ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЕНТА-КОАГУЛЯНТА НА ОСНОВЕ АНГРЕНСКОГО КАОЛИНА И МИРАБИЛИТА

АННОТАЦИЯ

В статье приведены данные по получению коагулянта-адсорбента на основе ангренских пестроцветных каолиновых глин и природного мирабилита. Подобраны оптимальные соотношение исходного сырья, температурный режим и время проведения процессов для получения коагулянта-адсорбента. Разработана технология получения коагулянта-адсорбента с использованием упрощенных технологических процессов. Исследована способность полученных образцов коагулянта-адсорбента при осветлении сточных вод текстильного производства.

ABSTRACT

The article deals with data on the production of an adsorbent coagulant based on Angren variegated kaolin clays and natural mirabilite. The optimal ratio of the feedstock, the temperature regime and the time of the processes for obtaining the adsorbent coagulant has been selected. The technology for obtaining the adsorbent coagulant using simplified technological processes has been developed. The ability of the obtained samples of coagulant adsorbent in the clarification of waste water of textile production is investigated.

Ключевые слова: ангренский пестроцветный каолин, природный мирабилит, термохимическая активация, коагулянт-адсорбент, температура, осветление.

Keywords: Angren variegated kaolin; natural mirabilite; thermochemical activation; adsorbent coagulant; temperature; clarification.

Коагулянты широко используются для очистки природных и производственных сточных вод от примесей органической и неорганической природы.

Спрос на адсорбенты в мировой промышленности очень высок. Значение сырья важно для повышения его высоких сорбционных свойств. В настоящее время наряду с адсорбентами, активированными на основе местных углей [3; 1; 10], древесного сырья [2; 8; 4; 9; 7], актуальным является получение адсорбентов путем активации глинистых минералов [11; 12].

Из патентной литературы известен [6] способ получения сульфата алюминия, включающий обработку алюминийсодержащего сырья – каолина 95%-ной серной кислотой и термообработку полученной реакционной массы, отличающийся тем, что используют каолин с массовой долей оксида алюминия, равной 20–27%, который перед смешиванием с серной кислотой увлажняют, термообработку реакционной массы проводят при 320–350 °С в течение 3 ч, после этого сульфатный продукт выщелачивают водой при соотношении Т:Ж равном 1:3 и температуре 80–90°С до конечной величины рН равной 3,5–4,0. Полученную пульпу фильтруют, фильтрат упаривают и кристаллизуют сульфат алюминия. Недостатком способа является то, что для перевода алюминия в каолине в водорастворимую сульфатную форму используется 95%-ная серная кислота, которая при смешивании с сырьем и термообработке при 320–350 °С выделяет в окружающую среду оксиды серы.

Авторами работы [5] предложен способ получения алюминийсодержащего коагулянта.

Предложенный коагулянт – активированный кальций-алюминат – содержит соединения алюминия, оксид кремния, оксид кальция, оксид железа, оксид натрия, оксид магния и диоксид серы, его получают обработкой шлама – промежуточного продукта производства глинозема, причем обработку ведут 2%-ным водным раствором бикарбоната натрия и сульфата натрия в соотношении 1:1 в течение не менее 5 мин с последующим отделением, высушиванием и измельчением осадка.

Недостатком этого способа являются то, что основным сырьем для получения коагулянта взят шлам – промежуточный продукт производства глинозема (требуется наличие производства глинозема); использованы чистые реагенты бикарбонат и сульфат натрия, что повышает стоимость конечного продукта; процесс обработки проводят водным раствором, что увеличивает расход воды и объем сточных вод; сушат – дополнительная энергозатрата.

Природные глины по своей природе обладают адсорбционными свойствами. Ведутся научные исследования по дальнейшему совершенствованию их сорбционных свойств.

Целью исследования было получение адсорбентов путем термохимической активации выбранных в качестве сырья пестроцветных каолиновых глин, отвечающих требованиям получения адсорбентов.

На основе местного сырья в качестве объекта исследования были выбраны ангренские пестроцветные каолиновые глины и природный мирабилит.

В ходе научных исследований были подобраны основные технологические процессы получения коагулянта-адсорбента, представленные на рисунке 1.

Рисунок 1. Основные технологические процессы получения коагулянта-адсорбента

Подбор процессов основывался на упрощении способа получения коагулянта-адсорбента с применением стандартного технологического обородувания, используемого на промышленных предприятиях.

Были подобраны лабораторные приборы и оборудование для получения коагулянта-адсорбента в лабораторных условиях, которые приведены на рисунке 2.

Экспериментальные исследования при получении коагулянта-адсорбента проводились в нижеследующем порядке.

Пестроцветный ангренский каолин (1) с природным мирабилитом (2) в соотношении 1:1,7 смешивают и измельчают до фракции меньше 1,0 мм в барабанной шаровой мельнице. Затем полученную смесь подвергают термообработке в печи (4) при температуре 600±50 °С в течение 1–1,5 ч. Процесс термообработки проводят в стандартной печи при доступе воздуха. Далее полученный продукт охлаждают до температуры окружающей среды и измельчают (5) до фракции <0,5 мм (6). Получают готовый коагулянт-адсорбент (7).

