Сорбционные материалы с использованием роторных шлаков и применение их для очистки воды

Sorption materials using rotor slugs and their use for purification of water
Цитировать:
Нуруллаев Ш.П., Рузматов И., Саидмирзаева Д.Б. Сорбционные материалы с использованием роторных шлаков и применение их для очистки воды // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 2 (71). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/8761 (дата обращения: 04.11.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данный работе показана возможность использования роторного шлака (отхода) аккумуляторного завода г. Джизака в качестве сорбционного материала после проведения ферритазации исходного вещества.

ABSTRACT

In the article the possibility of using rotar slag (waste) of Jizzakh battery plant as a sorption material after ferritization of the basic substance is shown.

 

Ключевые слова: феррит, очистка, ионы тяжелых металлов, сорбция, водопоглощение, эффективность очистки, сорбционная емкость, ферритазация, термогравиметрия, модельные растворы.

Keywords: ferrit; purification; heavy-metal ions; sorption;  water absorption; purification efficiency; sorption capacity; ferritization; thermogravimetry; standardized test solution.

 

Введение. С промышленных объектов государств СНГ и в том числе в нашей республики в окружающую среду попадает в определенном количестве загрязняющие вещества, наиболее распространенными из которых является ионы некоторых металлов, а также нефть и нефтепродукты, которые являются опасными токсическими веществами для окружающей среды [1-2].

Поэтому уменьшение загрязнения окружающей среды зависит от степени усовершенствования и модернизации сушествующих технологических процессов и ускорение внедрения разработанных новых современных научных достижений по очистке сточных вод промышленных отходов, считается актуальной задачей.

В этом отношении из наиболее приемлемым и самым эффективным способом очистки сточных промышленных вод является сорбционный метод. Сорбционный метод обладает рядом преимуществ, таких как - очистка водных объектов до требуемой концентрации загрязнений (ПДК) и возможность десорбции с повторным использованием сорбционного материала в промышленной технологии [3].

В качестве сорбционных материалов используют отходы различных производств, с помощью которых получают дешевые сорбенты с уникальными свойствами для применения в процессах водоподготовки и очистки сточных вод.

С применением сорбционных методов очистки сточных вод от различных примесей одновременно решается острая экологическая проблема утилизации отходов. Поэтому исследования в области создания магнитных сорбционных материалов для промышленности являются приоритетным направлением, так как такие сорбенты предполагают технологичность их использования, в частности, возможность нанесения на загрязненную примесями поверхность воды или в ее объем с последующим извлечением с помощью метода магнитной сепарации. В данной работе изучена возможность получения сорбционных материалов на основе отходов выделяющиеся в виде шлаков аккумуляторного завода г.Джизака Республики Узбекистан, для очистки сточных промышленных вод от различных примесей.

Объекты и методы исследования. Для опытов приготовлены модельные растворы, содержащие различные концентрации ионов некоторых тяжелых металлов, нефтепродукты и другие примеси. Полученные результаты на модельных растворах опробованы на сточных водах предприятия г.Джизака, содержащие Cu(II), Fe(II), Fe(III) и нефтепродукты. С использованием роторных шлаков аккумуляторного завода (г.Джизак) приготовлены сорбционные мате-риалы: порошкообразный ферритизированный композиционный сорбционный материал, на основе роторных шлаков, с довабкой парафина и госсиполовой смолы.

Для установления значения водопоглощения, полученные образцы сорбционных материалов взвешивались и помещались в испытательный сосуд объемом 1 дм3, заполненный на половину водой. Для создания волнения в водо содержащемся емкости его устанавливали на перемешивающее устройство марки ЛАБ-ПУ-02. В этом случае скорость перемешивания составляла 120 циклов в минуту при амплитуде колебания воды 3-4 см. Через 15 минут образцы извлекались, взвешивались и на основе полученных данных рассчитывалось степень водопоглащения (ВП, г/г) по формуле приведенном в [4]:

ВП=                                                                                 (1)

где:

Мс-начальная масса сухого сорбента, гр;

Мсорб.-масса сорбента с поглощенной водой, гр.

Эффективность процесса очистки (Э, %) водных модельных систем сточных вод с приготовленными сорбентами рассчитывалось по формуле (2):

                                                                    (2)

где:

СН-начальная концентрация, мг/дм3

Ср-равновесная концентрация, мг/дм3

Сорбционная емкость разработанных сорбционных материалов (СМ, мг/г; г/г) определялась по формуле (3):

                                                                    (3)

где:

Снр-начальная и равновесная концентрация, мг/дм3

Vp-pa-объем раствора, см3 или дм3;

Мсорб.-масса сорбента, гр.

Результаты и их обсуждение. Образование и накопление роторных шлаков в определенной степени представляют собой важнейшую экологическую проблему г.Джизака, так как этот промышленный отход является токсичным побочным продуктом. С помощью элементного анализа, найдено, что роторный шлак порошкообразный твердый осадок с влажностью 5-8 % и его токсичность обусловлены наличием в составе ионов некоторых тяжелых металлов в следующем содержание (%): Fe-30.0; Si-5.0; Al-0.3; Na-15.0; Pb-2.5; Cu-0.04. Их концентрация в роторном шлаке может изменяться в зависимости от исходного состава технологического процесса на аккумуляторном заводе.

Потенциальную угрозу при хранении эти отходы роторного шлака представляют из-за возможности высвобождения ионов некоторых тяжелых металлов и их дальнейшей попадание в почву, грунтовые воды и по всей окружающей среде в целом. По причине отсутствия специально оборудованных полигонов для складирования роторного шлака, аккумуляторный завод вынужден хранить эти отходы на своей территории, занимая действующие площади, которых с каждым годом становится все больше. Утилизация на сегодняшний день составляет около 2-3% при общем объеме их образования в 2-8 млн. тонн в год по масштабам Республики Узбекистан.

