Можливість співосадження мікродомішок радіоактивних елементів та важких металів з колекторами, які утворюються за рахунок речовин, що присутні в розчині. Застосування постійного та змінного електричних полів для виділення колекторів із водної фази.
Аннотация к работе
Усунення вказаних недоліків можливе при використанні безреагентних методів виділення колекторів, багаторазовому використанні осадів, що утворюються, та за рахунок зміни форми находження мікродомішок елементів в розчині після його обробки змінним струмом промислової частоти. Розробка способів і їх принципове апаратурне оформлення для вирішення екологічних проблем, пов”язаних з діяльністю уранового комплексу в Придніпровському регіоні: очищення технологічних уранових розчинів від домішок заліза та мікроелементів, що дозволяє спростити переробку руди та знизити водоспоживання; електрохімічного очищення шахтних вод від мікродомішок радіоактивних елементів та важких металів і його апаратурне оформлення; реагентного способу кондиціювання шахтних вод; електрохімічних способів та апаратів для отримання води в побутових та польових умовах; співосаджувальних способів отримання питної води без застосування хлору та їх принципове апаратурне оформлення; створення експресних методів для контролю вказаних процесів. Задачі досліджень: вивчити можливість співосадження мікродомішок радіоактивних елементів та важких металів з колекторами, які утворюються за рахунок речовин, що присутні в розчині; вперше вивчено, як впливає змінний струм на стан мікродомішок урану, ванадію, молібдену, титану в водній фазі: встановлені фактори зміннострумової обробки, які впливають на стан домішок в розчині і інтенсифікують процес співосадження; на одному із уранових рудників проведені промислові випробування співосаджувальної технології очищення стічних шахтних вод (потужність ~500 м3/год.), які показали можливість очищення води до норм НРБУ - 97, ухвалено рішення про впровадження вказаної технології і на інших шахтах Східного гірничозбагачувального комбінату, де зараз проводиться будівництво та монтаж апаратурної схеми;У першому розділі наведено огляд літератури, в якому проведений практичний аналіз існуючих теоретичних аспектів розподілу мікродомішок елементів між рідкою і твердою фазами, основні способи концентрування мікродомішок радіоактивних елементів і важких металів та вплив зовнішніх фізичних полів на міжфазні процеси. Концентраційна рівновага розподілу мікроелементів між твердою і рідкою фазами встановлюється на протязі 15 - 20 хвилин, і подальше збільшення часу контактування фаз не вносить змін в процес співосадження. Враховуючи час формування твердої фази (співосаджувача) можна припустити, що час встановлення концентраційної рівноваги обумовлюється часом формування колектора. Отримані результати дозволяють зробити висновок про можливість співосадження мікроелементів із змішаним колектором в інтервалі РН 10,5 - 11,0 і дають змогу запропонувати співосаджувальний спосіб як основний для очищення стічних і природних вод. При бімолекулярних реакціях (рис.2 б) напрям силових ліній електричного поля дозволяє орієнтувати взаємодіючі частинки, що, в свою чергу, дає можливість проводити реакцію по лінії атаки цих частинок.Виконані дослідження по вивченню процесів співосадження мікродомішок радіоактивних елементів та важких металів, розроблені реагентні, електрохімічні способи виділення колекторів, вивчені процеси по впливу змінного струму на стан мікроелементів в розчині, розроблене та впроваджене в практику апаратурне оформлення для реалізації цих процесів, проведені на ньому лабораторні, дослідно-промислові та промислові випробування розроблених технологій і порівняльний аналіз ефективності експресних методик для контролю запропонованих процесів дозволяє зробити слідуючі висновки: 1. За допомогою фізико-хімічних методів вивчення стану мікродомішок в розчині показано, що при проходженні через розчин змінного струму виникають гідролітичні процеси, які дозволяють змінювати форму находження мікродомішок металів. Встановлені режимні параметри процесу (РН, щільність струму, час обробки), на основі котрих розроблено спосіб очистки уранових розчинів (пульп) від макродомішок заліза та мікродомішок ванадію, титану, молібдену та інших елементів. Вперше запропоновано для промислової реалізації електрохімічного способу сумісництво ряду електрохімічних (електролізних, електрокоагуляційних, електродіалізних, окислювально-відновлювальних) і хімічних (осаджувальних і співосаджувальних) процесів в одному апараті із взаємопов”язаними функціями.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
