ПОДБОР ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПОЛУЧЕНИЯ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ

АННОТАЦИЯ

В статье освещены вопросы исследования, получения гранулированных, гибридных, бентонито-угольных сорбентов и дана характеристика по прочностным и сорбирующим свойствам, способными использоваться многократно в технологических режимах промышленного производства. Изучены процессы получения гранул в различных температурных интервалах, сорбционные свойства и пористость полученного материала.

ABSTRACT

The article covers the issues of research, and production of granular, hybrid, bentonite-carbon sorbents and characterizes the strength and sorption properties that can be used repeatedly in the technological modes of industrial production. The processes of obtaining granules at different temperature intervals, sorption properties, and porosity of the obtained material have been studied.

Ключевые слова: сорбент, бентонит, гранула, адсорбция, сорбция, активированный уголь, каолинит, биотит,

Keywords: sorbent, bentonite, granule, adsorption, sorption, activated carbon, kaolinite, biotite.

В последнее время спрос на редкие металлы растет в связи с развитием техники и технологий, во всем мире ведется работа по поиску новых дешевых способов производства редких металлов. Редкие металлы играют важную роль в современном мире, так как они используются в производстве высокотехнологичных устройств и оборудования. Узбекистан обладает значительными запасами редких металлов, и переработка этих металлов может принести большую пользу экономике страны. В этой статье мы рассмотрим текущее состояние переработки редких металлов в Узбекистане и обсудим возможности для развития этой отрасли.

Сорбция редких металлов на активированный уголь является эффективным методом извлечения и очистки этих ценных элементов. В этой статье мы рассмотрим принципы сорбции и ее применение в области переработки редких металлов [1]. Мы также обсудим характеристики активированного угля, который используется в этом процессе, и рассмотрим примеры его применения в промышленности. В заключение мы обсудим перспективы развития этой технологии и ее потенциал для улучшения экологической безопасности и экономической эффективности переработки редких металлов.

Экспериментальная часть

Для получения гранулированного активированного сорбента в качестве связующего материала были использованы - бентонит из Навбахорского месторождения, предназначенный для буровых скважин и мелкая пылевая фракция угля из Ангренского месторождения.

Навбахорское месторождение открыто в 1998 году. Для добычи и переработки построен завод, годовая производительность которого составляет  40 000 тонн готовой продукции. Состав бентонитовых глин представлен в основном карбонатно-палыгорскитовыми глинами, имеющими общий химический состав: Mg₂Al₂[Si₈O₂₀](OH)₂·8H₂O·CaCO₃ [2].

Таблица 1

Химический состав бентонитовых глин

Таблица 2

Технические параметры бентонитового глинопорошка

Характеристика бентонита:

-очищает воду;

-препятствует механическому воздействию;

-принимает любую форму без применения механизмов;

-задерживает не только токсины, но и влагу;

-в состоянии покоя разжижается, при использовании становится более плотным.

Характеристика Ангренского угля:

Продукт глубокого разложения остатков растений. По строению каменный уголь является мелко измельченным графитом [3].

Таблица 3

Характеристика Ангренского угля

Основными характеристиками, которые определяют качество каменного угля являются: влажность, теплота сгорания, содержание серы, зольность и выход летучих веществ. Сорт угля определяется размером куска и марки. Известно более 14 технологических марок угля. При сжигании угля образуется зола [4].

Традиционно процесс производства активных углей состоит из следующих стадий:

пиролиза  (карбонизации)  и активации.  Карбонизация и активация осуществляется в печах под воздействием высоких температур, без доступа воздуха.

Получение активированного угля из материалов органического происхождения разделено на несколько этапов:

Карбонизация. Данный процесс представляет собой обжиг (термическую обработку) сырья в безвоздушных инертных условиях с использованием высокой температуры. После карбонизации получается – карбонизат, это уголь, имеющий очень незначительные адсорбционные качества по причине маленькой внутренней площади и мелких габаритов [5].

