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



жүктеу 491.9 Kb.
бет1/4
Дата29.04.2016
өлшемі491.9 Kb.
  1   2   3   4


АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ




На правах рукописи




УДК 541.183: 66.066:664.33




ОЧИЛОВ ГОЛИБЖОН МАМАЮНУСОВИЧ




ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗРАБОТАННЫХ УГОЛЬНЫХ АДСОРБЕНТОВ -





Специальность: 02.00.11 – коллоидная и мембранная химия





А в т о р е ф е р а т


диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук






















Ташкент – 2011

Работа выполнена в лаборатории коллоидной химии Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан.




Научный руководитель: доктор химических наук, профессор, академик Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности

Агзамходжаев Анварходжа Атаходжаевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Аминов Собирджан Нигматович

кандидат химических наук, доцент



Саидова Минаввар Дадахоновна

Ведущая организация: Национальный Университет Узбекис-

тана имени М.Улугбека

Защита состоится «___»______________2011 года в « 14 » часов на заседании специализированного совета Д 015.13.01 при Институте общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан по адресу: 100170, г.Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77-а.

Тел.: (99871) 262-56-60, Факс: (99871) 262-76-57.

Е-mail: ionxanruz@mail.ru


С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке Академии наук Республики Узбекистан по адресу: г.Ташкент, ул. Муминова, 13.

Автореферат разослан «___»_____________ 2011 г.
Ученый секретарь

специализированного совета,

кандидат химических наук Ибрагимова М. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время угольные адсорбенты нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства – очистка сточных вод металлургической, нефтегазовой, химической, биохимической промышленностей, гидрометаллургии, водоподготовки, нефтегазодобычи и других. В связи с возрастающей потребностью в Республике к различным угольным адсорбентам возникает целесообразность их производства на основе местных сырьевых ресурсов, что приобретает исключительно важное значение в целях импортозамещения.

С точки зрения защиты окружающей среды работа промышленных предпри-ятий должна быть организована таким образом, чтобы образующиеся сточные воды по содержанию различных вредных производственных примесей должны отвечать нормам ПДК. В связи с этим проблема очистки производственных сто-ков и снижения жесткости сточных вод промышленных предприятий и извлече-ния из них ценных продуктов – цветных и благородных металлов приобретает особое значение, так как решает не только природоохранную задачу, но и эконо-мическую, содействуя сбережению сырьевых и материальных ресурсов страны.

В связи с выше изложенным, получение новых эффективных активирован-ных 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 производ-ственных стоков металлургической промышленности представляют большой научно-практический интерес и являются весьма актуальными.

Степень изученности проблемы. Литературный обзор и анализ работ, посвященных получению активированных угольных адсорбентов и их при-менению для очистки сточных вод от растворенных неорганических солей показал, что вопросы очистки промышленных стоков активированными углями достаточно широко освещены в литературе. Определяющая роль при этом отводится микропорам активных углей.

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. Поэтому в литературе предлагается активирование углей путем их окисления с целью придания им ионообменных свойств. Однако, затраты на окисление активных углей еще больше удорожает их стоимость и снижает рентабельность их использования для очистки сточных вод.

Еще в 30-х годах были сделаны попытки использовать углеродные материалы в качестве сорбентов, способных к ионному обмену. Было установлено, что многие сорта природных бурых углей обладают естественными катионообменными свойствами благодаря наличию в их структуре гуминовых составляющих с карбоксильными группами.

Использование дешевых угольных адсорбентов, полученных на их основе, позволяет не только очистить сточные воды от неорганических примесей, но и утилизировать, при наличии в них, медь, золота, серебро и другие металлы. 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.



Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР. Диссертационная работа выполнена в Институте общей и неорганической химии АН РУз в соответствии с темой гранта: ФА-А5-Т067 «Разработка эффективной технологии глубокого извлечения цветных, редких и благородных металлов из промпродуктов и техногенных отходов» (2009-2011 г.г.).

Цель исследования 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.