Виконані дослідження по вивченню процесів співосадження мікродомішок радіоактивних елементів та важких металів, розроблені реагентні, електрохімічні способи виділення колекторів, вивчені процеси по впливу змінного струму на стан мікроелементів в розчині, розроблене та впроваджене в практику апаратурне оформлення для реалізації цих процесів, проведені на ньому лабораторні, дослідно-промислові та промислові випробування розроблених технологій і порівняльний аналіз ефективності експресних методик для контролю запропонованих процесів дозволяє зробити слідуючі висновки: 1. Встановлена можливість переходу урану, природних радіонуклідів та важких металів в осад - гідроксид магнію і карбонат кальцію. При цьому відпадає необхідність вводити інші речовини для утворення колектора, тому що кальцій і магній являються звичною частиною природних і стічних вод. Виявлені оптимальні умови кількісного співосадження мікродомішок в залежності від величини РН, маси колектора, кількості мікроелемента, часу контакту фаз, температури та присутності різних солей.
Для підвищення наявності домішок в осаді запропоновано багаторазове використання колектора.
2. Вивчено, як впливає постійний струм на стан мікродомішок елементів в рідкій фазі при електрохімічному виділенні змішаного колектора в катодній камері діафрагменого електролізера. Експериментально встановлено, що підвищення ступеня співосадження в цих умовах викликано підвищенням сорбційної здібності колектора і не являється причиною зміни форми находження мікроелементів. Встановлені параметри та вимоги до апаратурного оформлення процесу (щільність струму, час обробки, порядок нейтралізації, матеріал діафрагм та електродів і міжелектродна відстань) виділення колектора електрохімічним способом, які необхідні для промислової реалізації процесу.
3. Вперше запропоновано використовувати змінний струм для інтенсифікації процесу співосадження мікроелементів. За допомогою фізико-хімічних методів вивчення стану мікродомішок в розчині показано, що при проходженні через розчин змінного струму виникають гідролітичні процеси, які дозволяють змінювати форму находження мікродомішок металів. Аналогічний вплив проявляється і при обробці розчинів змінним електромагнітним полем.
Базуючись на екпериментальних результатах, запропонована гіпотеза механізму виникаючих при зміннострумовій обробці процесів.
4. Встановлена можливість розділення заліза та урану електрохімічним шляхом при проходженні через розчин струму промислової частоти. При підтриманні РН в інтервалі 2,8 - 3,2 уран залишається в рідкій фазі, а залізо повністю переходить в осад у вигляді гідроксиду (основної солі).
Вперше запропоновано кількісне співосадження домішок молібдену, ванадію і титану з гідроксидом заліза при вказаних РН в умовах зміннострумової обробки рідкої фази. Встановлені режимні параметри процесу (РН, щільність струму, час обробки), на основі котрих розроблено спосіб очистки уранових розчинів (пульп) від макродомішок заліза та мікродомішок ванадію, титану, молібдену та інших елементів. Очищення реалізується при проходженні через рідку фазу змінного струму промислової частоти з допомогою вуглеграфітових електродів та підтриманні РН на вказанному рівні.
Спосіб може бути рекомендовано і для інших гідрометалургійних виробництв.
Показано, що зміннострумова обробка розчинів дозволяє інтенсифікувати і інші (сорбція, ектракція, електродіаліз) процеси, які базуються на міжфазному розподілі елементів.
5. Результати лабораторних досліджень покладені в основу способів: очищення технологічних уранових розчинів від домішок заліза, титану, ванадію, молібдену і кремнію;
отримання технічної води із стічних вод уранових шахт і гірничорудних підприємств;
електрохімічного способу отримання питної води із забруднених джерел;
реагентного способу отримання питної води, що відповідає міжнародним стандартам.
