CC BY
52
Образование выбросов сероводорода при внепечной грануляции.
Сеник А.И., Милюков С.В., Прошкина О.Б.
ли, которые предотвращают образование Н2Б, образуя Б02 и БОз.
Также для уменьшения содержания сероводорода в парогазовых выбросах может быть исполь-зовано ПАВ, например от производства целлюло-зы. Наиболее ярким представителем ПАВ является
мыло: доступное, недорогое. Эффективность очистки в этом случае составляет 84% [8, 9].
Для условий ОАО «ММК» наиболее приемлемым вариантом является установка над гвдро-желобом укрытий для улавливания и очистки сульфид ных выбросов.
Библиографический список
1. ТИ-101-Д-33-2004. Налив в ковши, транспортировка и переработка огненно-жидкого шлака.
2. М егодика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий: РД
52.04.212-86.
3. Воскобойников В.Г., Кудрин В.Я., Якушев А.М. Общая металлургия. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. 768 с.
4. Шаприцкий В.Н. Защитаатмосферы в металлургии. М.: Металлургия, 1984. 216 с.
5. Исследование характеристики паро-газовых выбросов при грануляции доменных / Кормышев В.В., Потоцкий В.П., Зуб -ков В.Ф., Маркман Л.Г. //Очистка водного и воздушного бассейнов на предприятиях черной металлургии. М.: Металлургия, 1976. № 5. С. 32-39.
6. Сорокин Ю.В., Демин Б.Л. Экологические и технологические аспекты переработки сталеплавильных шлаков // ОАО «Черметинформация». Бюл. «Черная металлургия». 2003. № 3. С. 75-79.
7. Гроспич К.-X., Эверс В., Домбровски Г. Новая установка грануляции шлака // Черные металлы. 2004, янв. С. 33-40.
8. Панфилов М .И. Металлургический завод без шлаковых отвалов. М.: Металлургия, 1978. 248 с.
9. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии / Панфилов М .И., Школьник Я.Ш., Орининский Н.В., Ко-ломиец В.А. и др. М.: Металлургия, 1987. 238 с.
УДК 628.337: 628.339.081: 628.345 Чалкова Н.Л., Чалков Д.А.
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦИНКА ИЗ МОДЕЛЬНОЙ ВОДЫ СОРБЦИОННЫМИ И ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ*
Востребованность тяжелых металлов на рынке предлагает руководству горных предприятий уделять большее внимание вопросам извлечения тяжёлых металлов из сточных вод, для которых характерно преобладание цинка над ос -тальными тяжёлыми металлами (см. таблицу).
Современные методы и технологии очистки воды позволяют решить задачу извлечения цинка, но возникают экономические проблемы из-за высоких капитальных и эксплуатационных затрат, увеличивающих стоимость готовой продукции, что снижает ее конкурентоспособность. Наиболее экономически целесообразными методами на сегодняшний день являются гальванокоагуляцион-ный и сорбционный методы извлечения.
Извлечением цинка из модель ных растворов методом гальванокоагуляции занимались Лавриненко Е.Н., Прокопенко В.А., Перцов Н.В., Зубу-лис А.И., Прочаска П.М., Соложенкин П.М. [5]. Сорбционным извлечением цинка из модель ных растворов занимались Годымчюк А.Ю и Юрке-вич Н.В., Домрачева В.А., Свистунова Я.К, Якушева Л.А., Куликов И.М. [1, 6-8].
* Работа выполнена при поддержке гранта РНП 2.1.2.6594.
Целью данной работы явилось изучение кинетики извлечения цинка из модельных растворов , влияние pH, концентрации исходного рас -твора методом гальванокоагуляции и сорбции на различных видах сорбентов.
Существует большой класс природ ных сорбентов-минералов и сорбентов техногенного происхождения, которые из-за недостаточной изученности не нашли широкого промышленного применения [2-4]. Между тем, высокие сорб-ционные свойства, дешевизна и широкая распространенность делают их экономически целесообразным сырьем в технологиях извлечения металлов из гидроминерального сырья [5-8].
В данной работе для изучения физико-химических, в том числе и сорбционных свойств, были выбраны природные и техногенные кальций-магниевые минералы, карбонаты и силикаты. Значительное их сродство к катионам тяжелых металлов позволяет рассматривать эти минералы в качестве потенциальных сорбентов-ионообменников. Изучены отходы горно-металлургической промышленности (доменный шлак) и минеральное сырье (известняк, доломит и магнезит) [1-4, 6-8].
ЭКОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
Показатели качества подотвальных вод горных предприятий
Сибайский филиал УГОК УГОК Бурибаевское РУ ГайскийГОК
Показатели Сибайское и Камага некое Учалинское М аканское Г айское
месторождение месторождение месторождение месторождение
Сухой остаток, мг/дм3 н/д 28852 35794,0 12246,9
Сульфаты, мг/дм3 10793,4 12573,6 18069,0 7033,9
Хлориды, мг/дм3 1773,0 86,8 106,4 582,6
Медь, мг/дм3 350,0 234,7 382,0 219,23
Цинк, мг/дм3 600,0 340,52 159,5 160,4
Железо, мг/дм3 373,7 448,0 849,0 785,1
рн 3,3 3,3 1,75 2,64
Жесткость, мгэкв/дм3 288,0 184,8 356,6 44,02
В качестве гальванопары при гальванокоагуляции использовались стальная стружка и кокс как наиболее эффективная и часто применяемая комбинация [5].
Методики эксперимента
Эксперимент проводился на лабораторном гальванокоагуляторе ёмкостью 5 л с объёмом рабочей зоны 200 см3 в системе гальваноконтактов железо-угле род при проточном режиме. Носителями элементов гальвано пары являлись во -ронёная стальная стружка и кокс в соотношении 4:1. В качестве модельшй использовалась система Ре-С-2пБ04-Н20 (дистиллированная). Изучение кинетики проводили на высокой концентрации цинка в растворе 500 мг/л. Уменьшение концентрации не позволяет определить кинетические закономерности
Эксперименты по сорбции цинка проводились в динамических и статических условиях. Методика проведения эксперимента в статических условиях: навеску сорбента крупностью -
0,25 мм, массой 2 г помещали в колбу с модель -ным раствором, объём раствора 100 мл. Колбу помещали на механический встряхиватель и перемешивали. Время установления сорбционного равновесия определяли по кинетической характеристике, построенной по результатам изучения сорбции из модельного раствора с содержанием цинка 200 мг/л при перемешивании в течение 10-100 мин Значение pH изменяли от 3 до 10, концентрацию ионов металлов - от 100 до 200 мг/л, пе -ремешивали до установления сорбционного равновесия. Оценка степени извлечения ионов цинка проводилась с помощью изотерм сорбции. Получе-ние изотерм при варьировании условий проведения экспериментов яви -лось основным методом изучения за -кономерностей сорбции. При прове-
дении исследований определяли равновесную концентрацию ионов цинка, меди и железа в растворе. Определение сорбции металла из растворов проводили в статических и динамических условиях. Цинк в фильтрате определяли по стандартной методике.
Эксперимент по сорбции цинка проводился в динамических условиях с использованием стендовой сорбционной установки, диаметр колонки - 15 мм, высота слоя сорбента - 50 мм, крупность сорбента -5+3 мм.
Результаты экспериментов
Г альванокоагуляция
Первоначально были проведены опыты по сравнению эффективности извлечения цинка сорбцией на компонентах гальванопары по отдельности С, Бе и совместно С + Бе (рис. 1).
Из диаграммы видно, что наилучшие резуль-таты получены в процессе гальванокоагуляции. Эффективность извлечения составляет ~100%.
Результаты изучения кинетики извлечения цинка из модельного раствора представлены на рис. 2.
Уже через 60 с обработки в фильтрате обнаруживается только 5-10 мг/л цинка, т.е. эффек-
С, Ре, С+Ре, Г/к
Рис. 1. Диаграмма эффективности извлечения цинка гальванокоагуляцией и сорбцией
Извлечение цинка из модельной воды сорбционными и гальванокоагуляционными.
Чалкова Н.Л., Чалков Д.А.
тивность извлечения составляет 95-97%. Параллельно изучено изменение концентрации железа в жидкой фазе слива гальванокоагулятора.
Результаты представлены на рис. 3.
При времени обработки 30 с растворенное железо не успевает связаться в нерастворимую ферригную форму. Те же 30 с контакта раствора с гальванопарой приводят к связыванию в осадке 80,8% цинка. При повышении времени обработ-ки наблюдается увеличение концентрации железа в фильтрате при росте извлечения цинка в осадок.
Отношение Сгп в исходном растворе к СБев фильтрате с увеличением времени обработки остается постоянным на уровне 2-3, что является следствием высокого содержания железа в сливе и указывает на малоэффективность процесса ферригизации и образования нерастворимых соединений Бе (магнетита, лепвдокрокига).
Влияние аэрации на кинетику извлечения цинка и переход железа в слив, отражено на рис. 2. Аэрация спо-собствует более быстрому извлечению цинка и уменьшению содержания железа, перешедшего в фильтрат.