Задачи исследования:

- анализ особенностей химического состава, коллоидно-химических и адсорбционных свойств углей, пригодных для получения активированных адсорбентов;

- разработка эффективного способа получения направленно-активи-рованных адсорбентов из местных углей ангренского месторождения;

- изучение содержания гуминовых кислот и суммы, кислых кислород-содержащих (карбоксильных, гидроксильных-фенолных) групп в угольных адсорбентах;

- создание эффективных композиций адсорбентов для избирательной очистки сточных вод с последующим извлечением цветных и благородных металлов;

- оценка технико-экономической эффективности получения и применения предлагаемых адсорбентов для очистки сточных вод и извлечения ионов цветных и благородных металлов.



Объект и предмет исследования. Объектом исследования будут: местные ангренские угли и их активированные производные, производственные сточные воды ОАО «Алмалыкский ГМК», в которых содержание ионов меди, золота и других неорганических солей, хлоратов, сульфатов, а также других примесей превышает нормы ПДК.

Предмет исследования - оценка избирательной адсорбционной способности полученных адсорбентов к ионам при очистке промышленных сточных вод, а также применение комплекса исследований физико - и коллоидно-химических методов анализа получаемых адсорбентов и контроля процесса очистки вод с использованием последних.

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

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты по установлению влияния активации углей на адсорбционные и избирательные свойства адсорбентов, получаемых из местных углей для извлечения ионов меди и золота;

- создание композиции угольных адсорбентов для очистки промышлен-ных сточных вод и извлечение ионов меди и золота.

Научная 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 валент-ности. Катионы по своему влиянию на сорбцию меди составляют следующий возрастающий ряд: NH4++2+2+-2+,Fe2+3+3+2+3+. Уста-новлены закономерности ионного обмена на полученных адсорбентах, которые позволяют прогнозировать возможность избирательной адсорбции катионов в зависимости от их положения в указанном ряду.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Выявленные новые закономерности взаимного влияния смесей катионов на процесс сорбции растворенных неорганических примесей сточных вод имеют важное значение при совершенствовании технологий получения направленно-активированных адсорбентов. Результаты исследований также могут быть использованы при проектировании и строительстве новых производств для получения направленно-активированных адсорбентов из местных углей, а также в учебных процессах ТашХТИ, ТашГТУ и других вузов.



Реализация результатов. Созданы эффективные композиционные адсорбенты из ангренских углей для очистки сточных вод и извлечения из них цветных и благородных металлов. Проведены опытно-промышленные испытания предложенных адсорбентов при очистке сточных вод производств ОАО «Алмалыкский ГМК», получены положительные результаты (акты испытаний прилагаются в диссертации). Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемых адсорбентов составил 443,8 млн. сум в год.

Апробация работы: Основные положения и результаты работы доло-жены, обсуждены и получили одобрение на: Респ. меж. научно-техн. конф. молодых ученных «Нанокомпозиционные материалы» (Ташкент, 2009); Межд. научно-практ. конф. «Современные проблемы инновационных технологий в образование и науке» (Шымкент, 2009); Респ. научно-техн. конф. «Композици-онные материалы на основе техногенных отходов и местного сырья: состав, свойства и применение» (Ташкент, 2010); Научно-практ. конф. молодых ученных ИОНХ АН РУз «Высокотехнологичные разработки-производству» посвящен-ной «Году гармонично развитого поколения» (Ташкент, 2010); III-Респ. научно-практ. конф. «Аналитик кимё фанининг долзарб муоммолари» (Термиз, 2010); Межд. научная конф. «Коллоиды и поверхности» (Алматы, 2010); Межд. конф. «Сотрудничество для решения проблемы отходов», (Харьков, Украина, 2011); Респ. научно-техн. конф. «Композиционные материалы: и их применение» (Ташкент, 2011); Конф. молодых ученых, посв. памяти акад. С.Ю.Юнусова «Актуальные проблемы химии природных соединений» (Ташкент, 2011); Респ. научно-прак. конф. «Актуальные задачи развития химической науки, технологии образования в Республике Каракалпакистан», (Нукус, 2011); Межд. научно-техн. конф. «Новые композиционные материалы на основе местных и вторичных сырьевых материалов» (Ташкент, 2011); V Межд. конф. «Стратегия развития науки в ХХI веке» (Ташкент, 2011); Респ. научно-прак. конф. «Проблемы очистки нефти от природных соединений химическими методами» (Карши, 2011); Межд. научно-техн. конф. «Диверсификация продукции - новый этап в развитии нефтегазовой отрасли Узбекистана» (Ташкент, 2011); Респ. научно-техн. конф. «Перспективы развития науки и технологии и достижения горно-металлургической отрасли за годы независимости Республики Узбекистстан» (г.Навои, 2011); научном семинаре Специализированного Совета Д 015.13.01 при Институте общей и неорганической химии АН РУз от 24 октября 2011 г..

