2.3.2. Процесс флокуляции

Флокуляция (от лат. Flocculi – клочья хлопья), вид коагуляции, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой среде, образуют рыхлые хлопьевидные скопления, так называемые флокулы. Флокуляция в жидких дисперсных системах (золях, суспензиях, эмульсиях, латексах) происходит под влиянием специально добавляемых веществ флокулянтов, а также при тепловых, механических, электрических и пр. воздействиях. Эффективные флокулянты это растворимые полимеры, особенно полиэлектролиты. Действие полимерных флокулянтов обычно объясняют адсорбцией нитевидных макромолекул одновременно на различных частицах. Возникающие при этом агрегаты образуют хлопья, которые могут быть легко удалены отстаиванием или фильтрованием. Флокулянты (поликремниевая кислота, полиакриламид и др.) широко используются при подготовке воды для технических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, в бумажном производстве, в сельском хозяйстве (для улучшения структуры почв), в процессах выделения ценных продуктов из производственных отходов, обезвреживания промышленных сточных вод. При водоочистке полимерные флокулянты применяют обычно в концентрации 0,1÷5 мг/л. Флокуляция под действием органических веществ в природных водоёмах – важный фактор их самоочищения [8].

2.4. Химическое осаждение

Одним из простейших методов разделения веществ, в частности очистки реактивов, является перевод примеси (или основного вещества) в осадок. Это может быть достигнуто, если при действии подходящего реагента удаляемый компонент смеси образует малорастворимое соединение, например, выделение примеси Fe³⁺ в NH₄Cl при действии гидрата аммиака:

Fe³⁺ + 3NH₃ ^. H₂O = FeO(OH)↓ + 3NH₄⁺ + H₂O

Значительно чаще приходится иметь дело с такими комбинациями ионов, каждый из которых может реагировать с реактивом – осадителем, давая малорастворимые вещества. В этом случае необходимо использовать различие в произведениях растворимости (ПР), создавая условия, в которых электролиты, имеющие наибольшую растворимость (наибольшее значение ПР), остаются в растворе.

Так, для отделения примеси Ва²⁺ в солях Sr²⁺ достаточно добавить к раствору очищаемой соли небольшое количество H₂SO₄. Если учесть, что ПР(BaSO₄) = 0,87*10^-10, а ПР(SrSO₄) = 2,8*10^-7, то ясно, что менее растворимый BaSO₄ будет выпадать в первую очередь и только после почти полного его выделения оставшаяся H₂SO₄ осадит некоторое количество Sr²⁺ в виде SrSO₄. Часто для выделения примесей в виде осадков используют твердые фазы. Например, для удаления примеси Fe³⁺ в ZnSO₄ осаждают щелочью в небольшой части раствора смесь Zn(OH)₂ и FеO(ОН), отмывают осадок водой и вносят его в очищаемый раствор. Растворимости Zn(OH)₂ и FеO(ОН) резко отличаются (ПР Zn(ОН)₂ = 7,1*10^-18, ПР FeO(OH) = 3,2*10^-38), поэтому более растворимый осадок Zn(OH)₂ будет осаждать из раствора Fe³⁺ в виде FeO(OН):

3Zn(OH)₂ + 2Fe³⁺ = 2FeO(OH)↓ + 3Zn²⁺ + H₂O

Процесс идет практически до конца, что следует из значения константы равновесия:

K=ПР³(Zn(OH)₂) / ПР²(FeO(OH)) = (7,1*10^-18)³ / (3,2*10^-38)² = 3,5*10²²

Большое значение имеют также методы разделения двух веществ, основанные на осаждении одного из них при одновременном связывании второго в устойчивый растворимый комплекс.

В настоящее время все шире используются органические осадители, дозволяющие добиваться высокой степени очистки от примесей, например, осаждение купфероном или оксимами.

Широко применяется также метод соосаждения примесей с неорганическими или органическими коллекторами, т.е. с веществами, при осаждении которых одновременно соосаждается и удаляемая примесь. Этот метод обеспечивает очень высокую степень очистки, недостижимую при обычном осаждении. Так, для глубокой очистки раствора ZnSO₄ от примеси As и др. добавляют Fe₂(SO₄)₃, а затем вносят пасту ZnCO₃. Выпадающий осадок FeO(OH) сорбирует из раствора примеси As, Р и Sb [9].