Учитывая вышеизложенные методы создания сорбентов, нами были выбраны варианты изготовления бентонито-угольных сорбентов в следующих соотношениях – бентонит: уголь = 2:1; 1:1; 1:2; 1:3(СаО); и 1:3. Бентонит использовался не только как сорбент, но и как связующее вещество, для придания формы гранулам. Полученные гранулы были подвергнуты термической активации в муфельной печи при следующих температурных параметрах - 6000С (60 мин.); 6500С (60 мин.);  7500С (30 мин.) 9500С. Исходные параметры по декарбонизации и активации использованы, исходя из патентных источников по активированию углей [6].

Полученные результаты и их обсуждение.

Сорбенты (от лат. sorbens — поглощающий) — твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества. В зависимости от характера сорбции различают абсорбенты — тела, образующие с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор, адсорбенты — тела, поглощающие (сгущающие) вещество на своей (обычно сильно развитой) поверхности, и химические поглотители, которые связывают поглощаемое вещество, вступая с ним в химическое взаимодействие [7]. Отдельную группу составляют ионообменные сорбенты (иониты), поглощающие из растворов ионы одного типа с выделением в раствор эквивалентного количества ионов другого типа. Широко используют активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, диоксид кремния, различные ионообменные смолы, дибутилфталат и др.

Целью данных исследований было выполнение термической обработки и исследование сорбционных свойств вариантов активированного бентонито-угольного сорбента после процессов декарбонизации при различных температурных параметрах, а также после активации при температуре 950⁰С [8].

Результаты и обсуждения

Для наглядности, концентрация анализируемых растворов приведена в процентном количестве. По ионам магния вместо 194,5 мг/л в контроле, в вариантах, наоборот, отмечено существенное уменьшение его количества в стоке БХО, особенно в вариантах с соотношением Б:У=1:2 и 1:3, равное 60 и 72 мг/л [9]. 

Количество сульфат-ионов в контрольном варианте составляло 875,5 мг/л, а в вариантах с соотношением  Б:У=1:2 и 1:3 уменьшилось до 320 мг/л при температуре активации 6000С. По хлор-ионам и общей жесткости произошло существенное уменьшение их количества в несколько раз [10].

В действительности при декарбонизации (6000С) и активации (9500С) произошло образование микропор диаметром от 3 до 10 мкм, что повлекло за собой адсорбирование главным образом молекул с малым радиусом ионов, которые представляли собой магний и сульфат ионы [11].

Таблица 4

Определение сорбционной емкости бентонито-угольных сорбентов.

Молекулы хлора и другие молекулы с крупным радиусом ионов также смогли проникнуть через микропоры бентонито-угольных сорбентов, но в малом количестве. Поэтому были предприняты меры по проведению дополнительной термической активации всех вариантов при температуре 9500С  в течение 30 минут. После такой активации и проверки вариантов на сорбционную емкость, оказалось, что наряду с микропорами, появились мезо- и макропоры, которые могли сорбировать более крупные молекулы элементов, таких как йод, кальций, медь и хлор-ионы [12].

В результате дополнительно проведенных анализов на сорбционную емкость получены хорошие результаты по йоду, где в варианте с соотношением Б:У=1:2 сорбент поглотил 13 г/кг ионов йода [13].

На рисунке 1 приведены стереоскопические фотоснимки вышеуказанных вариантов, выполненные на оптическом микроскопе, с освещением поверхности гранул, при увеличении в 300 раз [14].

Рисунок 1. Стереоскопические фотоснимки с освещением поверхности гранул, при увеличении в 300 раз

Заключение. Полученные микроскопические изображения гранул сорбента показали, что выгоранию подвергаются структурная вода, органические ароматические соединения, СО и СО₂ в составе Ангренского угля. Снимки ясно показывают образование не только микро и мезопор, но и явственное наличие мегапор.

