CC BY
49сточных вод от продуктов восстановления фенола.
Таким образом, применение реагента-окислителя «Фернел» в технологиях очистки сточных вод, содержащих формальдегид и фенол, является предпочтительным, поскольку очищенные растворы не загрязняются про-
дуктами восстановления реагента, а образующийся объёмный осадок гидроксида железа(Ш) способствует более качественной очистке растворов. Использование окислительных свойств соединений хрома(У1) целесообразно для очистки водных растворов от формальдегида, если
Библиографический список
Экология
^2Сг04 или К2Сг207 входят в состав сточных вод или отработанных технологических растворов. В этом случае положительный эффект достигается за счёт одновременной переработки двух типов сточных вод, содержащих формальдегид и хром(У1) соответственно.
1. Гамазин В.П. Комплексная очистка промышленных стоков деревообрабатывающих предприятий от формальдегида и карбамидоформальдегидных смол: дис. ... канд. техн. наук / Гамазин В.П. Брянск, 2005.
2. А.с. 1407914 СССР, МКИ С 02 F 1/58. Способ очистки надсмольных вод от фенола и формальдегида / Ларионова С.П., Веселова Л.С., Манушин В.И., Никандров В.И., Галкин А.С. (СССР); заявл. 20.08.84; опубл. 07.07.88, Бюл. № 25.
3. Бельков В.М. Методы глубокой очистки сточных вод от нефтепродуктов.// Хим. пром-сть, 1998. № 5. С.14-22.
4. Пат. 2057083 Российская Федерация, МКИ С 02 F 1/58. Способ очистки надсмольных вод / Строкато-ва С.Ф., Юркьян О.В.; Волгогр. гос. техн. ун-т; заявл. 17.05.94, опубл. 27.03.96, Бюл. № 8.
5. Бойко М.А. Взаимосвязь электрохимической активности алкил- и тио(амино)алкилзамещённых фенолов с их строением, кислотными и противоокислительными свойствами: дис. ... канд. хим. наук / Бойко М.А. Новосибирск, 2006.
6. Справочник химика. Т. 2. М.; Л.: Химия, 1964. С. 1076-1077.
7. Справочник химика. Т. 3. М.; Л.: Химия, 1964. 1008 с.
УДК 628.316/.341/.386
А.М. Халемский, С.В. Смирнов (A.M.Khalemskyi, S.V.Smirnov) ООО «Урал Процесс инжиниринг компания (УПЕК)», Уральский государственный лесотехнический университет,
Екатеринбург
ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД ОСТАНОВЛЕННЫХ МЕДНЫХ РУДНИКОВ (PURIFICATIONS OF MINE WATERS OF THE STOPPED COPPER MINES А.М.)
Использование технологии «Лабиринт» и реагента «Фернел» обеспечивает очистку шахтных вод от соединений меди, цинка, марганца до нормативных значений, даёт возможность рекультивировать территории, занятые прудами-отстойниками, и предотвращает рассеяние водорастворимых примесей цветных металлов на прилегающих территориях.
Use of the Labyrinth technology and Fernel reagent provides purification of mine waters of compounds of copper, zinc, manganese to standard values, gives the chance restores the territories occupied with ponds settlers, and prevents dispersion of water-soluble impurity of non-ferrous metals in adjacent territories.
Из-за низкой рентабельности добыча руды на части шахт уральского региона в настоящее время не производится. Вследствие
больших объёмов водоотлива и высоких концентраций токсичных соединений миграция этих вод в природных ландшафтах
представляет серьезную экологическую проблему. В качестве примера рассмотрим шахтные воды остановленных медных рудников
Дегтярска и Лёвихи, содержащих примеси преимущественно меди(11), цинка(11) (табл. 1). Для очистных сооружений и размещения образующихся отходов отчуждаются значительные территории.
Существующая схема очистки путем известкования шахтных вод с последующим отстаиванием в шламовых прудках-накопителях обеспечивает удаление 30-40 % водорастворимых соединений меди(11) и цинка и не изменяет концентрацию соединений мар-ганца(11), содержание которых в ряде случаев достигает 400 г/м3. Образующийся шлам утилизации не подвергается.
В данной работе для очистки шахтных вод от соединений меди, цинка и марганца используется технология «Лабиринт» [1] с последующей реагентной обработкой щелочными растворами феррата(У1) калия, входящего в состав реагента «Фернел» [2]. Рентабельность предлагаемой технологии обеспечивается утилизацией образующихся шламов, из которых извлекаются металлическая медь, цинк, гидроксиды цинка, железа(Ш) и оксид марган-ца(1У). Для лабораторных исследований использовались пробы шахтных вод остановленного Лёв-ихинского рудника (табл. 2).
Обработка взятых для исследования проб воды осуществлялась в несколько этапов, каждый из которых моделировал физико-химические процессы, протекающие в технологии «Лабиринт». В процессе опытов варьировались продолжительность обработки пробы воды, соотношение реагентов, рН и температура растворов. Для очистки растворов использовались стальная стружка Ст3, отходы алюминия марки А7 и реагент
Экология
«Фернел» пролонгированного действия категории «Д». Содержание компонентов определялось методами спектрофотометрии и фотоэлектрокалориметрии. Оптические измерения концентраций подтверждались объемным анализом. Результаты кинетических исследований обрабатывались методами ПХК [3].
При температурах, близких к комнатной, медь практически полностью восстанавливается из растворов железной стружкой за 50 мин (рис. 1, б): 4Си2+ + 4Рв + + Ос + 4Н+ = 4Си + 4Рв3+ + сНО. Этот процесс сопровождается повышением рН растворов. Излом кинетической кривой рН связан с образованием гидроксокомплек-сов железа(Ш). При низких температурах скорость восстановления меди заметно уменьшается. Расход железа, требующегося для восстановления меди из раствора, с учётом процессов коррозии в кислых растворах близок к сте-хиометрическому.
