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:
- Хренкова Т.М. Механохимическая активация углей. М.: Недра, 1993. 176 с.
- Иванов А.А., Юдина Н.В., Ильина А.А. // Химия растительного сырья. 2010. №4. С.145.
- Шкуратник В.Л., Шульгин А.А. //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2009. №7. С. 23.[schema type=»book» name=»ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИНА ВЫХОД И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ1)» description=»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.» author=»Эпштейн Светлана Абрамовна, Никитина Изабелла Михайловна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-16″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.2015_08(17)» ebook=»yes» ]