Время обработки влияет и на изменение pH слива при времени контактирования менее 180 с, pH среды практически не меняется и колеблется в пределах от 4,82 до 5,03. Увеличение вре-мени контакта раствора с гальванопарой до 180 с приводит к росту значения pH среды до 5,73 и стабилизации его на этом уровне при дальнейшем увеличении времени.
Сорбционное извлечение цинка в статических условиях
Результаты изучения кинетики сорбции показали, что сорбционше равновесие в системе «минеральный сорбент -раствор цинкового купороса» достигает -ся в течение 40 мин.
Из представленных на рис. 4 графиков следует, что скорость сорбции цинка магнезитом и известняком выше, чем у доломита и доменного шлака, поэто-му дальнейшие эксперименты проводили на магнезите и известняке. Из рис. 5 видно, что изотерма сорбции ионов цинка принадлежит к изотермам моно-молекулярной сорбции. Изотермы относятся к 1 типу по классификации
Брунауэра, имеют форму изотермы Лэнгмюра, характеризуется монотонным приближением адсорбции к некоторому предельному значению, соответствующему заполненному монослою.
Расчет велся тремя методами:
- методом наименьших квадратов на основании линеаризованной лэнгмюровской кривой;
- градиентным методом - критерий согласия -критерий Чебышева;
—(без аэрацш) —■—Г е (без зэреции)
Зі (с аэрацией) Ре (с аэрацией)
-«-pH
Т. сек
Рис. 2. Кинетика извлечения цинка из модельного раствора гальванокоагуляцией с предварительной аэрацией и без аэрации, изменение pH среды в фильтрате
-без аэрации с аэрацией
Т, сек.
Рис. 3. Зависимость отношения Сгп/Оге от времени контакта
Рис. 4. Кинетика сорбции цинка:
1 - доломит; 2 - доменный шлак; 3 - известняк; 4 - магнезит
экология металлургической отрасли
Рис. 5. Изотерма сорбции цинка с различными сорбентами: 1 - известняк; 2 - магнезит.
- градиентным методом - критерии согласия -сумма квадратов отклонений расчетных параметров от экспериментальных.
В результате расчетов каждым методом были рассчитаны величины констант изотермы. Для изотермы сорбции известняком расчетные параметры представлены по методу наименьших квад-
ратом 4,164Е-03; по критерию Чебышева 3,820Е-03; по сумме квадратов 7,935Е-03. А величины констант равновесия рассчитаны соответственно для магнезита: 2,727Е-04; 2,727Е-04; 1,089Е-03.
При сорбции цинка магнезитом в динамических условиях была рассчитана ёмкость данного сорбента, и она составила 2,3 мг/г.
Выводы
Проведенная работа показала, что извлечение цинка возможно как отходами горно-металлургической промышленности (доменный шлак), так и минеральным сырьем (из -вестняк, доломит и магнезит). Для концентрированных растворов применяется метод гальванокоагуляции, при котором даже кратковременная обработка позволяет извлечь до 100% цинка. Из карбонатных минералов для извлечения цинка наряду с известняком может применяться магнезит.
Библиографический список
1. Домрачева В.А. Извлечение металлов из сточных вод и техногенных образований // ИГТУ. 2006. № 6. С. 5-34.
2. Машкова Л.П., Логунова Е.Я., Богдановский Г.А. Использование глины и карбонатных пород при очистке сточных вод в различных условиях эксперимента // Вестник МГУ. Сер. 2. 1994. 35, № 4. С. 346.
3. Наумова Л.Б., Чащина О.В., Горленко Н.П. Сорбция ионов меди и кадмия природными сорбентами // Журнал физиче-скойхимии. 1994. Т. 68. № 4. С. 688-691.
4. Кроик А.А., Шрамко О.Н., Белоус Н.В. Очисткасточных вод с применением природных сорбентов // Химия итехнолотя воды. 1999. 21, № 3. С. 310.
5. Чантурия В.А., Соложенкин П.М. Гальванохимические методы очистки техногенных вод // ИКЦ «Академкнига». 2005. С. 68-74.
6. Использование доломита в очистке сточных вод / Казанцева Н.М., Ильина Л.А., Золотова Т.П., Никифоров А.Ю., Никифоров И.А. //Химияи технология воды. 1996. 18, №5. С. 555.
7. Никифоров А.Ю., Ильина Л.А., Сударушкин А.Т. Использование природного минерала доломита и его термомодифицированных форм для очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 1999. 42, № 4. С. 138.
8. Комплексная переработка сырья - решение экологической проблемы / Домрачева В.А., Свистунова Я.К., Якушева Л.А., Куликов И.М. // Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды: Тез. докл. междунар. конф.: Иркутск, 1996. Т. 2. Ч. 1. С. 114-115.