Рисунок 2. Получение коагулянта-адсорбента в лабораторных условиях

Из научно-технической литературы авторам неизвестна очистка природных и промышленных сточных вод коагулянтом, полученным следующим путем: пестроцветный ангренский каолин сушат на воздухе, смешивают с природным мирабилитом в соотношении 1:1,7, измельчают до фракции меньше 1,0 мм и подвергают термообработке в печи при 600±50 °С в течение 1–1,5 ч. Затем полученный продукт охлаждают до температуры окружающей среды и измельчают до порошкообразного состояния. Процесс термообработки проводят в стандартной печи при доступе воздуха.

Технический результат при очистке вод с помощью нового коагулянта-адсорбента на основе каолина и мирабилита достигается за счет наличия в составе полученного реагента сульфатов алюминия и железа, выполняющих функцию коагулянта. Частично образовавшийся силикат натрия выступает как флокулянт, укрупняющий скоагулировавшиеся мелкие частицы в более крупные флокулы. Частицы непрореагировавшей каолиновой глины адсорбируют на поверхности примеси из водной среды, наряду с этим являются центрами хлопьеобразования, благодаря чему происходит ускорение процесса коагуляции и повышается эффективность очистки вод.

Проведены работы по осветлению реагентом (КМ) на основе каолина и мирабилита стоков нефтедобычи на различных месторождениях (табл. 1). Осветление воды определялось на приборе Lovibond.

Таблица 1.

Результаты осветления стоков нефтедобычи различных месторождений реагентом КМ

Таблица 2.

Результаты осветления стока текстильного предприятия реагентом КМ, внесенным в соотношении 10:1

Как видно из данных таблицы, при обработке реагентом КМ в соотношении 1:10 стока текстильного предприятия, непосредственно отобранного в данный момент, степень осветления составила 96,6%, а при обработке отстоявшейся в отстойнике части стока реагентов КМ степень осветления составила 70,5%.

Заключение. Таким образом, разработана технология получения коагулянта-адсорбента (КМ) с использованием в качестве сырья ангренских пестроцветных каолиновых глин и природного мирабилита. Подобраны оптимальные режимы термохимической активации при температуре 600±50 °С в течение 1–1,5 ч. При обработке реагентом КМ в соотношении 1:10 стока текстильного предприятия степень осветления составила 96,6%.

Список литературы:

1. Адсорбенты для осветления сточных вод / Д.Ж. Жумаева, Г.М. Очилов, Л.Г. Аймирзаева, А.А. Агзамходжаев // Химическая промышленность. – 2015. – № 1. – С. 41–44.
2. Адсорбция паров бензола на углеродных адсорбентах, полученных из древесины Paulovnia / А.Х. Абдурахимов, Н.Т. Рахматуллаева, Д.Ж. Джумаева, И.Д. Эшметов // Universum: Chemistry and Biology. – 2020. – № 9. – С. 83–87.
3. Жумаева Д.Ж. Угольные адсорбенты для очистки сточных вод и их вторичное использование // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. – 2016. – № 11 (29) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/3851.
4. Оффан К.Б., Петров В.С., Ефремов А.А. Закономерности пиролиза скорлупы кедровых орехов с образованием древесного угля в интервале температур 200–500 °С // Химия растительного сырья. – 1999. – № 2. – С. 61–64.
5. Патент. RU 2195434C2 Автор, нужно указать название патента, а также год регистрации.
6. Патент. RU 2355639С2 Автор, нужно указать название патента, а также год регистрации.
7. Петров В.С., Симкин Ю.Я., Крылова О.К. Технология сорбентов и других угольных материалов из отходов растительного происхождения // Химия в интересах устойчивого развития. – 1996. – Т. 4. № 4–5. – С. 389–394.
8. Получение активного угля из скорлупы кедрового ореха / Ю.Р. Савельева, Н.А. Кряжов, М.С. Богомолов, В.Л. Ивасенко [и др.] // Химия растительного сырья. – 2003. – № 4. – С. 61–64.
9. Получение угольных адсорбентов из древесины местных сортов / Р.А. Пайгамов, Д.С. Салиханова, И.Д. Эшметов, Д.Ж. Жумаева // Узбекский химический журнал. – 2018. – № 2. – С. 28–32, 53–57.
10. Сarbon adsorbents on the basis of brown coal of Angren for cleaning industrial wastewater / D. Jumaeva, I. Eshmatov, B. Jumabaev, A. Agzamkhodjayev // Of chemical technology and metallurgy. – Bulgaria, 2015. – Vol. 50, № 2. – P. 210–214.
11. Сорбция радионуклидов цезия из водных растворов на природных и модифицированных глинах / В.В. Милютин, А.И. Везенцев, П.В. Соколовский, Н.А. Некрасова // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2014. – Т. 14, Вып. 5. – С. 879–883.
12. Шилина А.С., Милинчук В.К. Сорбционная очистка природных и промышленных вод от катионов тяжелых металлов и радионуклидов новым типом высокотемпературного алюмосиликатного адсорбента // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2010. – Т. 10, Вып. 2. – С. 237–245.