REAGENT MADE OF THE SERPENTINE-BEARING OVERBURDEN ROCKS FOR HEAVY METALS IMMOBILIZATION

РЕАГЕНТ ИЗ СЕРПЕНТИНСОДЕРЖАЩИХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Горохов Ю. В., Скубаков О. Н., ОАО «Оренбургский магнезит», Новотроицк, Оренбургская обл., Россия
Кременецкая И. П., Корытная О. П., Васильева Т. Н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук, Апатиты, Мурманская обл., Россия

В настоящее время наблюдается существенное увеличение интенсивности миграции черных и цветных металлов, что позволяет говорить о металлизации природной среды. Большие площади загрязненных водных акваторий предполагают использование для очистки дешевых природных материалов.
Термоактивированные серпентиновые минералы (метасерпентины) являются экологически безопасными и доступными реагентами, получение которых возможно из вторичного сырья Кольского полуострова и Урала. Для очистки воды от тяжелых металлов (ТМ) наиболее перспективным является серпентинито-магнезит, попутная добыча которого в составе вскрышных пород осуществляется предприятием ОАО «Оренбургский магнезит».
Выполнены исследования по определению возможности получения химически активного реагента из серпентинито-магнезита. Термографическим анализом установлено, что температуры разложения серпентина и образования форстерита отличаются более чем на 100 °С, что является благоприятным фактором для получения активной метастабильной фазы. Степень очистки растворов сульфата меди метасерпентинитом составляет 98,2—99,7% при исходной концентрации Си порядка 1 мг/л, остаточная концентрация меди — 0,003 мг/л.
Реализация технологий очистки воды метасерпентинитом сдерживается отсутствием рекомендаций по определению условий их получения и применения в производственной практике.
Образование активной метастабильной фазы при нагревании серпентиновых минералов установлено в 1970-е годы. Термоактивированные продукты были использованы для получения магнезиальных вяжущих, однако развития эти работы не получили из-за нестабильности параметров обжига различных видов серпентинитов. О свойствах термообработанных серпентиновых минералов судили по характеристикам получаемых на их основе строительных материалов, при этом разделить влияние количества активной магнезиально-силикатной фазы от других факторов (наличие примесей, условия твердения) не представлялось возможным. В связи с этим необходимым условием практического применения метасерпентинитов является реализация метода оперативного контроля количества метастабильной фазы.
Термодеструкция серпентина (упрощенная формула Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈) приводит, очевидно, к образованию двух фаз — магнезиальной и силикатной. Исходя из этого, рассмотрен ряд показателей, характеризующих степень термоактивации. В случае, если предполагается использовать метасерпентин для извлечения ТМ, нами предложено определять содержание активной фазы титрованием суспензии серпентинита раствором сульфата меди, а в качестве количественной характеристики определять отношение [Cu]/[Mg] в точке эквивалентности. Данный метод позволяет определить оптимальные параметры обжига, но является трудоемким и достаточно длительным. Кроме того, серпентиниты, как правило, содержат примеси минералов, взаимодействующих с кислыми растворами, — доломита, магнезита и др., поэтому более точной характеристикой степени активации является количество образовавшегося при обжиге активного кремнезема. Традиционная методика определения активного кремнезема в данном случае неприемлема из-за образования в щелочной среде нерастворимых силикатов магния и других элементов.
В настоящей работе разработана методика определения растворимого кремнезема, причем для связывания катионов использованы комплексообразующие реагенты. Кроме содержания растворимого кремнезема, определено содержание доступных элементов по общепринятой методике и введено понятие щелочности реагента.
Исследования по растворению активных компонентов метасерпентина показали, что наибольшее количество магния извлекается из реагента, полученного при 550 °C, а оптимальной для образования свободного кремнезема является температура 600 °C. Интегральный показатель — щелочность — практически не отличается для серпентина, обработанного при данных температурах, однако с экономической точки зрения предпочтительнее вести процесс при более низкой температуре.
Метасерпентинит не содержит токсичных компонентов и в связи с этим предназначен, прежде всего, для реабилитации загрязненных природных водных источников и для очистки техногенных водоемов, имеющих гидравлическую связь с подземными и поверхностными водами. Извлечение ТМ обеспечивается такими параллельно протекающими процессами, как: 1) медленное образование осадителя в объеме раствора в результате растворения активных твердых фаз; 2) быстрое осаждение малорастворимых соединений ТМ; 3) медленная трансформация первоначально осажденной фазы в результате взаимодействия с компонентами маточного раствора.
Поскольку условия применения реагента предполагают длительный контакт новообразованных твердых фаз и очищенной воды в гипергенных условиях, для обоснования предлагаемой методики рассмотрено влияние времени взаимодействия на характеристики процесса при различных исходных параметрах. Для этого был изучен процесс фазообразования в системе метасерпентин — CuSO₄ — H₂O. На первом этапе взаимодействия раствора сульфата меди с реагентом металл осаждается в виде брошантита Cu₄SO₄(OH)₆; в данном случае в процессе извлечения меди ведущую роль играет магнезиальная составляющая метасерпентина. Силикатная часть метасерпентина образует медьсодержащую осажденную фазу после снижения как кислотности раствора (до pH 7,5—8), так и концентрации меди (до 0,1 мг/л).
Для оценки количества активного кремнезема, необходимого для осаждения силиката меди, выполнено сопоставление произведения растворимости CuSO3 и произведения концентраций ионов [Cu²⁺] • [SiO₃^2-]. Значение [Cu²⁺] • [SiO₃^2-] практически во всех опытах выше ПР_CuSO3, что свидетельствует о пересыщенности раствора по силикату меди. Следовательно, количество силикатной фазы является достаточным для образования силиката меди, а степень очистки раствора определяется возможностью достижения pH > 7,8, и можно утверждать, что щелочность реагента является достоверным показателем для определения качества метасерпентина как реагента по очистке водоемов от ТМ.

