CC BY
10Сапронова Ж. А., канд. техн. наук, доц., Гомес М. Ж., аспирант
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ОЦЕНКА РЕАГЕНТНЫХ СВОЙСТВ ГЛИН АНГОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
КАТЕТИ
pe@intbel.ru
В работе проведена оценка реагетных свойств глины месторождения Катети (Ангола). Исследована зависимость рН водной среды от массы добавляемой глины и длительности перемешивания. Показана высокая эффективности использования глины для водоочистки.
Ключевые слова: сточных воды, очистка, природная глина, реагентные свойства.
Очистка сточных вод отходами производств и природными материалами является эффективной и экономически выгодной [1-3].
Одним из распространенных и перспективных с экологической точки зрения способов очистки загрязненных водных сред от тяжелых металлов является реагентно-сорбционный способ с использованием природных глин. Нами изучалась возможность очистки загрязненных вод от ионов никеля глинами месторождения Катети (Ангола). В данном случае рассматривается реагентный аспект процесса очистки.
Минералогический состав глины исследовали с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН - 4 по методу порошковых дифрактграмм на никелевом фильтре при силе анодного тока 30мА и напряжении на рентгеновской трубке 30кВ.
Для регистрации рентгеновского излучения применялся блок детектирования сцинцилляци-онный БДС-6-0. Идентификацию дифракто-грамм проводили по каталогу ICDD (Internetion-al Centrefor Diffraction Data (U.S.A )), с исполь-
зованием электронной картотеки PDF - 2 ( Pow-derDiffractionFile ).
По результатам рентгенофазового анализа (рис. 1) следует, что минералогический состав исследуемой пробы представлен следующими минералами: иллит (d=10,0; d=2,933); нонтронит (d=6,392); диккит (d=4,997); каолинит (d=4,482; 4,037; 3,580; 2,239; 2,130; 1,543; 1,455); фатерит (d=4,263; 1,543); анортит (d=3,779); ортоклаз (d=2,459); галлуазит ^=2,572);монтмориллонит (d=1,820); гидрат глинозема (d=1,674); кварц (d=3,349; 2,2283; 1,982); монотермит (d=1,820).Химические формулы перечисленных минералов приведены в табл. 1.
Для более глубокого изучения фазового состав глины, минералогических и структурных особенностей составляющих минеральных фаз был применен электронно-микроскопический анализ, включающий в себя растровую электронную микроскопию (РЭМ "Хитачи -8 - 800 "), совмещенный с персональным компьютером с энергодисперcионным определением химического состава (рис. 2).
♦
о
+ L)
к Ф • г ▼ 1 к » о ▼ т ♦ □ Л Г 1 г
Ц S ss 1.037 3.779 580 Л 933 2.283 239 Г
1" J А ,Г........ ^ Л,.'1'' 1MZ *3 \!'\ .......... j......^ If J ..... д. ........1 ,.........> к..... . С. ..
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Рис. 1. Рентгенограмма глины месторождение Катети. Обозначения:
55,000
50,000
45,000
40,000
35,000
000
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
75
i -Накрыт, ф - Нонтроннт,* - Днккнт, Т -Каолинит, # - Фатернт, ♦ - Кварцу, О - Ортоклаз, О -Монтмориллонит, □ - Гндраргличлнт, А - Монотермит,О - Гидрат глинозема, Галлуазит
Таблица 1
Химические формулы минералов глиныКатети_
№ Названия Химическая формула
п/П
1 Галлуазит - Al2Oз • 2БЮ2 • 4^0
2 Диккит - р - форма Al2Oз • 2БЮ2 • 2^0
3 Фатерит (4,26) - ц - форма CaCOз
4 Каолинит -У- форма - Al2Oз • 2БЮ2 • 2^0
5 Кварц - ^2
6 Гидрат глинозема - А10 • ОН
7 Монотермит - 0,2R0•Al2Oз•3Si02•1,5H2O(+0,5H2O)
8 Нонтронит - m[Mgз(Si4OloXOH)2]•p[(Fe5AMSi4OloXOH)2]•nH2O
9 Иллит - K4Al2[(Al,Si)4Ol0]•(OH)2•nH2O
10 Ортоклаз - ^ЗАЩ, • 6Si02
11 Монтмориллонит - Щ Mg)2 (0H)2 [Si2 Olo]• H20
12 Бейделлит - Al2[Si40lo]•(0H)2•nH20
13 Анортит - Са0АЬ03 • 2Si02
14 Гипс - CaS04•2H20
Рис. 2. Микрофотографии образца глины Катети (а) и (б)
На микрофотографиях образцов глины зафиксированы как отдельные частицы размерам 10 - 15 мкм, так и агрегаты облакоподобной формы, размер которых составляет 5 - 40 мкм рис. 2(б), кроме того, на рис. 2(б), четко просматриваются длинные игольчатые кристаллы гипса и продолговатые, хорошо оформленные, кварца.
