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. 33, № 3. С. 92–94.