Очистка сточных вод от ионов цветных металлов с применением разработанных угольных адсорбентов - Автореферат

В связи с этим проблема очистки производственных стоков и снижения жесткости сточных вод промышленных предприятий и извлечения из них ценных продуктов - цветных и благородных металлов приобретает особое значение, так как решает не только природоохранную задачу, но и экономическую, содействуя сбережению сырьевых и материальных ресурсов страны. В связи с выше изложенным, получение новых эффективных активированных угольных адсорбентов на основе местных ангренских углей, исследование их коллоидно-химических и адсорбционных свойств, а также изыскание новых областей эффективного их практического применения для очистки производственных стоков металлургической промышленности представляют большой научно-практический интерес и являются весьма актуальными. Литературный обзор и анализ работ, посвященных получению активированных угольных адсорбентов и их применению для очистки сточных вод от растворенных неорганических солей показал, что вопросы очистки промышленных стоков активированными углями достаточно широко освещены в литературе. Однако, в настоящее время все большее распространение получает очистка сточных вод и методом ионного обмена, так как этот метод позволяет утилизировать ценные примеси, очищать воду до нормы ПДК. Нами установлена возможность использования полученных адсорбентов для очистки стоков Медной обогатительной фабрики, Ангренской золотоизвлекательной фабрики и рудника «Каульды» ОАО «Алмалыкский ГМК» с последующим извлечением цветных и благородных металлов. адсорбент очистка сточный водаУголь вносился в раствор CUSO4, смесь встряхивалась в течение 30 минут. Ангренский уголь искусственно окисляли 6%-ым раствором перекиси водорода, взятой в трехкратном отношении к углю. Из полученных данных, представленных в табл.1 видно, что при окислении возрастает в угле содержание кислых групп и, соответственно, увеличивается сорбционная емкость к ионам меди с 32 до 74 г/кг. Установлено, что сорбция ионов Cu 2 на угле снижается в присутствии других катионов. В 100 мл раствора CUSO4 вносили 10 г окисленного ангренского угля, смесь встряхивалась в течение 30 минут и в фильтрате определяли содержание меди на иономере И-160МИ: с увеличением РН раствора с 1,035 до 2,81 наблюдается уменьшение в фильтрате после сорбции содержание меди с 4,5 до 1,5 г/л, т.е. сорбция «Cu» окисленным ангренским углем возрастает с 0,8 до 3,8 г/л (табл.3).Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований по разработке способа получения новых высокоэффективных угольных адсорбентов на основе местных ангренских углей путем их активации с последующим применением для интенсификации процессов очистки сточных вод от ионов неорганических солей металлургической промышленности, позволили сформулировать следующие выводы: 1. Установлено, что в исследованных объектах содержание гуминовых кислот колеблется в пределах 1,0-50,0 %, а сумма кислых кислородсодержащих (карбоксильных, гидроксильных-фенольных) групп от 0,6 до 3,5 мг.экв/г в зависимости от степени окисленной угля. Исследование влияния различных факторов (РН среды, окисления, термообработки и др.) на сорбцию углем ионов меди показало, что она связана главным образом с содержанием в адсорбентах карбоксилильных групп. Наибольшей сорбционной емкостью обладают окисленные (выветрившиеся) угли: емкость их по меди составляет 77-90 г/кг, что превышает емкость сульфоуглей (60-75г/кг). Впервые по отрицательному влиянию катионов на сорбцию ионов меди углем составлен следующий «ряд адсорбируемости» катионов на ангренском угле: NH4 <Na < Mg2 < Ca2 < Zn2 < Fe 2 < Al3 < Cr3 <Cu2 <Fe3 .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований по разработке способа получения новых высокоэффективных угольных адсорбентов на основе местных ангренских углей путем их активации с последующим применением для интенсификации процессов очистки сточных вод от ионов неорганических солей металлургической промышленности, позволили сформулировать следующие выводы: 1. Исследованы физико-химические свойства углей ангренского месторождения и адсорбентов полученных на их основе с привлечением ИКС, ДТА, потенциометрического титрования и других методов исследования. Установлено, что в исследованных объектах содержание гуминовых кислот колеблется в пределах 1,0-50,0 %, а сумма кислых кислородсодержащих (карбоксильных, гидроксильных-фенольных) групп от 0,6 до 3,5 мг.экв/г в зависимости от степени окисленной угля.