6. Вперше запропоновано для промислової реалізації електрохімічного способу сумісництво ряду електрохімічних (електролізних, електрокоагуляційних, електродіалізних, окислювально-відновлювальних) і хімічних (осаджувальних і співосаджувальних) процесів в одному апараті із взаємопов”язаними функціями. Запрпонована при цьму двостадійна зміна РН - підлужування і подальша нейтралізація коагулянтами, покладена також і в основу реагентного способу очищення води на станціях міськводоканалів.
Розроблено конструкцію апарату та принципову електричну схему для функціонування його електродної системи.
7. Запропоновано та розроблено технологічно-апаратурні схеми електрохімічного та реагентного очищення стічних вод уранових шахт від мікродомішок радіоактивних елементів та важких металів.
8. Створено апаратурне обладнання для очищення води на заводах харчової промисловості.
9. Розроблено принципове апаратурне оформлення співосаджувальної технології отримання якісної питної води із забруднених джерел водопостачання.
10. На базі отриманих даних розроблені аналітичні методики для контролю запропонованих процесів: спектрофотометричний спосіб винайдення мікродомішок урану в природних і стічних водах з допомогою співосадження;
об”ємного титрування урану і ванадію з багаторазовим використанням колектору, яке дозволяє проводити аналізи в польових умовах;
11. Розроблені способи очищення технологічних розчинів, стічних вод, методи отримання питної води і аналітичні методики впроваджені в практику або підготовлені до впровадження: електрохімічний спосіб очищення шахтних вод реалізовано на одному з об”єктів Східного гірничозбагачувального комбінату; реагентний спосіб кондиціювання шахтних вод пройшов промислові випробування на одній із уранових шахт, прийняте рішення реалізації цього процесу;
видані “Вихідні дані” для шахти “Червоний партизан” Луганськантрацитвугілля та шахти “Первомайська” тресту “Кривбасгідрозахист”;
реагентна технологія отримання питної води покладена в основу “Вихідних даних” для Карачунівського водозабору та розпочаті роботи по апаратурному оформленню процесу в смт. Петрово. Розроблена конструкція апаратурної частини очищення питної води, яка буде змонтована на урановому гідрометалургійному заводі;
змонтовано апаратурне оформлення на Дніпропетровському лікеро-горілчаному заводі для отримання високоякісної води;
побутові апарати та пересувні установки, що базуються на електрохімічному принципі, проходять стадію серійного освоєння;
розроблені експресні методики для контролю вказаних процесів впроваджені в практику цілого ряда підприємств як у нас в країні, так і за кордоном;
розроблені співосаджувальні процеси та їх апаратурне оформлення стали призерами 3 конкурсів, оригінальність розробок підтверджена 6 авторськими свідоцтвами;
економічний ефект на сьогоднішній день тільки за рахунок зменьшення витрат на апаратурне оформлення процесів та попутній видобуток урану становить ~230 тис.грн. на рік.
Письменний Б.В. Дослідження та апаратурне оформлення процесів співосадження мікродомішок елементів з метою екологізації уранового виробництва.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.13 - Машини та апарати хімічних виробництв - Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ,1999 р.
Робота присвячена питанням теоретичних та експериментальних досліджень процесів співосадження мікродомішок радіоактивних елементів і важких металів, розробці способів очищення стічних шахтних вод, технологічних розчинів та отриманню питної води. Виділення колекторів проводилося реагентним способом та при дії постійного та змінного струмів. Отримані результати покладені в основу даних для розробки принципового апаратурного оформлення вказаних вище технологічних процесів.
Запропоновані також методики для експресного контролю розроблених способів. Апарати для реалізації вказаних способів впроваджені в практику ряда підпрємств, для контролю реалізуємих процесів використовуються запропоновані методики.
Ключові слова: Співосадження, мікродомішки важких та радіоактивних елементів, апаратурне оформлення для реалізації співосаджувальних процесів.
Письменный Б.В. Исследование и аппаратурное оформление процессов соосаждения микроколичеств элементов с целью экологизации уранового производства. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.13 - Машины и аппараты химических производств - Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 1999 г.
