CC BY
9
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_июль. 2023 г.
ПОДБОР ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПОЛУЧЕНИЯ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ
Шоназаров Мунис Илхом угли
ассистент,
Навоийский государственный горно-технологический университет,
Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: munisshonazarov@mail. com
Аликулов Шухрат Шарофович
д-р техн. наук, проф.,
Навоийский государственный горно-технологический университет
Республика Узбекистан, г. Навои
Назарова Инобат Назир кизи
студент,
Навоийский государственный горно-технологический университет
Республика Узбекистан, г. Навои
№ 7 (112)
SELECTION OF THE INITIAL MATERIAL AND THEIR CHARACTERISTICS FOR OBTAINING SORBENTS BY APPLICATION OBTAINING RARE METALS BASED
ON LOCAL RAW MATERIALS
Munis Shonazarov
Assistant,
Navoi State University of Mines and Technologies Republic of Uzbekistan, Navoi
Shuxrat Alikulov
Doctor of Technical Sciences, Prof.,
Navoi State University of Mines and Technologies Republic of Uzbekistan, Navoi
Nazarova Inobat Nazir kizi
Student,
Navoi State University of Mines and Technologies, Republic of Uzbekistan, Navoi
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.
Библиографическое описание: Шоназаров М.И., Аликулов Ш.Ш., Назарова И.Н. ПОДБОР ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПОЛУЧЕНИЯ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 7(112). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/15750
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
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[Si8O2o](OH)2•8H2O•CaCOз [2].
Таблица 1.
Химический состав бентонитовых глин
Наименование S1Ü2 TiO2 AI2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O P2O5 SO3 FeO ППП*
Щелочноземельная глина 56,23 0,61 13,56 6,50 3,76 0,69 0,98 2,20 0,92 0,49 - 14,06
Карбонатно-палыгарскитовая глина 46,79 - 8,63 - 2,74 10,08 - 1,60 1,99 - 3,41 24,33
Таблица 2.
Технические параметры бентонитового глинопорошка
Марка Плотность г/см3 Выход раствора, м3/т Вязкость, сек Фильтрация, см3/30 мин Толщина корки, мм Содерж. песка, % Влажность % рН
ПБМБ 1,039 16 25 15,0 2,0 5 6-10 9,5
ПБГ 1,078 8 25 18 2,3 5 6-10 7
ППД 1,14 4,5 25 40 4,5 6-10 7
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
Состав каменного угля Удельный вес, г/см3 Средний химический состав, %
С О2 Н2 N S летучие вещества влага зола
Количество 1,2-1,5 55-95 5-15 1,5-5,7 0-1,5 0,5-4 45-2 4-14 2-45
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
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-уголь-ного 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 микро-пор 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
№ Температура Соотношение Б : У Са+2 мг/л Mg2 мг/л SO4-2 мг/л Cl-мг/л Жесткость мгэкв/л
Очищенный сток (выход)
Вода из БХО 200,4 194,56 877,5 177,2 27
1 6000С 2:1 400 85 290 886 27
1:1 501 121 877 1134 35
1:2 400 72 320 1134 28
1:3 (СаО) 501 121 626 992 36
1:3 300 72 320 425 24
2 6500С 2:1 501 145 626 389 38
1:1 460 145 877 283,6 36
1:2 440 48 675 425 27
1:3 (СаО) 501 133 833 319 36
1:3 541 133 626 425 45
3 7500С 2:1 340 85 483 638,1 26
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
№ Температура Соотношение Б : У Са+2 мг/л Мg+2 мг/л SO4"2 мг/л С1" мг/л Жесткость мгэкв/л
1:1 340 97 554 1240 28
1:2 460 60 520 650 25
1:3(СаО) 400 121 535 673 32
1:3 320 121 520 576 26
4 6000С 2:1 92 45 136 69 7
(декарбонизация) 1:1 67 45 157 74 6
+ 9500С 1:2 45 28 75 28 4
(активация) 1:3(СаО) 78 63 203 37 6
1:3 56 33 146 22 4
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 сорб-ционную 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].
а. Микроскопическая структура поверхности активированного угля (увеличение 300 раз)
б. Микроскопическая структура поверхности Б:У=2:1. Видны крупные поры
в. Микроскопическая структура поверхности Б:У=1:1. Видны спекшиеся мелкие и крупные поры
МШШжтЯР öh^-ft' 1
г. Микроскопическая структура поверхности Б:У=1:2. Видны крупные поры
д. Микроскопическая структура поверхности Б:У=1:3. Видны мелкие и крупные поры, а также трещинки
ж штшт
е. Микроскопическая структура поверхности Б:У=1:3 (СаО). Видны мелкие и крупные поры, а также трещинки
Рисунок 1. Стереоскопические фотоснимки с ос
Заключение. Полученные микроскопические изображения гранул сорбента показали, что выгоранию подвергаются структурная вода, органические ароматические соединения, СО и СО2 в составе Ан-гренского 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
ем поверхности гранул, при увеличении в 300 раз
оптимальным соотношением компонентов - бенто-нит: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 - бенто-нит:уголь=1:2.
№ 7 (112)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2023 г.
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 чикинди омборини геотехнологик тадкикоти методологияси // Узбекистан 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