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертации опуб-ликовано в Международных и Республиканских изданиях. Всего опубликовано 20 работ, из них 5 статьи и 14 тезисов докладов и 1 заявка на патент РУз.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литератур-ного обзора, описания объектов и методов исследования, анализа и обсуждения результатов экспериментальных исследований и заключения. Объем текстового материала диссертации составляет 107 страницы, включает 25 таблиц и 15 рисунков. Список литературы содержит 128 наименований отечественных и зарубежных источников. В приложении диссертации приведены акты проведен-ных опытно-промышленных испытаний.

Считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность к.х.н., ст. науч. сотр. Гумарову Расиму Хатибовичу за постоянные ценные советы, участие в обсуждении результатов исследований и оказанную помощь при окончательном оформлении диссертационной работы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность задачи и степень изученности проблемы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, указаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава посвящена литературному обзору современного состояния получения и применения активированных угольных адсорбентов, включающий их составы и свойства, способы их активации, а также их применения при очистке производственных сточных вод.

Вторая глава посвящена методики постановки эксперимента, анализу сырья и получаемых адсорбентов путем их активации, где подробно освещены отличительные особенности поставленных экспериментальных работ от извест-ных, а также методы анализа исходных и очищенных сточных вод. Установлены химические составы местных ангренских угей, подобранных для получения направленно-активированных угольных адсорбентов.

Третья глава посвящена описанию проведенных экспериментальных работ, где приведены комплекс исследований по получению новых видов активированных угольных адсорбентов, изучению их свойств, применение их при очистке сточных вод, как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Зависимость сорбционных свойств угля от содержания кислородсодер-жащих групп. Для проведения лабораторных исследований были отобраны пробы ангренских углей марки БСШ, рядовой и природно-окисленный. Исследованные углы отличаются по содержанию гуминовых кислот, а также карбоксильных и гидроксильных (фенольных) групп. Сорбция проводилось в статических условиях при комнатной температуре с воздушно сухими пробами углей, размер частиц 2-5 мм. Катионы меди сорбировались из модельного 2,5% водного раствора CuSO4, содержащего 0,53 % меди. Уголь вносился в раствор CuSO4, смесь встряхивалась в течение 30 минут. Далее в фильтрате определялось содержание меди на иономере И-160МИ. По разности содержание меди в исходном растворе и в фильтрате устанавливалось емкость угля к ионам меди.

На сорбционную емкость ископаемых углей влияет различные факторы: петрографический состав, микропористость, степень химической зрелости, рН среда и другие. Чтобы вывить влияние одного фактора содержания кислых групп исследования были проведены на углях Шаргуньского месторождения разной степени естественной окисленности, с содержанием гуминовых кислот от 0 до 90%. Неокисленный Шаргуньский каменный уголь, в отличии от бурого, не обладает сорбционной способностью к катионам. По мере роста степени окисленности и повышения количества в угле гуминовых кислот от 2 до 90 %, сорбция меди из водных растворов возрастает с 13 до 32%.



Влияние термической обработки и окисления угля на его сорбционную емкость. Общеизвестно, что содержание в угле кислородсодержащих групп при термической обработке снижается, а при окислении повышается. Поэтому были проведены исследования влияния термообработки и окисления угля на его сорбционную емкость. Ангренский уголь марки БСШ подвергался термообра-ботке при температурах 120, 200, 300, 400, 500 и 600°С. В термообработанных пробах угля определялось содержание карбоксильных и фенольных гидроксилов, а также сорбционная емкость к ионам “Cu”. По мере возрастания температуры обработки угля, в нем снижается сумма кислых групп (карбоксильных и гидрок-сильных – фенольных) и, соответственно, падает сорбция к ионам меди и снижа-ется до нуля у пробы угля, термообработанного при 600°С. Ангренский уголь искусственно окисляли 6%-ым раствором перекиси водорода, взятой в трехкрат-ном отношении к углю. Окисленную пробу подвергали анализу на содержание карбоксильных и гидроксильных (фенольных) групп и определяли в ней сорбци-онную ёмкость к ионам меди. Из полученных данных, представленных в табл.1 видно, что при окислении возрастает в угле содержание кислых групп и, соответ-ственно, увеличивается сорбционная ёмкость к ионам меди с 32 до 74 г/кг.