Работа посвящена вопросам теоретических и экспериментальных исследований процессов соосаждения микроколичеств радиоактивных элементов и тяжелых металлов, разработке способов очистки сбросных шахтных вод, технологических растворов и получению питьевой воды.
Проведенный критический анализ существующих взглядов на процесс соосаждения микроэлементов с неорганическими коллекторами, способы их выделения и аппаратурное оформление, применяемое для этих способов, показали возможность использования данных процессов для решения экологических проблем Приднепровского региона, связанных с деятельностью уранодобывающего и перерабатывающего комплекса.
Для достижения поставленных целей предложено в качестве коллекторов использовать вещества, находящиеся в жидкой фазе, а их выделение осуществлять реагентным методом или с помощью наложения постоянного и переменного токов. Установлено, что в качестве соосадителей могут быть использованы смешанный коллектор - гидроксид магния и карбонат кальция и гидроксид железа. При этом отпадает необходимость во введении посторонних веществ, так как кальций и магний являются обычной составной частью сбросных вод урановых шахт, природных вод, а железо - технологических урансодержащих растворов. Установлены основные закономерности процессов соосаждения в зависимости от величины РН, массы коллектора, времени контакта фаз, температуры и солевого фона. При реагентном или электрохимическом выделении коллекторов изучены все параметры данных процессов, необходимые для разработки принципиального аппаратурного оборудования и аппаратурного оформления указанных способов.
Результаты экспериментов по изучению соосадительных процессов использованы при разработке принципиальной аппаратурной схемы электрохимической очистки шахтных вод; предложенной технологической схемы и аппаратурного оформления бытовых аппаратов и передвижных установок для комплексной электрохимической очистки загрязненных вод; созданного аппаратурного оформления получения питьевой воды на предприятиях пищепрома; разработанного аппаратурно-технологического оформления реагентной схемы получения питьевой воды без применения хлора на горводоканалах; разработанных экспрессных аналитических методик для контроля указанных процессов.
Полученные результаты положены в основу внедренных и внедряемых способов очистки радиоактивнозагрязненных вод на трех шахтах Восточного ГОКА, исходных данных на проектирование аппаратурного оформления очистки сбросов шахты “Первомайская” треста “Кривбассгидрозащита”. Желтоводским экологическим центром завершаются работы посерийному освоению выпуска передвижных установок. На Днепропетровском ликероводочном заводе смонтирована установка по наработке экологически чистой воды и получено разрешения Минздрава Украины на ее эксплуатацию. Экспрессные методики контроля разработанных процессов внедрены в практику у нас в стране и за рубежом. Различные варианты технологий стали призерами трех Всесоюзных конкурсов.
Экономический эффект от реализации разработок составляет около 230 тыс. грн на год только за счет внедрения соосадительных процессов на двух шахтах. При этом не учитывался эффект от снижения заболевания населения, связанного с улучшением экологической обстановки в стране.
Разработанные соосадительные процессы, аппараты для получения питьевой воды и аппаратурное оформление способов очистки шахтных и природных вод могут быть использованы для решения экологических задач других регионов Украины.
Ключевые слова: соосаждение, микроколичества тяжелых и радиоактивных элементов, аппаратурное оформление для реализации соосадительных процессов.
Pismenny B.V. Investigation and development of the apparatus design of coprecipitation elements for ecologization of the uranium mining industry.
The thesis for Cand. Tech. Sci. degree by specialisation 05.05.13 - Machines and apparatus of chemical productions, Ukrainian state chemical - technology university, Dnipropetrovsk,1999.
The dissertation concernc guestions of theoretical and practical investigations on the processes coprecipitations of trace amounts of radioactive elements and heavy metals and developing of the ways of purification mine effluents, mills solutions and obtaining potable drinking water. To form of collectors is realized by reagent methods and under imposition of active and direct current. Obtained resaults are laid in the base data for elaborating of apparatus design for the processes. Methods of fast control of the processes also are offered.
Apparatus using the processes have been introduced on a number of enterprises. The method of control are also being for operating.
Key words: coprecipitation, trace amounts of radioactive elements and heavy metals, apparatus design for coprecipitate processes.