29 Авг

ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИНА ВЫХОД И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ1)




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Функционирование промышленных предприятий, в том числе горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей, приводит к серьезным экологическим последствиям, связанным с загрязнением территорий и водных бассейнов отходами добычи и обогащения твердых полезных ископаемых. При этом в водную среду попадает значительное количество органических и неорганических веществ, в частности водорастворимых солей тяжелых металлов, оказывающих негативное влияние на окружающую среду. Известно, что гуминовые кислоты (ГК) твердых горючих ископаемых, таких как, бурый и окисленный каменный угли, торф, сапропель и др. способны связывать ионы тяжелых металлов в устойчивые комплексы.

Особенностью применения гуминовых кислот является то, что они находятся в составе твердых горючих ископаемых, как правило, в связанном состоянии. Это обусловливает применение различных способов активации гуминовых кислот[1-3].

В работе исследовали влияние механической активации на выход и сорбционные свойства гуминовых кислот твердых горючих ископаемых по отношению к ионам марганца, кадмия и стронция.

Для работы использовали пробы твердых горючих ископаемых различных месторождений Российской Федерации. Был проведен технический и элементный анализ проб топлив в соответствие со стандартными методиками.

Выход гуминовых кислот для торфов и углей определяли однократной экстракцией гидроксидом натрия с последующим осаждением их избытком соляной кислоты. Выход гуминовых кислот сапропелей определяли аналогично, но с предварительной экстракцией щелочным раствором пирофосфата натрия в течение часа.

Механическую активацию (МА) ГК в составе торфов и углей проводили в лабораторной шаровой мельнице. Размер стальных шаров 1,5-2 мм, время активации в интенсивном режиме – 30 минут. МА проводили в присутствии дистиллированной воды. Соотношение торф:вода составило 1:1 (по объему). МА сапропелей проводили в шнековом измельчителе-дезинтеграторе.

В аналогичных условиях проводили МА торфа в присутствии гидроокиси кальция (Ca(OH)2). Количество Ca(OH)2 составляло 2 % от массы торфа (в расчете на воздушно-сухое состояние). Сапропель перед МА перемешивали с 30 % раствором гидроксида калия, количество сухого КОН составляло 1% от массы пробы.

Исследования сорбционной способности ГК в составе торфа и сапропеля (т.е. без их выделения) проводили на модельных растворах индивидуальных солей. В качестве модельных использовали растворы солей стронция, марганца и кадмия. Эти элементы присутствуют в сточных водах многих предприятий горно-обогатительного комплекса, в концентрациях значительно превышающих ПДК.

Очистку с использованием реагентов, полученных в результате МА торфа 1 и сапропеля 2. Раствор с реагентом выдерживали в течение суток, отфильтровывали осадок.  Объем модельных растворов составлял 250 мл, исходные концентрации элементов приведены в таблиц 2.

Содержание марганца, стронция и кадмия в растворах до и после очистки определяли методом индукционно связанной плазмы (ICP MS).

В таблице 1 приведен технический и элементный состав исследуемых ТГИ.

Таблица 1.

Технический и элементный состав ТГИ

Проба, № Wa, % Ad, %

Химический состав, %

Cdaf Hdaf Ndaf Std
торф 1 9,4 9,7 59,05 6,72 2,85 0,68
торф 2 7,0 2,8 58,12 6,32 1,03
торф 3 7,3 6,0 60,33 6,13 1,23
сапропель 1 8,52 6,52 48,9 4,84 1,97 0,16
сапропель 2 7,98 10,92 47,6 5,06 2,71 0,34
уголь 1 6,15 10,28 78,25 5,27 2,59 0,24
уголь 2 4,43 18,05 78,52 5,53 2,71 0,26

На рисунке1 (а-в) показаны значения выхода ГК в торфе, угле и сапропеле после МА и без нее. МА приводит к увеличению выхода гуминовых кислот во всех исследованных образцах. В среднем суммарный выход ГК торфов после МА увеличился на 20% (рис. 1а), углей на 3-5 % (рис. 1 б). Для сапропелей увеличение выхода гуминовых кислот после МА не отмечено. Однако при механохимической активации с предварительной обработкой КОН этот показатель увеличивается на 10 %. Это может быть связано с тем, что ГК сапропелей находятся в составе более сложных, чем в торфах, органоминеральных соединениях.

а

 

б

 

в

 

Рисунок 1. Выход гуминовых кислот: а – торфа; б – угля; в — сапропеля

В таблице 2 приведены результаты очистки модельных растворов солей марганца, стронция гуминовыми кислотами в составе торфа 1 и сапропеля 2.

Таблица 2.

Результаты очистки воды реагентом на основе торфа

Раствор Концентрация, мг/л Степень очистки, %
марганец стронций марганец стронций
Исходный 8,87 7,07
Очистка без Ca(OH)2 2 2,8 77,5 60,4
Очистка c Ca(OH)2 0,1 0,7 98,9 90,1

Показано, что применение в качестве реагента торфа, прошедшего МА без добавления Ca(OH)2, приводит к снижению концентрации марганца до 2,0 мг/л, стронция до 2,8 мг/л. Применение Ca(OH)2 на стадии МА позволяет снизить концентрацию марганца до 0,1 мг/л, стронция до 0,7 г/л, что соответствует степени очистки 98,9 % и 90,1 % соответственно для марганца и стронция.

Применение в качестве реагента сапропеля, прошедшего МА без добавления КОН, приводит к снижению концентрации кадмия до 0,0064 мг/л, стронция до 1,84 мг/л. Предварительная обработка КОН позволяет снизить концентрацию кадмия до 0,019 мг/л, стронция до 0,98 г/л, что соответствует степени очистки 98,6 % и 90,6 % соответственно для марганца и стронция.

Показано, что применение механоактивации приводит к увеличению выхода гуминовых кислот торфа, сапропеля и, в меньшей степени, угля. Подготовка реагента на основе торфа и сапропеля путем их механохимической активации в присутствие щелочей позволяет повысить степень очистки растворов от марганца, стронция и кадмия.

Работа выполнена в рамках «Проведения научно–исследовательских работ (фундаментальных научных исследований, прикладных научных исследований и экспериментальных разработок)» задания № 2014/97 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания по теме «Особенности структуры и свойств гуминовых кислот в составе твердых горючих ископаемых разного генезиса и метаморфизма».

 

Список литературы:

  1. Хренкова Т.М. Механохимическая активация углей. М.: Недра, 1993. 176 с.
  2. Иванов А.А., Юдина Н.В., Ильина А.А. // Химия растительного сырья. 2010. №4. С.145.
  3. Шкуратник В.Л., Шульгин А.А. //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2009. №7. С. 23.
    ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИНА ВЫХОД И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ1)
    Исследовано влияние механической и механохимической активации в присутствие щелочей на выход и сорбционные свойства гуминовых кислот твердых горючих ископаемых. В качестве объекта исследований использованы пробы торфов, углей и сапропелей. Показано, что механическая активация приводит к увеличениювыхода гуминовых кислот во всех исследуемых образцах. Реагент на основе торфа, подготовленныйпутем его механохимической активации в присутствие Ca(OH)2и реагент на основе сапропеля, подготовленный путем механоактивации с предварительной обработкой KOH,связывают ионы марганца, стронция и кадмия в одноименных растворах.
    Written by: Эпштейн Светлана Абрамовна, Никитина Изабелла Михайловна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/16/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.2015_08(17)
    Available in: Ebook