Таким образом, выбранные нами исходные материалы – бентонит и уголь, в своей основе сами являясь природными сорбентами позволили получить  гибридный вариант и выбрать бентонито-угольный сорбент с оптимальным соотношением компонентов - бентонит:уголь=1:2. Вариант 1:3 также являлся перспективным по сорбционной емкости, однако при изготовлении образца тратилось много материала из-за хрупкости и сыпучести материала, т.е. в данном случае расход материалов будет увеличиваться. При испытании на прочность самым устойчивым и перспективным оказался вариант - бентонит:уголь=1:2.

Список литературы:

1. Ahmedov M.S., Saidahmedova L.A., Karimova Sh.K. Mis shlaklaridan temir va uning birikmalarini ajratib olishni tadqiq qilish // Международная научно-практическая онлайн конференция «Проблемы, перспективы и инновационный подход эффективной переработки минерального сырья и техногенных отходов». – 2021. –стр.143-144.
2. Behzod T. Research of the oxidative process of gold-containing sulfide materials roasting for the development of an optimal mode // Technika. – 2020. – №. 2. – С. 15-19.
3. Saliyevich H. A., Ibrohimovich T. B., Gulomovich P. F. Advantages of low-temperature roasting of molybdenum cakes // International scientific review. – 2019. – №. LVII. – С. 17-18.
4. Sanakulov K.S. Sharafutdinov U.Z. Extraction of vanadium and uranium from refractory black shale ores. Цветные металлы. – 2019. С, 46-49.
5. Sanakulov K.S. Kurbanov M.A. Petuxov O.F. Investigation and development of hybrid extraction of rhenium during in-situ ore leaching. Gorniy Jurnal. – 2018. С. 69-74.
6. Sanakulov K.S. Navoi Mining and Metallutgical Combinat – Leader of the mining industry in Uzbekistan. Gornyi Zhurnal. 2018. С.4-9.
7. Самадов А.У., Хужакулов Н.Б., Хужамов У.У., Махмудова Ф.М. Изучение возможности усовершенствования технологии переработки руд месторождений «Аджибугут» // Academy. 2021. №5 (68).
8. Самадов А.У., Хужамов У.У., Буронов А.Б. Исследование технологии переработки электронного лома // Научный журнал Universum: Технические науки. - 2021. - №10(91). - С.72-74.
9. Саидахмедов А.А., Хасанов А.С., Хужамов У.У. Исследование интенсификации процесса фильтрации растворов выщелачивания при переработке техногенных отходов // Научный журнал Universum: Технические науки. - 2020. - № 9(78). – С.62-67.
10. Самадов А.У., Хужакулов Н.Б., Хужамов У.У. Гидрометаллургик заводларнинг чиқинди омборини геотехнологик тадқиқоти методологияси // Ўзбекистон кончилик хабарномаси. – Навоий, 2019. ‒ №2. – С.11-13.
11. Тагаев И.А., Андрийко Л.С., Вохидов Б. Р., Бойхонова М. Ю., Хужакулов Н.Б., Нарзуллаев Ж.Н. Подбор исходного местного сырья и изучение дериватографических показателей для получения сорбентов // Universum: технические науки. 2020. №9-2 (78).
12. Хужамов У.У., Каримов У.Х. Анализ способов переработки урановых руд и практика переработки урановых руд за рубежом // Academy. - 2020. - № 1(52). – С.70.
13. Xujakulov N.B., Tongatarova M.T., Saydaxmedova L.A. Oltinni qayta ishlash zavodlarining sianidli qoldiqlarini bakterial qayta ishlash // Международная научно-практическая онлайн конференция «Проблемы, перспективы и инновационный подход эффективной переработки минерального сырья и техногенных отходов». – 2021. – стр. 94-95.
14. Хужамов У.У., Самадов А.У. Анализ способов переработки электронного лома // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14906