Частичная очистка шахтных вод от катионов цинка осуществляется алюминиевой стружкой: 32х2+ + 2А1 = 32х + 2А/3+. В присутствии молекул воды и катионов железа(Ш), которые по отношению к цинку и алюминию выступают в качестве окислителей, 2х2+ полностью не восстанавливается (рис. 1, а). Процессы вторичного растворения приводят к низкой скорости взаимодействия катионов цинка с алюминием, а массовая доля извлекаемого из растворов металлического цинка не превышает 35 %. Соединения Мхс+ осаждаются при совместном использовании щелочных реагентов и феррата(У1) калия, входящего в состав реагента «Фернел»:
3Мх2+ к соет4с- к ста- к лнст =
= 3МхТс ^ клое (тн)31. Окончательная очистка растворов до нормативных значений концентраций катионов металлов достигается при известковании растворов.
Предлагаемая технология
очистки шахтных вод (рис. с)
Таблица 1
Среднее содержание соединений меди(11) и цинка(11) шахтных водах остановленных рудников Дегтярска и Лёвихи
Рудник Примесь
Соединения меди(11) Соединения цинка
Содержание Расход Содержание Расход
г/м3 кг/час т/год г/м3 кг/час т/год
Дегтярский 80 9,13 80 300 34,с5 300
Лёвиха 50 15,6 150 1500 340,с5 1500
Таблица с
Химический состав воды, использованной для лабораторных испытаний
рН Концентрация, г/м3
Си 2х Рв Мх ¿С4с- Сухой остаток
3,08 16,89 110с 3837 с87 16610 37705
Экология
отличается от существующей использованием отходов железного и алюминиевого лома в качестве восстановителя Си2+ и Zn2+, а также применением реагента «Фернел» для очистки от Мп2 и частичной замены известкового раствора. Для обеспечения технологии необходимыми материалами предусмотрена организация участков приготовления и дозирования известкового раствора и реагента «Фернел». Дозирование щелочных реагентов на стадии осаждения малорастворимых гидроксидов металлов даёт возможность отделить процесс осаждения Гв(0Н)3 и А1(0Н)3 от процесса осаждения Zn(0H)2.. Использование устройства «Лабиринт» и реактора-окислителя с системой сгущения обработанных растворов даёт возможность вывести из технологического процесса пруд-осветлитель, площадь которого подлежит осушению и рекультивации.
Обработка сточных вод известковыми растворами осуществляется аналогично существующей схеме с соответствующей корректировкой объёмов в сторону уменьшения расхода извести, дозировка которой осуществляется в расчете на полное осаждение гидроксидов железа(Ш) и алюминия. Выделение из растворов Zn(0H) 2 и Мп02 осуществляется в реакторе-окислителе при обработке растворов предварительно измельченным реагентом «Фер-нел». Осветленная вода из отстойника поступает на фильтрацию через песчаный фильтр. Очищенная от примесей вода направляется в существующее русло р. Лёви-ха. Для приготовления растворов используется резервуар чистой воды вместо воды, забираемой в настоящее время из питьевого водопровода.
а
б
3 '
В 0,6-
£
о
ГрИ
1-1- 2
60 80
Продолжительность обработки, мин.
Рис. 1. Изменение относительной концентрации Zn2+ (1) при обработке шахтной воды алюминиевой стружкой, Си2+ (2, 3, 4) и рН (5) при обработке шахтной воды железной стружкой: 1, 2, 5 - 293 К; 3 - 275 К; 4 - 285 К (с - текущая концентрация Zn2+ или Си2+; с02п2+ = 1102 г/м3; с0Си2+ = 16,9 г/м3)
Рис. 2. Типовая технологическая схема очистки шахтных вод на примере остановленного Лёвихинского рудника
1,0
0,8
3
Я 0,4
Я 0,2
0
Экология
Заключение
Тестовые испытания предлагаемой технологии очистки шахтных вод остановленного Лёвихин-ского рудника показали возможность использования:
• железосодержащих отходов в виде стружки для извлечения полидисперсной металлической меди;
• отходов алюминия в виде стружки для частичного извлече-
ния до 35 % полидисперсного металлического цинка;
• реагента «Фернел» для очистки технологических растворов от примесей марганца, для частичной замены известковых растворов и для формирования объёмного осадка гидроксида железа(Ш), обеспечивающего дополнительное осветление растворов.
Результаты тестовых испытаний показывают, что предлагаемая технология обеспечивает требуемое качество воды, предназначенной для сброса в водоёмы рыбохозяй-ственного значения. Образующиеся в технологии отходы подлежат полной утилизации в качестве сырья для получения металлов, химических реагентов и композиций для производства строительных материалов.
Библиографический список
1. Пат. 2056367 Российская Федерация, МПК C 02 А 1/62. Способ очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов и устройство для его осуществления (его варианты) / Халемский А.М., Паюсов С.А.; заявл. 21.08.92; опубл. 20.03.96, Бюл. № 8.
2. Пат. 2381180 Российская Федерация, МПК С 01 G 49/00. Способ получения окислителя на основе фер-ратов щелочных металлов и установка для его осуществления / Халемский А.М., Смирнов С.В., Келнер Л.; заявл. 08.10.07; опубл. 10.02.10, Бюл. № 4.
3. Паюсов С.А., Халемский А.М. Прикладная химическая кинетика. Екатеринбург: КЕДР, 1994. 508 с.
