Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Молдурушку М.О. 1 Кара-Сал Б.К. 1 Чульдум К.К. 1

---

1 ФГБУН «Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов» Сибирского отделения Российской академии наук

Приведены результаты исследований состава отходов, продуктов обжига и выщелачивания. Пробы имеют преимущественно карбонатно-силикатный состав. Особенностью отходов является высокое содержание оксида кальция. В значительном количестве присутствует оксид железа, в особенности в кеке. Исследован химический состав пробы огарка, полученной в результате спекающего обжига при 700?°С, соотношении отход/сода/уголь 1:1:0,1, продолжительности 1,5 часа. Кек получен в результате водного выщелачивания при 80?°С, Т:Ж = 1:10 в течение 1 часа. Рассмотрена микроструктура проб отхода, огарка, кека. Исследован фазовый состав образца отхода, огарков, кеков. Установлено, что фазовый состав кеков представлен кальцитом, кварцем и силикатами, а в огарке отсутствует кальцит. Исследован фазовый состав огарков, полученных при 740?°С, соотношении отход/сода 1:1 и при 700?°С, соотношении отход/сода/уголь 1:1:0,1, продолжительности 1,5 часа. При последующем водном выщелачивании огарков при 80?°С, Т:Ж = 1:20 в течение 1 часа получены кеки. Изучен элементный состав проб отхода и кеков. Проведенные исследования показали, что концентрация мышьяка в кеках снижается в 6–7 раз по сравнению с образцом исходного отхода. Содержание кобальта, никеля, меди, цинка в кеках увеличивается по сравнению с образцом исходного отхода.

Статья в формате PDF

0 KB

состав

отход

мышьяк

продукт обжига

кек

1. А. с. 773111 СССР, М. Кл3 С 22 В 7/02. Способ удаления мышьяка из пылей свинцово-цинкового производства / Исабаев С.М., Полукаров А.Н., Жумашев К. и др. (СССР) – №2743159/22-02; заявл.02.04.79 ; опубл. 23.10.80, Бюл. № 39. – 6 с.

2. А. с. 990841 СССР, М. Кл.3 С 22 В 7/02, С 22 В 30/04. Способ удаления мышьяка из свинец-цинкосодержащих пылей / Исабаев С.М., Жумашев К., Мильке Э.Г., Кузгибекова Х. (СССР) – №3349917/22-02; заявл. 22.10.81; опубл. 23.01.83, Бюл. № 3. – 8 с.

3. А. с. 908881 СССР, М. Кл.3 С 22 В 7/00. Способ удаления мышьяка из медно-мышьяковистых шламов / Исабаев С.М., Полукаров А.Н., Кузгибекова Х., Мильке Э.Г., Жумашев К. (СССР) – № 2940288/22-02; заявл. 16.06.80 ; опубл. 28.02.82, Бюл. № 8. – 4 с.

4. А. с. 1028733 СССР, МКИ3 С 22 И 7/00. Способ переработки шпейзы / Исабаев С.М., Мильке Э.Г., Кузгибекова Х.М., Касенов Б.К., Жумашев К., Интыкбаев А.М. (СССР) – №3321077/22-02; заявл. 24.07.81; опубл. 15.07.83, Бюл. № 26. – 4 с.

5. А. с. 1134616 СССР, С 22 В 3/00. Способ переработки медных шликеров / Исабаев С.М., Мильке Э.Г. и др. (СССР) – №3561004/22-02; заявл.04.03.83; опубл. 15.01. 85, Бюл. № 2. – 8 с.

6. А. с. 937333 СССР, М. Кл.3 C 01 G 28/00. Способ извлечения мышьяка из медно-мышьяковистого шлама / Исабаев С.М., Полукаров А.Н., Кузгибекова Х. и др. (СССР). – №2992498/23-26; заявл. 22.08.80; опуб. 23.06. 82, Бюл. № 23. – 6 с.

7. Досмухамедов Н.К. Утилизация промышленных отходов / Н.К. Досмухамедов, В.П. Меркулова // Горный журнал Казахстана. – 2010. – № 2. – С. 33–38.

8. Каминский Ю.Д. Вывод мышьяка из отвалов кобальтового производства / Ю.Д. Каминский, Н.И. Копылов // Цветные металлы Сибири–2009: Сборник докладов первого международного конгресса (Красноярск, 8–10 сентября 2009 г.). – Красноярск: ООО Версо, 2009. – С. 513–515.

9. Кара-Сал Б.К. Влияние технологических параметров при осаждении сульфида мышьяка из арсенатно-карбонатного раствора / Б.К. Кара-Сал, М.О. Молдурушку, К.К. Чульдум // Техника и технология. – 2012. – № 3. – С. 60–63.

10. Копылов Н.И. Комбинированный способ извлечения мышьяка из отвалов / Н.И. Копылов, Ю.Д. Каминский, А.П. Очур-оол // Химическая технология. – 2011. – Т. 12, № 8. – С. 498–500.

11. Молдурушку М.О. Исследование поведения и распределения мышьяка по продуктам переработки отходов / М.О. Молдурушку, Б.К. Кара-Сал, Ш.Н. Солдуп // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. – 2015. – № 3 (43). – С. 162–166.

12. Молдурушку М.О. Влияние технологических параметров при извлечении мышьяка в раствор / М.О. Молдурушку // Естественные и технические науки. – 2014. – № 4. – С. 154–157.

13. Молдурушку М.О. Выделение диоксида кремния и сульфида мышьяка из арсенатного раствора / М.О. Молдурушку, Б.К. Кара-Сал, Х.Б. Манзырыкчы // Региональная экономика: технологии, экономика, экология и инфраструктура: Материалы Международной научно-практической конференции (14–19 октября 2015). – Кызыл, 2015. – С. 266–268.

14. Переработка шламов комбината «Тувакобальт» с получением продуктов мышьяка / Р.О. Молдурушку, Ю.Д. Каминский, Н.И. Копылов и др. // Цветные металлы Сибири – 2010: Сборник докладов второго Международного конгресса (2-4 сентября 2010 г., Красноярск) / Отв. ред. чл.-корр. РАН Г.Л. Пашков, проф. П.В. Поляков. – Красноярск: ООО «Версо», 2010. – С. 243–246.

15. Садилова Л.Г. Переработка шпейзы свинцового производства / Л.Г. Садилова, Ф.М. Лоскутов // Известия вузов. Цветная металлургия. – 1958. – № 5. – С. 38–49.

В настоящее время при решении задач ресурсосбережения, экологической безопасности большую актуальность приобретает проблема переработки и утилизации отходов производства. Проблема утилизации и переработки промышленных отходов представляет собой одну из главных концептуальных проблем экологической безопасности Республики Казахстан [7]. Отходы производства рассматриваются не только как источник загрязнения окружающей среды, но и как техногенное сырье для извлечения ценных компонентов. После извлечения ценных металлов деметаллизированная часть может быть использована для производства стройматериалов. В пользу переработки твердых отходов можно привести и отсутствие специальных затрат на добычу и транспортировку. При переработке отходов, содержащих токсичные вещества, необходимо сначала удалить вредный компонент. Работы С.М. Исабаева с сотрудниками посвящены переводу мышьяка отходов в сульфид [1–6]. Авторами [15] разработана комплексная технология переработки медно-свинцовой шпейзы с предварительным удалением мышьяка путем содового спекания, водного выщелачивания спека и осаждения мышьяка в виде арсената кальция.

Для решения экологической проблемы отвалов комбината «Тувакобальт» проведены исследования по удалению мышьяка из отходов комбинированным способом [8–14]. Способ включает следующие стадии: спекающий обжиг отходов в присутствии соды, в результате чего происходит перевод малорастворимых соединений мышьяка отходов в водорастворимую форму арсената натрия; водное выщелачивание огарка, в результате которого мышьяк переходит в раствор; осаждение мышьяка из арсенатного раствора в форме малорастворимого сульфида. В результате такой переработки отходов происходит значительное снижение содержания мышьяка в продукте выщелачивания. В то же время в целях дальнейшего использования очищенных отходов необходимо исследование физико-механических свойств и фазового состава полученной продукции.

Цель исследования – изучение состава полученных продуктов обжига и выщелачивания при переработке отходов комбината «Тувакобальт».

Материалы и методы исследования

Объектами исследования служили образцы отходов из хвостохранилища № 5 комбината «Тувакобальт» и продукты их переработки (огарки, кеки). Эксперименты проводили по схеме: спекающий обжиг отходов с содой и водное выщелачивание продукта обжига. Перед обжигом сначала готовилась шихта. Компоненты, входящие в состав шихты: шламовые отходы, сода, уголь – измельчались до порошкообразного состояния в отдельности, взвешивались в соотношениях отход/сода 1:1 и отход/сода/уголь 1:1:0,1 и тщательно перемешивались. Обжиг шихты проводился в лабораторной муфельной печи при температуре 740 °С для соотношения отход/сода 1:1 и при температуре 700 °С для соотношения отход/сода/уголь 1:1:0,1, продолжительности 1,5 часа. Продукт обжига (огарок) далее подвергался водному выщелачиванию. Водное выщелачивание огарка проводилось на лабораторной установке, состоящей из термостата U-10 с дистиллированной водой, стеклянной круглодонной колбы, перемешивающего устройства ES-8300D. В стеклянную колбу с дистиллированной водой при достижении заданной температуры помещали навеску огарка при перемешивании. Пульпу фильтровали на стеклянной воронке. После фильтрации пульпы образуется твердый остаток (кек) и арсенатный раствор, из которого в дальнейшем мышьяк выделяется в виде сульфида. Продукт водного выщелачивания (кек) промывается дважды горячей водой, высушивается при температуре 100 °С в сушильном шкафу в течение 1 часа.

Определение химического состава образцов проб отхода, огарка, кека выполнено рентгенофлуоресцентным методом на энергодисперсионном спектрометре S2 Ranger (полуколичественный анализ, ошибка определения составляет 5–30 %). Микроструктура шламовых отходов и продуктов их переработки была изучена на электронном микроскопе ТМ-1000 Hitachi. Элементный состав образца отхода из хвостохранилища № 5 и кеков водного выщелачивания был определен на последовательном рентгеновском флуоресцентном спектрометре Lab Center XRF-1800. Исследование фазового состава образцов отхода, огарков, кеков проводилось на дифрактометре XRD-6000 на CuK_α-излучении. Анализ фазового состава проведен с использованием баз данных PCPDFWIN и PDF4+, а также программы полнопрофильного анализа POWDER CELL 2.4.

Результаты исследования и их обсуждение

Для исследования химического состава использовались следующие пробы огарка и кека. Огарок был получен при следующих условиях обжига: 700 °С, соотношение отход/сода/уголь 1:1:0,1, продолжительность 1,5 часа. При последующем водном выщелачивании огарка при 80 °С, соотношении твердой и жидкой фаз Т:Ж = 1:10 в течение часа с перемешиванием был получен твердый остаток выщелачивания (кек). Результаты исследований проб представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что наблюдается значительное снижение содержания оксида мышьяка в кеке водного выщелачивания по сравнению с образцом исходного отхода. Пробы имеют преимущественно карбонатно-силикатный состав. В значительном количестве присутствует оксид железа, в особенности в кеке. В огарке резко возрастает содержание оксида натрия, что связано с применением реагента соды в процессе обжига и образованием арсената натрия. В кеке содержание оксида натрия уменьшается, что связано с растворением арсената натрия в воде и переходом его в раствор. Содержание оксидов цинка, титана в кеке увеличивается по сравнению с исходным отходом.

На рис. 1–3 показана микроструктура поверхности частиц исходного отхода, продукта обжига и кека. Из рисунков видно, что пробы отличаются по структуре.

Таблица 1

Химический состав проб отхода, огарка, кека, мас. %

Рис. 1. Микроструктура исходного отхода

Рис. 2. Микроструктура продукта обжига

Рис. 3. Микроструктура кека

Из рис. 1 видно, что основная часть отхода представляет собой окомкованную массу агрегатов, состоящую из тонких частиц с вторичными кристаллическими образованиями, по форме удлиненными кристаллами. На рис. 2 показано, что в результате спекания отходов с содой происходит укрупнение частиц и образование сплошной спекшейся массы. Поверхность частиц материала гладкая, с небольшим, но заметным количеством кристаллических образований. Основная часть спека представляет собой сплошную массу окатанных конгломератов размером 20–50 микрон, состоящую из слипшихся достаточно тонких частиц, размером 1–5 микрон. В результате водного выщелачивания и диспергирования образуются мелкие отдельные частицы шарообразной формы (рис. 3).

Рентгенофазовый анализ показал, что фазовый состав образца отходов из хвостохранилища № 5 представлен кальцитом CaCO₃ (26 мас. %), кварцем SiO2 (20 мас. %), силикатами Mg0,54Fe0,46SiO₃ (26 мас. %), Al2SiO5 (14 мас. %), Ca₃Fe2О12Si₃ (9 мас. %), Ca0,7Fe1,3Si2O6 (5 мас. %), а также в небольшом количестве присутствуют алюминогидроксиды.

Фазовый состав продукта обжига (огарок 1), полученного при 700 °С, соотношении отход/сода/уголь 1:1:0,1, продолжительности обжига 1,5 часа, представлен кварцем SiO2 (7 мас. %), силикатами Mg0,54Fe0,46SiO3 (60 мас. %), Ca3Fe2О12Si3 (12 мас. %), Ca0,7Fe1,3Si2O6 (21 мас. %). По сравнению с исходным отходом в огарке отсутствует кальцит, что связано с его разложением в процессе обжига. Содержание кварца уменьшается до 7 мас. %. Отмечено значительное увеличение содержания силикатов.

Проба продукта обжига (огарок 2), полученного при температуре обжига 740 °С, соотношении отход/сода 1:1, продолжительности обжига 1,5 часа, имела фазовый состав, мас. %: кварц SiO2 – 9; Ca3Fe2О12Si3 – 30; Mg0,54Fe0,46SiO3 – 24; Ca0,7Fe1,3Si2O6 – 37. В этой пробе также отсутствует кальцит.

Проба кека 1, полученная в результате водного выщелачивания огарка 1 при 80 °С, соотношении Т:Ж = 1:20 в течение 1 часа, изучалась по составу. Рентгенофазовый анализ показал, что проба кека имеет следующий фазовый состав, мас. %: кальцит CaCO3 – 26, кварц SiO2 – 23, силикаты Mg0,54Fe0,46SiO3 – 18, Ca3Fe2О12Si3 – 22, Ca0,7Fe1,3Si2O6 – 11.

Проба кека 2, полученного в результате водного выщелачивания огарка 2 при 80 °С, соотношении Т:Ж = 1:20 в течение часа, имела следующий фазовый состав, мас. %: кальцит CaCO3 – 31; кварц SiO2 – 11; силикаты Ca3Fe2О12Si3 – 21; Al2SiO5 – 12; Mg0,54Fe0,46SiO3 – 11; Ca0,7Fe1,3Si2O6 – 14. Пробы кеков отличаются по количеству фаз.

Элементный состав образца отхода и кеков, полученных в результате водного выщелачивания при 80 °С, соотношении Т:Ж = 1:20 в течение часа, представлен в табл. 2.

Таблица 2

Элементный состав образца отхода, кеков, мас. %

Из табл. 2 видно, что в полученных продуктах водного выщелачивания наблюдается снижение концентрации мышьяка в 6–7 раз по сравнению с образцом исходного отхода. Концентрация натрия в кеках резко увеличивается по сравнению с образцом исходного отхода, что объясняется наличием соединений натрия, добавленных в процессе обжига. Содержание кобальта, никеля, меди, цинка, титана в кеках увеличивается по сравнению с исходным отходом. Также в кеках увеличивается содержание кальция, железа, магния.

Заключение

Таким образом, в результате переработки мышьяксодержащих отходов достигнуто снижение концентрации мышьяка в полученных продуктах выщелачивания в 6–7 раз по сравнению с исходным материалом. В полученном продукте переработки имеются кальцит, кварц и силикаты. В составе продукта выщелачивания отмечено увеличение содержания кобальта, никеля, меди, цинка по сравнению с исходным отходом, что позволяет использовать его в качестве вторичного сырья для извлечения ценных металлов. Химико-минералогический состав продукта позволяет использовать его как алюмосиликатное сырье для производства строительных материалов различных видов.

Библиографическая ссылка