Исследование возможности использования ферроникелевых шлаков при очистке сточных вод. Examining the Potential for Using Ferronickel Slag in Wastewater Treatment Processes

Исследование возможности использования ферроникелевых шлаков при очистке сточных вод

Хоботова Э. Б., Грайворонская И. В., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, Украина

Экономическая эффективность сорбционной очистки сточных вод повышается при использовании в качестве сорбентов дешевых материалов, отходов, например шлаков различных производств.

Цель работы — изучить минералогический и радионуклидный составы и структуру шлаков Побужского ферроникелевого комбината и оценить возможность их использования в качестве сорбентов.

— рентгенофазовый на порошковом дифрактометре Siemens D500 в медном излучении с графитовым монохроматором; первичный поиск фаз выполнен по картотеке PDF-1, рентгенограммы рассчитаны по методу Ритвельда с использованием программы FullProf;

— гамма-спектрометрический на сцинтилляционном гамма-спектрометре СЕГ-001 «АКП-С»; для обработки результатов измерений использовали программное обеспечение Akwin;

Рентгенофазовый анализ измельченного образца показал, что основные минералы шлака — диопсид СаMg(SiO₃)₂, диопсид, обогащенный кальцием, и диопсид, обогащенный алюминием. Структура диопсида представляет собой объединенные в тройки силикатные тетраэдры. Ребро одного тетраэдра соединено с вершинами двух соседних. Такие тройки располагаются в промежутках между слоями, состоящими из магниевых октаэдров и искаженных кальциевых восьмивершинников. Слоистая структура обусловливает сорбционные свойства диопсида (рисунок).

Гамма-спектрометрическим методом в составе шлаков обнаружены естественные радионуклиды ²²⁶Rа, ²³²Тh и ⁴⁰К (табл. 1).

Исследованные шлаки относятся к материалам 1-го класса (удельная эффективная активность менее 370 Бк/кг) и могут применяться во всех видах строительства.

Изучена сорбционная способность размолотого шлака по отношению к метиленовому синему (МС). Предварительно на 1 сут образцы шлака помещали в воду, растворы кислот или щелочи при разных температурах. Сорбцию проводили в статических условиях, выдерживая в течение 3 сут 5 г шлака в 100 мл раствора МС концентрацией 0,01 г/л. В табл. 2 приведена статическая обменная емкость (СОЕ) образцов шлака.

СОЕ шлака ферроникелевого производства при кислотной и щелочной активации

Среда вымачивания	Температура активации,°C	Концентрация МС после сорбции, г/л	СОЕ, мг/г
H₂O	20	0,0046	0,108
1 н NaOH	20	0,0039	0,122
1 н HCl	20	0,0028	0,144
1 н HNO₃	20	0,0028	0,144
1 н H₂SO₄	20	0,0023	0,154
0,5 н H₂SO₄	20	0,0031	0,138
0,1 н H₂SO₄	20	0,0033	0,134
0,05 н H₂SO₄	20	0,0038	0,124
0,01 н H₂SO₄	20	0,0039	0,122
1 н H₂SO₄	40	0,0049	0,102
1 н H₂SO₄	50	0,0061	0,078
1 н H₂SO₄	60	0,0060	0,080
1 н H₂SO₄	70–80	0,0056	0,088
1 н NaOH	40	0,0056	0,088
1 н NaOH	50	0,0054	0,092
1 н NaOH	60	0,0052	0,096
1 н NaOH	70–80	0,0030	0,140

После предварительной выдержки в воде СОЕ шлака по МС равна 0,108 мг/г (эффективность извлечения 54 %). Такое низкое значение можно объяснить тем, что сорбционно активная аморфная фаза составляет меньшую массовую часть шлака.

Обработка шлака в растворах кислот эффективнее, чем в щелочи и воде. Наибольшую СОЕ (0,154 мг/л) обеспечивает предварительная выдержка в 1 н H₂SO₄ при 20 °С, при этом эффективность извлечения достигает 77 %.

При активации в растворе кислот минимум СОЕ наблюдается в температурном интервале 50–60 °С. Повышение температуры до 70–80 °С приводит к незначительному увеличению СОЕ.

При активации в растворах щелочи минимальное значение СОЕ имеет место в температурном интервале 40—50 °С, максимальное — при 70–80 °С.

Таким образом, установлено, что шлак ферроникелевого производства можно использовать как сорбент при очистке сточных вод.

Khobotova E. B., Grayvoronskaya I. V., National Automobile and Highway University of Kharkiv, Ukraine

The mineralogical composition of ferronickel production slag has been examined. The possibility of using the slag as a sorption agent for organic compounds has been demonstrated, and optimum conditions for chemical activation of slag defined.

Хоботова Элина Борисовна, д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой химии, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Петровского, 25, Харьков, 61002, Украина. Тел. (057) 707-36-52. E-mail
Грайворонская Инна Валерьевна, инженер, кафедра химии, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Петровского, 25, Харьков, 61002, Украина. Тел. (057) 707-36-52. E-mail

Удельная активность		Величина
эффективная, Бк/кг		118 ± 13
суммарная, Бк/кг		186
⁴⁰К	Бк/кг	88
⁴⁰К	%	46,6
²²⁶Ra	Бк/кг	59
²²⁶Ra	%	32,1
²³²Тh	Бк/кг	39
²³²Тh	%	21,3