2. Исследование влияния различных факторов (РН среды, окисления, термообработки и др.) на сорбцию углем ионов меди показало, что она связана главным образом с содержанием в адсорбентах карбоксилильных групп. Наибольшей сорбционной емкостью обладают окисленные (выветрившиеся) угли: емкость их по меди составляет 77-90 г/кг, что превышает емкость сульфоуглей (60-75г/кг).

3. Показано, что на сорбцию катионов меди влияет степень ионизации кислоты, входящей в анион медьсодержащей соли - чем она ниже, тем больше сорбируется меди; в кислой среде сорбционная способность угля реализуется не в полной мере. Разработан способ получения композиционных угольных адсорбентов с добавкой углекислых солей щелочноземельных металлов (САСО3, ВАСО3), позволяющий повысить сорбционную емкость адсорбента к ионам меди на 70-80%.

4. Впервые установлено, что сорбция ионов меди на окисленном ангренском угле в присутствии других катионов снижается по разному в зависимости от их валентности и радиуса ионов, если в присутствии в растворе Na и NH4 сорбция меди снижается на 20%, при наличии 2-х валентных Mg2 ,Ca2 , Zn2 и Fe2 на 21-23%, а 3-х валентных Al3 и Cr3 , соответственно на 43 и 46%, то в присутствии Fe3 - на 92,0%.

5. Впервые по отрицательному влиянию катионов на сорбцию ионов меди углем составлен следующий «ряд адсорбируемости» катионов на ангренском угле: NH4 <Na < Mg2 < Ca2 < Zn2 < Fe 2 < Al3 < Cr3 <Cu2 <Fe3 . Эти результаты говорят, что для ангренского угля характерна высокая избирательность катионного обмена.

6. Впервые потенциометрическим титрованием гуминовых кислот ангренского угля показана неравнозначность по активности кислородсодержащие группы. Кривые титрования имеют шесть явно выраженных пика из которых четыре находятся в области РН 10-8, и два в слабокислой РН<8, что характеризует ангренский уголь как типичный слабокислотный катионит. Изучение механизма ионообмена одно- и поливалентных катионов на гуминовых кислотах позволило сделать вывод о том, что поливалентные катионы в отличие от одновалентных, вступая в ионообмен с одной карбоксильной группой не могут реализовать все свои валентности изза стерического фактора, что приводит к сорбции из раствора эквивалентного количества анионов.

7. Физическими методами ИКС, ДТА и др. исследована природа поверхности и изменения происходящие при поверхностных реакциях на ангренском угле и гуминовых кислотах из него (термообработка, окисление, сорбция катионов и др.), в частности установлено исчезновение полос ИК-спектров функциональных групп при термообработке и появление полос кислородсодержащих групп при окислении. ИК-спектры гуминовых кислот, замещенных ионами меди, кальция и натрия отличаются от спектров гуминовых кислот в «Н» и «Na» формах.

8. Показана возможность использования адсорбентов из ангренских углей для извлечения золота и очистки золотосодержащего слива от присутствующего в нем полиакриламида на ангренской ЗИФ АГМК. Установлено, что при очистке сточных вод рудника «Каульды» и МОФ АГМК адсорбентами из ангренского угля содержание ионов натрия, кальция, магния, хлоридов и сульфатов снижается до норм ПДК. Проведены опытно-промышленные испытания предложенных адсорбентов при очистке сточных вод АГМК. Результаты положительные (акты испытания прилагаются). Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемых адсорбентов при очистке сточных вод с последующим извлечениием из них ионов меди на МОФ АГМК» составил 443,8 млн. сум в год.

1. Очилов Г.М., Салиханова Д.С., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А., Хамраев С.С. К вопросу очистки шахтных и сточных вод с использованием местных углей и композиций адсорбентов на их основе // Журн. Композиционные материалы. Ташкент. 2009. № 1. - С. 62-64.

2. Очилов Г.М., Салиханова Д.С., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Адсорбционная очистка шахтных стоков с использованием местных углей и композиций на их основе // Узбекский химический журн. 2009. №5. - С.102-105.

3. Очилов Г.М., Салиханова Д.С., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Халматов М.М. Использование углей и композиционных адсорбентов для очистки сточных вод рудники «Каульды» // Цветные металлы. Специальный выпуск. Москва. 2009. №8. - С. 25-28.

4. Очилов Г.М. Осветление сточных вод угольными адсорбентами // Узбекский химический журнал. Ташкент. 2010. №.3 - С.102-105.

5. Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Факторы, влияющие на осветление сточных вод, обработанных угольными адсорбентами // Вестник Каз. Госуниверситета. Серия химическая. Материалы научной конф. «Коллоиды и поверхности» Алматы № 3 (59) 2010. - С. 376-378

6. Очилов Г.М., Салиханова Д.С., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А., Хамраев С.С. Очистка шахтных вод с использованием местных углей и композиций адсорбентов на их основе // Матер. Рес. Межв. научно-техн. конф. молодых ученных «Нанокомпозиционные материалы» Ташкент. 2009. С.79-80

7. Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж., Салиханова Д.С., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Очистка производственных сточных вод с извлечением меди адсорбентами, полученными на основе ангренского угля // Матер. Рес. научно-техн. конф. «Композиционные материалы на основе техногенных отходов и местного сырья: состав, свойства и применение». Ташкент 2010. С.147-149

8. Очилов Г.М., Влияние различных факторов на осветления гидросуспензии угля, шунгита и бентонита // Труды научно-практ. конф. молодых ученых «Высокотехнологичные разработки-производству» Ташкент. 2010. - С. 77-79.

9. Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж., Гумаров Р.Х., Эшметов И.Д., Кулдашева Ш.А., Агзамходжаев А.А. Очистка сточных вод с извлечением меди угольными адсорбентами // «Аналитик киме фанининг долзарб муоммолари» 3-Рес. илмий-амалий конф. илмий ма?олалар туплами. Термиз. 2010. С. 161-162.

10. Ши-сянь В.В., Очилов Г.М., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Очиска сточных вод адсорбентами полученных на основе бурых ангренских углей // Матер. VIII Межд. конф. «Сотрудничество для решения проблемы отходов», 23-24 февраля 2011 г., ХПИ, г. Харьков, Украина, 2011, С. 94-95.

11. Эшметов И.Д., Очилов Г.М., Ши-сянь В.В., Зокирова, Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающей промышленности адсорбентами на основе ангренских углей // Матер. Межд. научно-техн. конф. «Новые композиционные материалы: на основе местного и вторичного сырья». Ташкент. 2011. С 77-79.

12. Ши-сянь В.В., Очилов Г.М., Эшметов И.Д., Зокирова Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Получение и применение новых угольных адсорбентов для очистки сточных вод МОФ АГМК // Матер. Межд. научно-техн. конф. «Новые композиционные материалы: на основе местного и вторичного сырья». Ташкент. 2011. С 173-174.

13. Эшметов И.Д., Ши-сянь В.В., Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж. Получение угольного адсорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов // Тез. Рес. научн. конф. молодых ученых «Актуальные проблемы химии природных соединений» ИХРВ АН РУЗ. Ташкент. 2011. С 91.

14. Эшметов И.Д., Ши-сянь В.В., Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Высокоэффективные угольные адсорбенты для очистки сточных вод нефтеперерабатыващей промышленности // Тезисы докл. V Межд. конф. «Стратегия развития науки в ХХІ веке», Ташкент. 2011. С 80-82.

15. Очилов Г.М., Ши-сянь В.В., Эшметов И.Д., Зокирова, Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Очистка сточных вод с использованием местных углей и композиций адсорбентов на их основе // Матер. Рес. научно-прак. конф. «Актуальные задачи развития химической науки, технологии образования в Республике Каракалпакстан», Каракалпакский ГУ, Нукус. 2011. С 114-115.

16. Эшметов И.Д., Ши-сянь В.В., Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Адсорбенты из ангренских углей для очистки сточных вод от нефтепродуктов // Матер. Рес. научно-прак. конф. «Актуальные задачи развития химической науки, технологии образования в Республике Каракалпакстан», Каракалпакский ГУ, Нукус. 2011. С 116-117.

17. Эшметов И.Д., Ши-сянь В.В., Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Технология адсорбционной очистки сточных вод нефтегазоперерабатывающей промышленности // Сб. трудов Рес. научно-прак. конф. «Актуальные проблемы очистки нефти и газа от примесей различными физико-химическими методами». Карши, 2011. С.19-21.

18. Очилов Г.М., Ши-сянь В.В., Эшметов И.Д., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Очистка сточных вод с использованием композиций угольных адсорбентов // Матер. Рес. научно-техн. конф. «Перспективы развития техники и технологии и достижения горно-металлургической отрасли за годы независимости Республики Узбекистан» г. Навои, 2011. С. 278

19. Эшметов И.Д., Ши-сянь В.В., Очилов Г.М., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Новые угольные адсорбенты для очистки сточных вод металлургической и нефтеперерабатыващей промышленности // Матер. Рес. научно-техн. конф. «Перспективы развития техники и технологии и достижения горно-металлургической отрасли за годы независимости Республики Узбекистан» г. Навои, 2011. С. 276

20. Агзамходжаев А.А., Гумаров Р.Х., Очилов Г.М., Салимов З.С., Шарипова Э.Р., Хасполадов В.Ш., Халматов М.М., Зокирова Д.Ж. Способ получение композиционных угольных адсорбентов // Заявка на патент в Государственное патентное ведомство РУЗ IAP 2010 0575 от 29.11.2010 г.

РЕЗЮМЕ диссертации Очилова Голибжона Мамаюнусовича на тему: «Очистка сточных вод от ионов цветных металлов с применением разработанных угольных адсорбентов» на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности: 02.00.11-коллоидная и мембранная химия.

Ключевые слова: угли, угольные адсорбенты, сточная вода, адсорбция, карбоксильные и гидроксильные группы, жесткость воды, медь, ионы металлов, катионы, анионы, металлургическая промышленность.

Объекты исследования: Местные ангренские угли и их активированные производные, производственные сточные воды металлургических промышленостей, в которых содержание ионов неорганических солей, хлоратов, сульфатов и других примесей превышают нормы ПДК.

Цель работы: Создание новых высокоэффективных угольных адсорбентов на основе местных ангренских углей, изучение их коллоидно-химических свойств и применение их для извлечения цветных и благородных металлов при очистке производственных сточных вод.

Методы исследования: Для выполнения работ использованы комплекс физико- и коллоидно-химических методов исследования таких, как адсорбции-онные, аналитические, ИК-спектроскопия, рентгенография и др.

Полученные результаты и их новизна: Научно обоснована возможность получения новых эффективных угольных адсорбентов на основе ангренского бурого угля для очистки производственных сточных вод от ионов цветных, благородных и др. металлов. Впервые показано, что сорбция ионов меди на этих адсорбентах в присутствии других катионов снижается в зависимости от их природы и валентности. Катионы по своему влиянию на сорбцию ионов меди составляют следующий возрастающий ряд:

NH4 <Na <Mg2 <Ca2 <Zn2 ,Fe2 <Al3 < <Cr3 <Cu2 <Fe3 .