Gorokhov Yu. V., Skubakov O. N., OJSC «Orenburg Magnesite», Novotroitsk, Orenburg Oblast, Russia
Kremenetskaya I. P., Korytnaya O. P., Vasilyeva T. N., Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials, Kola Science Centre, Russian Academy of Sciences, Apatity, Murmansk Oblast, Russia

The study into the possibility of recovery of chemically active reagent from serpentinite-magnesite present in the overburden rocks extracted as part of mining operations of the joint-stock company «Orenburg Magnesite» has been carried out. The treatment efficiency for copper sulfate solutions, depending on concentrations of reagent and time of interaction, is 98,2 - 99,7 %. With the initial concentration of Cu at about 1 mg/l, the final concentration of copper of 0,003 mg/l at the treated effluent can be achieved.

Главная страница

Сведения об авторах

Горохов Юрий Васильевич, генеральный директор, ОАО «Оренбургский магнезит», ул. Орская, 6, Ново-троицк, Оренбургская обл., 462356, Россия. Тел./факс (3537) 67-93-49
Скубаков Олег Николаевич, председатель, Торгово-промышленная палата, Новотроицк, ул. Орская, 6, Новотроицк, Оренбургская обл., 462356, Россия. Тел./факс (3537) 67-25-19. E-mail
Кременецкая Ирина Петровна, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского НЦ РАН, ул. Ферсмана, 26А, Академгородок, Апатиты, Мурманская обл., 184209, Россия. Тел. (81555) 7-97-52, факс (81555) 7-91-58. E-mail
Корытная Ольга Петровна, инженер-технолог, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского национального центра РАН, ул. Ферсмана, 26А, Академгородок, Апатиты, Мурманская обл., 184209, Россия. Тел. (81555) 7-97-52, факс (81555) 7-91-58. E-mail
Васильева Татьяна Николаевна, ученый секретарь, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН, ул. Ферсмана, 26А, Академгородок, Апатиты, Мурманская обл., 184209, Россия. Тел. (81555) 7-94-23, факс (81555) 7-91-58. E-mail

Последние изменения внесены 10.07.07