Поэтому использование роторного шлака как вторичного материального ресурса, значительно снизит нагрузку на окружающую среду и позволит получить новый продукт в виде композиционного сорбента. Примененный роторного шлака аккумуляторного завода, образующийся из ванн травления, активации и подготовки стержней (удаление с поверхности железных деталей тончайшего слоя окислов при протравливании верхнего слоя материала-металла стержня) представляет собой порошкообразную массу черного цвета (рис.1.)

 

Рисунок 1. Роторный шлак

 

Рентгенофазным методом анализа (РФА) определялся качественный состав исходного роторного шлака на процентного содержания присутствующих в этом шлаке элементов. Анализ этих данных показали, что в наибольшем процентном соотношении содержится ионы Fe (II)-30,0%; Na-15,0%; Si-5,0%; Pb(II)-2,0%, также в шкале в незначительном качестве присутствуют: Cu, Ni, Sb, Mo, Zn, Ag, Cr, Ti, V, Mn, Ba, P, Al. Наличие ионов Fe в роторном шлаке позволяет получить магнетит и ферриты, что обусловливает появление магнитных свойств у роторного шлака.

Процесс ферритизации роторного шлака протекает в щелочной среде при температуре 75-900С в двух стадиях и при этом получается порошкообразный сорбционный материал с магнитными свойствами [5].

На первом этапе при добавлении к суспензии роторного шлака образуются смешанные гидроксиды Fe (II). В результате последующего окисления воздухом, происходит образование ферритов -NenFe3-nO4. Для ферритизации роторного шлака Джизакского аккумуляторного завода определены следующие основные параметры: рН=9-11; t=70-850C; к=m(Fe+2)/m(роторный шлак)=0,35-критерий ферритизации (доза ионов Fe+2, которая необходима для обезвреживания определенной массы твердой фазы роторного шлака); τопыта = 40-120 мин.; реакционная смесь перемешивается в турбулентном режиме. Получаемые вещества нерастворимы в воде и очень мало растворяется в концентрированной HCI. Эти свойства обуславливает их возможное попадание в окружающую среду и вызовет значительный ущерб в отличие от исходного роторного шлака.

Проведен термогравиметрический анализ (ТГА) роторного шлака. Результа-ты представлены в табл.1.

Таблица 1.

Термогравиметрический анализисходного роторного шлака  

Состав

Основная стадия термолиза

Потери массы в % при температурах, 0с

 

100

250

300

400

500

600

700

800

900

1000

Роторный шлак

8

28

33

40

43

49

52

53

55

58

 

На основании проведенных исследований установлено, что максимальная потеря массы роторного шлака происходит при t=900-10000С и составляет 49-58%. На начальном этапе нагревания до t=2500С наблюдается эндотермический эффект, что соответствует области выделения кристаллизационной воды. При температуре выше 7000С, образуется стабильная фаза исходного материала и это согласуется с литературными данными приведенными в [1].

С ростом температуры происходит увеличение активности реакционной смеси в процессах твердофазного взаимодействия, а также интенсифицируется массоперенос и инициируются процессы, которые имеют диффузионный характер.

Сорбционные свойства ферритизированных роторных шлаков Джизакско-го аккумуляторного завода исследованы на модельных водных растворах, содержащих ионы металлов Fe (II), Fe(III), Cu(II), Pb(II), Na, которые часто встречаются в сточных водах промышленных объектах региона. В таблице-2 приведены результаты опытов по определению эффективности очистки водных модельных растворов от ионов некоторых тяжелых металлов.

На основе приведенных данных в табл.2 выявлена, что степень очистки сточных вод от ионов некоторых тяжелых металлов с применением ферритизи-рованных роторных шлаков составляет 91-98,0%.

Таблица 2.

Эффективность очистки водных модельных растворов от ионов некоторых тяжелых металлов

Малы тяжелых металлов

Сн,мг/дм3

Ср,мг/дм3

Э,%

ПДК*, мг/дм3

Fe(II) и Fe(III)

1,19

0,02

98,3

0,3

Na

4,40

0,16

96,4

1,0

Pb(II)

0,65

0,05

92,3

0,1

Cu(II)

0,85

0,08

91,0

0,2-0,3

*-значение ПДК для вод хозяйственно-питьевого назначения.

 

Заключение. Таким образом, на основе проведённых исследований можно заключить, что на основе промышленных отходов таких как роторных шлаков Джизакского аккумуляторного завода, возможно получить сорбционный материал и эффективность сорбционной очистки ионов некоторых тяжелых металлов водных модельных растворах составляет 91-98%.

 

Список литературы:
1. Белинков С.Е. Водоподготовка, -М: «Акватерим», 2007., -231стр
2. Бухарова Е.А. Сорбционные материалы на основе отходов поли этилентерефталита и соединений графита для очистки сточных вод: дисс… канд. Техн. Наук: 05,17,06, Саратов, 2015. -161стр.
3. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производства.,-М., Глобус,1998, -302стр.
4. Климов Е.С., Бузаева М.В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. Ульяновск, Ул.ГТУ, 2011. -201стр
5. Климов Е.С., Семенов В.В., Завальцева О.А. и др. Применение ферритизированных гальванических шламов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, Современные наукоемкие технологии. 2004.-№2.-стр. 65-66.

 

Информация об авторах

канд. хим. наук, профессор, Ташкентский химико-технологический институт, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, дом №32

candidate of chemical sciences, professor, Tashkent Chemistry and Technological Institute, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi str., 32

доцент, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Associate Professor, Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent

ассистент, Джизакский политехнический институт, Республика Узбекистан, г.Джизак

Assistant, Jizzakh Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Jizzakh

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top