Установлены закономерности ионного обмена на полученных адсорбентах, которые позволяют прогнозировать возможность избирательной адсорбции катионов в зависимости от их положения в указанном ряду.

Практическая значимость: Созданы эффективные композиционные адсорбенты из ангренских углей для очистки сточных вод и извлечения из них цветных и благородных металлов. Полученные адсорбенты рекомендуются для очистки производственных сточных вод металлургической промышленности. Выявленные новые закономерности взаимного влияния адсорбции смесей катионов на процесс сорбции растворенных неорганических примесей сточных вод имеют важное значение при совершенствовании способа получения адсорбентов. Результаты исследований также могут быть использованы при проектировании и строительстве новых производств для получения адсорбентов из местных углей, а также в учебных процессах ТАШХТИ, ТАШГТУ и других вузов.

Степень внедрения и экономическая эффективность: Проведены опытно-промышленные испытания предложенных адсорбентов при очистке сточных вод АГМК, результаты положительные (акты испытания прилагается). Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемых адсорбентов при очистке сточных вод с последующим извлечением из них ионов меди на МОФ АГМК» составил 443,8 млн. сум в год.

Область применения: Металлургические комбинаты и другие отрасли промышленности.

RESUME thesis of Golibjon Mamayunusovich Ochilov on the scientific degree competition of Philosophy doctor in chemistry degree on specialty 02.00.11- colloidal and membrane chemistry: “Clearing the sewages from ion of the color metals with using designed coal adsorbents”

Key words: coals, coal adsorbents, sewage water, adsorption, surface, porosity, salts, hard water, metal’s ions, cations, anions, metallurgical industry.

Subjects of research: local Angren’s coals and their activated derivatives, sewage water of metallurgical industry, in which concentration of inorganic salts’ ions including chlorates, sulphates and other mixtures exceeds the norm of MAC (maximum allowable concentration).

Purpose of work: development of production of highly effective, import replacing coal’s adsorbents on the basis of local Angren’s coals, study of their adsorptive and colloidal-chemical properties, purification of sewage waters following with extraction of nonferrous and precious metals, as well as search for their application.

Methods of research: directed activation of Angren’s coals via their reprocessing with heat and activation with water vapor for obtaining of effective adsorbent for sewage purification, complex physical and colloid-chemical methods of researches, such as adsorptive, analytical, IR-spectroscopy, DTA, potentiometric titration etc.

The results obtained and their novelty: scientifically possibility of the reception new efficient coal adsorbents is motivated on base angren’s borax of coal for peelings of the production sewages from ion colour, noble and others metal. Is it for the first time shown that sorption ion honeys on these of adsorbents in whitness of the other cations falls depending on them under-birth and valences. cations on its influence upon sorption ion honeys form following increasing row: NH4 <Na <Mg2 <Ca2 <Zn2 , Fe2 <Al3 <Cr3 <Cu2 <Fe3 . The Installed regularities of the ion exchange on got adsorbents, which allow to forecast the possibility to electoral adsorption cations depending on their positions in specified row.

Practical value: they are created efficient composition adsorbents from Angren’s coal for peelings of the sewages and extractions of them color and precious metals. The obtained adsorbents are recommended for purification of industrial sewage water of metallurgical industry. The revealed new regularities of the mutual influence to adsorptions of the mixtures cation on process of the sorption’s of the dissolved inorganic admixtures of the sewages have important importance at improvement of the way of the reception directed-activated adsorbents. The results of the studies also can be used when designing and construction new production for reception directed actuated adsorbent from local coal, as well as in scholastic process at TASHCHTI, TASHSTU and other higher educational institutions.

Degree of embed and economic effectivity: the industrial tests of the offered adsorbents at purification of sewage waters of Almalyk Mountain-Metallurgy Combine have been carried out, the act of positive testing is annexed. An expected economic effect of application of the adsorbents at the Almalyk Mountain-Metallurgy Combine makes 443,8 mlns soums per year.

Field of application: metallurgical plants and other branches of industry.

Размещено на .ru