Оксидный и элементный составы глины, определенные с помощью рентгенофлуорес-
центного спектрометра серии ARL 9900, представлен в табл. 2 и 3.
Как следует из представленных данных, в состав исследуемой глины входят оксиды CaO; ^20; №20, которые в водной среде образуют растворимые и хорошо дисооцирующие гидрок-сиды. Это приводит к появлению в водной среде гидроксид - ионов ОН-, что влечет за собой повышение рН среды.
Как известно [4], ионы никеля можно выве-
сти из раствора путем перевода их в малорастворимый гидроксид №(ОН)2 с последующей декантацией или фильтрованием.
Произведение растворимости (ПР) и значение рН гидратообразования для №(ОН)2 представлены в табл. 4.
Таблица 2
Оксиды 81О2 АЬОз Ре2Оз К2О МяО №2О СаО 8О3 ТЮ2
Массовая доля, % 65.27 19.58 4.19 2.95 2.66 1.59 1.56 1.03 0.711
Оксиды Р2О5 гю2 МпО РЬ2О3 8гО С1 У2О5 СГ2О3
Массовая доля, % 0.223 0.0364 0.0288 0.0279 0.0189 0.0172 0.0151 0.0121
Элементный состан глин месторождения Катети
Таблица 3
Элементы 81 А1 Ре К Мя № Са 8х Т1
Массовая доля, % 30.51 10.36 2.93 2.45 1.61 1.18 1.11 0.413 0.426
Элементы Рх гг Мп РЬ 8г С1 V Сг
Массовая доля, % 0.0973 0.0269 0.0223 0.0226 0.0160 0.0172 0.0085 0.0083
Таблица 4
Произведение растворимости и рН гидратообразования№(ОН)2 [4]_
Гидроксид ПР ЩОН)2 рН Остаточная концентрация №2+ < 10-5м
1м 0,01м Полного осаждения
ЩОН)2 2,0 • 10-15 6,7 7,7 9,5
В связи с тем, что в процессе образования гидроксида №(ОН)2 решающую роль играет значение рН среды, представляло интерес исследовать влияние добавки глины на изменение рН в водной среде.
Для исследований использовали фракцию глин с размерами частиц 0,63-1,0мм.
ванную воду с исходным значением рН = 5.35 и 2, перемешивали, измеряли рН образовавшейся суспензии на рН-метре. Объем дистиллированный воды во всех экспериментах составлял 100 мл, массы навесок и длительность контакта глины с водой изменялись. Результаты экспериментов представлены на рис. 3 и 4.
Навески глины помещали в дистиллиро-
Рис. 3. Изменение рН среды никельсодержащих растворов в зависимости от массы добавки глины
В работе исследовали также влияние добавки глин на изменение рН среды, водны растворов с концентрацией [№2+] = 10мг/л и исходным значением рН= 2.
Рис. 4. Изменение рН среды никельсодержащих
растворов в зависимости от длительности перемешивания. Масса добавлений глины состав ляла 2г.
Для приготовления модельных растворов использовали соль №8О4 • 7Н2О. Эксперимент проводили аналогично описанному выше. Результаты исследований представлены на рис. 3 -
4, рН = 5,35.
80
70 $ 60 ¡5 50
и О
£ 40
£ 30
■в- 20 (П
10
1г 2г 3г
10 20 30 40
Длительность перемешивания
50 т, мин
0
0
Рис. 5. Влияние длительности перемешивания на эффективность очистки. [№~+]исх=10мг/дм3,
♦ добавка глины 1г/дм3; ■ добавка глины 2г/дм3; А добавка глины 3г/дм3.
Как видно из графиков на рис. 3 - 4, при добавлении глины как к дистиллированной воде, так и к никельсодержащим модельным растворам, в течение непродолжительного времени устанавливается значение рН, благоприятное для образования осадка №(ОЫ)2.
Для определения эффективности очистки никельсодержащие растворы после обработки их глиной фильтровали через бумажный фильтр и определяли остаточную концентрацию ионов никеля в очищенном растворе.
Как показали результаты исследований (рис. 5), при использовании глины Катети достигается эффективность очистки 74%. Таким образом, в ходе исследований доказаны высокие реагенты свойства глины Катети, установлена возможность использования глины для очистки водных сред от ионов тяжелых металлов на примере никеля.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СвергузоваЖ. А., Лупандина Н. С. Повышение качества воды водных объектов как фактор повышения экологической безопасности // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. №1. С. 136-139.
2. Годемчук А.Ю., Ильин А.П. Исследование сорбционных процессов на природных материалах и их термомодифицированых формах // Химия и технология воды. 2004. Т. 26. №3. С. 287-297.
3. Сорбционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью термолиз-ной глины / Г.И. Тарасова, С.В. Свергузова, Е.В. Малашина // Экологические проблемы урбанизированных территорий: Матер. Всер. Конф., (г.Пермь, 16-18 марта 2011г.), Пермь: Изд-во ПГТУ, 2011. С. 347-352.
4. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналогической химии. М., 1971. 454с.