Таким образом, результаты полученные в опытах с термообработкой и окислением угля служат доказательством связи сорбционной ёмкости угля с наличием в нем кислых групп, главным образом карбоксильных.



Ионный обмен на ангренском угле. Были проведены серии опытов для прямого доказательства ионного обмена на ангренском угле. С этой целью уголь аммонизировали обработкой аммиачным раствором. В аммонизированный уголь вносили раствор хлористых солей кальция, алюминия и железа образующиеся при этом осадки промывали дистиллированной водой до удаления ионов хлора. Полученные осадки высушивали на воздухе до воздушно-сухого состояния, измельчали до 5 мм. Анализ полученных продуктов показал, что они содержат катионы Са2+ - 4 мгэкв/г; Al3+ - 10,2; Fe3+ - 10,3. После сорбции меди (из водного

2,5% раствора) эти значения снизились, соответственно, до 0,8; 9,2 и 9,6 мгэкв/г, что свидетельствует об обмене катионов испытуемых солей на катион меди. В большей степени медь обменивается на кальций (80%) в меньшей на алюминий



(10%) и железо (7%).

Таблица 1

Изменение содержания кислых групп и сорбционной емкости при обработке их перекисью водорода



Наименование проб

рН угля

Аа

СООН

ОН

Сумма

Сорбция Сu2+г/кг сух. угля

мгэкв/г

1

Ангрен исход. (БСШ) до обра-ботки угля перекисью водорода

6,1

19,4

0,3

2,8

3,0

32,0

То же, после обработки пере-кисью водорода

6,0

9,6

1,4

3,5

4,9

59,0

2

Ангрен исходный в Н-форме (обработанный HCI) до обра-ботки перекисью водорода

3,9

14,4

1,1

2,0

3,1

21,5

То же, после обработки пере-кисью водорода

-

13,5

2,1

3,5

5,6

141,0

3

Кзыл-Кия выветрившийся до обработки перекисью водо-рода

5,4

30,0

1,3

5,7

7,0

40,0

То же, после обработки пере-кисью водорода

5,3

29,1

3,8

5,8

9,6

74,7


Примечание: рН угля, обработанного перекисью водорода доводился до исходного путем подщелачивания раствора.

И так, ангренский уголь обладает ионообменными свойствами, однако, величины сорбции отдельных ионов из водных растворов существенно различны. В сточных водах всегда присутствует смесь различных катионов. Поэтому представлял практический интерес исследование влияния других ионов на сорб-цию меди природно-окисленным ангренским углем (табл.2). В одном варианте ионы меди сорбировались из раствора CuSO4 в присутствии в отдельности кати-онов NH4+, Na+, Zn 2+, Al 3+, Fe 3+, в другом варианте в присутствии смеси всех этих катионов в исследуемом растворе. Установлено, что сорбция ионов Cu+2 на угле снижается в присутствии других катионов. Причем влияние катионов раз-личное: влияние одновалентного катиона ниже, чем двух–и трех валентных, если в присутствии катионов NH4+ и Na+: сорбции меда на угле снижается с 112 до 90 г/кг, то в присутствии катионов Zn 2+, Al 3+ и Fe 3+ соответственно, до 86,0, 64 и 8,4 г/кг. Если расположить полученные данные в ряд по возрастанию отрицательного влияния катионов на сорбцию меди окисленным ангренским углем, то этот ряд выглядит следующие образом:



NH4++2+2+2+,Fe2+< Al3+< Cr3+2+3+

Влияние рН среды на сорбцию ионов меди ангренским углем. Известно, что сильнокислотные катиониты позволяют проводить процесс сорбции в любых средах в широком интервале рН, а слабокислотные в щелочных и нейтральных. Поэтому представляет практический интерес исследование влияния рН- среды на сорбционную способность ангренского угля. Для выяснения зависимости сорб-


  1   2   3   4


©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет