CC BY
2Journal of Advances in WWy CHEMICAL
Engineering Technology Vol.3(15), 2024 ^ TECHNOLOGY
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ПИГМЕНТОВ ИЗ КИСЛЫХ СТОЧНЫХ ВОД ПРИ БАКТЕРИАЛЬНОМ ОКИСЛЕНИИ СУЛЬФИДНЫХ РУД
Муниса Юлдошева [0009-0005-5724-0624], Санъат Шарипов [0009-0003-2178-852Х], Дурдона Эшмаматова[0009-0005-9028-0855], Райхона Данакулова[0009-0002-4669-6886]
Юлдошева М.Б. - исследователь Навоийского государственного горнотехнологического университета, Шарипов С.Ш. - PhD., доцент, Навоийский государственный горно-технологический университет, Эшмаматова Д.Ш. -магистрантка Навоийского государственного горно-технологического университета, Данакулова R.A. - студентка Навоийского государственного горнотехнологического университета.
Аннотация. В статье рассмотрены возможности получения неорганических пигментирующих компонентов из сбросных кислых стоков гидрометаллургических заводов. Для этого в первую очередь качественно и количественно были анализированы сбросные стоки на примере гидрометаллургического завода №3. Определены количественные нормы образования стоков. Выявлены фактические основания полагать, что частичная очистка кислых сбросных стоков путем извлечения ценных пигментирующих компонентов будет благоприятно сказываться на экологический фон хвостохранилищ.
Ключевые слова: сульфидные минералы, железа, медь, микроорганизмы, биотехнология, руда, концентраты, промышленные реакторы, пульпа.
Annotatsiya. Maqolada gidrometallurgiya zavodlarining chiqindi kislotali suvlaridan noorganik pigment komponentlarini ishlab chiqarish imkoniyatlari muhokama qilinadi. Buning uchun birinchi navbatda 3-gidrometallurgiya zavodi misolida chiqindi suvlar sifat va miqdoriy tahlil qilindi. Chiqindi suvlar hosil bo'lishining miqdoriy normalari aniqlandi. Qimmatbaho pigmentlarni ajratib olish orqali kislotali oqava suvlarni qisman tozalash chiqindi suv omborlarining ekologik foniga ijobiy ta'sir ko'rsatishi bo'yicha asoslar aniqlangan.
Kalit so'zlar. sulfidli minerallar, temir, mis, mikroorganizmlar, biotexnologiya, ruda, kontsentratlar, sanoat reaktorlari, pulpa.
Annotation. The article considers the possibilities of obtaining inorganic pigmenting components from acidic wastewater from hydrometallurgical plants. To do this, first of all, wastewater was analyzed qualitatively and quantitatively using the example of hydrometallurgical plant No. 3. Quantitative norms of effluent formation have been determined. There are factual grounds to believe that partial purification of acidic wastewater by extracting valuable pigmenting components will have a beneficial effect on the environmental background of tailings dumps.
Keywords: sulfide minerals, iron, copper, microorganisms, biotechnology, ore, concentrates, industrial reactors, pulp.
Введение
Современные методы извлечения металлов из сульфидных руд активно используют технологии бактериального окисления (БО) [1; С.528, 2; С.38-42]. Этот процесс основан на окислении сульфидных минералов с помощью специализированных бактерий, таких как Acidithiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans. В результате этих биохимических реакций образуются кислые стоки, содержащие значительное количество железа и других растворённых металлов [3; С.4-5, 4; С.1-5]. Одним из перспективных направлений использования этих отходов является получение железных пигментов, которые могут использоваться в строительстве, лакокрасочной промышленности и других областях [5; С.199, 6; С.21-24, 7; С.19-20]. © Journal of Advances in Engineering Technology Vol.3(15), July- September, 2024
DOI 10.24412/2181 -1431 -2024-3-113-118
Бактериальное окисление — это метод биогидрометаллургии, который ускоряет естественные процессы разрушения сульфидных руд. В результате жизнедеятельности бактерий происходит окисление сульфидов, таких как пирит (FeS2), и выделение ионов железа (Fe2+) и серной кислоты (H2SO4), что приводит к образованию кислых стоков с высоким содержанием железа и других элементов [8; С.127-135]. Реакция окисления пирита под воздействием бактерий выглядит следующим образом:
2FeS2+7O2+2H2O^2FeSO4+2H2SO4 В этих стоках железо обычно присутствует в виде ионов Fe2+ и Fe3+, которые можно использовать для синтеза пигментов.
Объект и методы исследования
Материалом для данной работы явились сильно сернокислотные сбросные стоки гидрометаллургического завода.
В исследование кроме типичных аналитических методов, также применялись комплексные методы анализа, выполненниые на оборудованиях: масспектрометрический анализ на приборе марки ICP-MS-115, сканирующий электронный микроскоп (Carl Zeiss, Германия) с энерго-дисперсионным элементным анализатором (Oxford Instruments, Великобритания).
Полученные результаты и их обсуждение
Ионы железа находятся в основном в составе рудных минералов - пирита - FeS2 и арсенопирита - AsFeS, а также в составе фаялита - Fe2[SiO4]. Содержание последних элементов обусловлено наличием механических примесей в виде мельчайших включений посторонних минералов, иногда в тонкодисперсном состоянии.
Атомы железа в составе сульфидных минералов находятся в двухвалентной форме. При бактериальном выщелачивании в реакторах окисления в сернокислой среде они переходят в раствор в виде сульфатов двух- и трехвалентного железа. В процессе бактериального выщелачивания двухвалентное железо, образуя гидроокиси, также может выпадать в осадок. Сульфидная сера пирита окисляется до сульфатной, а закисное железо до окисного и образуются два продукта: сернокислое окисное железо и серная кислота.
Сернокислое окисное железо химически окисляет пирит образованием сульфата закисного железа и элементарной серы. Закисное железо вновь окисляется бактериями до окисного, которое может расходоваться как окислитель пирита. Ведущая роль в осуществлении рассмотренных превращений принадлежит тоновым бактериям T ferroxidase, окисляющим сульфиды и закисное железо, Т. thiooxidans, окисляющим элементарную серу.
Таблица-1.
Основные показатели обнаруженных анионов в образце стоков ПТД-1
№ Определяемые параметры Показатели
1. Плотность, г/л 1068
2. рН среды 4,26
3. SO42-, мг/л 2065
4. Cl-, мг/л 305
5. NO3- мг/л 15,6
LO
Работы по изучению свойств этих стоков начинались правильным выбором точки отбора стоков, так как в разных точках технологической цепочки состав сбросного стока отличается. В качестве источника стоков нами выбран раствор декантации биокека. В таблице №1 приведены основные физическо-химические показатели данной воды.
Кроме того, кислый сток был анализирован масс-спектроскопический (табл.2). На основе результатов исследования определены качественные и количественные характеристики ионов, находящихся в составе стока.
Таблица-2.
Li Be B Na Mg Al P K Ca Sc
610 46,0 860 1000 1800 79000 22000 20000 1400 320
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga
230 710 1900 9800 40000 15000 33000 27000 49000 59,0
Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo
2300 2900 2300 5000 290 7300 350 140 3,30 290
Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I
<0,01 <0,01 185 0,280 350 10,0 18,0 25000 230 170
Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb
25,0 580 220 500 63,0 300 90,0 19,0 120 15,0
Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re
74,0 13,0 33,0 3,90 22,0 3,60 6,00 0,250 36,0 <0,01
Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Th U
<0,01 <0,01 <0,01 26,0 0,840 33,0 3900 72,0 130 260
При анализе образцов, отобранных из ПТД-1 технологического процесса, нами обнаружено максимальное количественное изменение 26 химических элементов, которые в наибольшей степени были подвержены растворению и отмечены в жидкой фазе изученных образцов. В таблице 2. отмечены 6 химических элементов Al, С^ Zn, Sb), имеющие наиболее высокое содержание в составе сульфидных минералов.
Количественный анализ присутствия ионов железа показал варьирование его в жидкой фазе в процентном отношении в большом количестве, особенно в участках противоточной деконтации после реакторах бактериального окисления.
ш а. о m I-и
(И
.
m +
m £ ^
ос J
(И
.
IX
си J X
о
1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 _Fe РН среды
Рис.1. Изменение концентрации ионов Fe3+ в зависимости от рН среды.
Для осаждения железа использовали аммиачную воду. Результаты проведенных экспериментов осаждения железа аммиачной водой представлены на рис.2. Исходный раствор, имеющий рН-1,68, изначально был отфильтрован для удаления из состава механических примесей. После того, в раствор был добавлен раствор аммиачной воды (8%). Процесс осаждения вели до образования красновато-коричневатого осадка. Поученный осадок отфильтровали и для идентификации полученных продуктов, использовали методы электронно-микроскопического метода анализа.
На начальной стадии нейтрализации концентрации железа и мышьяка изменяются незначительно в связи с нейтрализацией свободных ионов кислоты. При достижении рН свыше 2,6 начинается обильное осаждение железа и вместе с ним мышьяка (рис.1).
Электронное изображение 70
ЬООцт
Р
ш
фд!
Iff
JL
га
ш
■ 111
5
' I ' | 1 I ' I
10
S N
As
| Спектр 77 Вес.% и
43.7 1.0 ; 23.9 0.6 0.4 1.4 0.4 0.2 0.1 0.0
15.9 11.0 3.1
Мд 1.6
Са 0.7 Ni 0.1
Элемент Вес.% Сигма Вес.%
N 11.00 1.35
O 43.70 0.97
Mg 1.63 0.22
S 15.95 0.41
Ca 0.68 0.12
Fe 23.90 0.64
Ni 0.10
As 3.05 0.40
Сумма: 100.00
эис.2. Полуколичественный элементный состав и соответствующий энергодисперсионный спектр осадка, полученный при рН-2,6.
10
Как видно из графика, железо и мышьяк осаждаются одновременно, осаждение заканчивается при рН=2,8. При дальнейшем увеличении рН железо и мышьяк остаются в осадке.
Электронное изображение рис.2 и рис.3 представляет характеристику элементов в осадке, полученной при изменении рН-среды. На выбранных участках количество приводится распространение основных элементов. В зависимости от изменения рН среды содержание Fe в твердой фазе увеличивается.
I ■ I ' I ■ I
■ I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
5 10
Bec% 0
Fe 47.3 1.0
0 24.0 0.9
s 14.6 0.4
с 8.5 1.4
As 2.4 0.5
Mg 19 0.3
Ca 0.8 0.2
Si 0.5 0.1
Ni 0.1 0.0
■ I I I I I I I I I I I
15 кэВ
Электронное изображение 72
BOjim
Элемент Вес.% Сигма Вес.%
С 8.53 1.43
О 24.00 0.86
Мд 1.90 0.27
Б! 0.46 0.13
Б 14.56 0.44
Са 0.82 0.18
47.27 1.05
N 0.10
Дв 2.35 0.49
Сумма: 100.00
Гч
Рис.3. Полуколичественный элементный состав и соответствующий энерго-дисперционный спектр осадка, полученный при рН-3,0.
Основной целью проведенных испытаний являлось определение оптимальных параметров переработки кислых сбросных растворов для выделения железа из раствора. Для нейтрализации раствора и осаждения гидроокисей металлов использовали 25%-ный водный раствор аммиака. В лабораторных условиях изучено влияние рН раствора на содержание металла в жидкой фазе пульпы при нейтрализации раствора биоокисления водным раствором аммиака.
Заключение
Приведены результаты лабораторных исследований по составу кислых стоков ПТД-1, даёт представление об возможном извлечении железа (пигмент) из кислых сбросных растворов процесса бактериального выщелачивания сульфидных золотосодержащих концентратов. Гидроокись железа служит источником пигментов для красок и может быть использована для получения чугуна, стали и др. конструкционных материалов. Из вышесказанного следует что получение железных пигментов из кислых стоков гидрометаллургических заводов является весьма актуальной и перспективной темой.
Список использованных литературы:
[1.] Меретуков М.А. Золото, химия, минералогия, металлургия. М.: Руда и металлы» 2008. -528 с.
[2.] Нерадовский Ю.Н. Рудная минераграфия. Издательство МГТУ, Мурманск, 2009. 38-42 с.
[3.] Воробьев Н. И., Новик Д. М. Обогащение полезных ископаемых. Минск: БГТУ, 2008. -4-5 с.
[4.] Платонов А.П., Трутнев А.А., Ковчур С.Г. Получение и свойства железосодержащих неорганических пигментов // Вестник ВГТУ. 2012. №1 (22). С. 15. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/poluchenie-i-svoystva-zhelezosoderzhaschih-neorganicheskih-pigmentov-1 (дата обращения: 06.10.2024).
[5.] Тимошенко Е. А. Получение желтых и оранжевых железосодержащих пигментов из отходов / Е. А. Тимошенко, П. Н. Драченко // 73-я научно-техническая конференция учащихся, студентов и магистрантов: тезисы докладов, 18-23 апреля 2022 г., Минск: в 4 ч. Ч. 2. - Минск: БГТУ, 2022. - С. 199.
[6.] Федосеева Е.Н., Зорин А.Д., Занозина В.Ф., Самсонова Л.Е., Маркова М.Л., Горячева Н.М. Железооксидный пигмент из отходов металлургических производств для силикатного кирпича // Construction materials. 2013. №9. С.21-24. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/zhelezooksidnyy-pigment-iz-othodov-metallurgicheskih-proizvodstv-dlya-silikatnogo-kirpicha (дата обращения: 06.10.2024). [7.] Краснобай Н.Г., Лейдерман Л.П., Кожевников А.Ф. Производство железоокисных пигментов для строительства // Строительные материалы. 2001. № 8. С. 19-20.
[8.] Санакулов У. К., Тажибаев Д. Ю., Эргашев У. А. Извлечение железа из кислых сбросных растворов, образующихся в процессе биоокисления сульфидных золотосодержащих концентратов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 3-1. — С. 127-135. DOI: 10.25018/02361493.2021.31.0.127.
