Очистка сточных вод от ионов цветных металлов с применением разработанных угольных адсорбентов -
| 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: [email protected]
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+<Na+<Mg2+<Ca2+-<Zn2+,Fe2+<Al3+<Cr3+<Cu2+<Fe3+. 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 мгэкв/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 мгэкв/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+<Na+<Mg2+<Ca2+<Zn2+,Fe2+< Al3+< Cr3+<Cu2+<Fe3+
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-
Таблица 2
Сорбция ионов меди из раствора смеси катионов окисленным углем*)
| Наименование катионов в растворе | Содержание катионов в растворе г/л | Содержание меди в фильтрате г/л | Сорбция меди, г/кг (в расчете на горячую массу угля) |
| Cu2+ | 5,3 | 0,0 | 112,0 |
| Cu2+ +NH4+ | 5,3 - 5,3 | 0,63 | 93,0 |
| Cu2+ +Na+ | 5,3 – 5,3 | 0,8 | 90,0 |
| Cu2+ +Mg2+ | 5,3 – 5,3 | 0,90 | 88,0 |
| Cu2+ +Ca2+ | 5,3 – 5,3 | 0,92 | 87,0 |
| Cu2++Zn 2+ | 5,3 – 5,3 | 0,96 | 86,0 |
| Ca2++Fe2+ | 5,3 – 5,3 | 0,96 | 86,0 |
| Cu2++Al 3+ | 5,3 – 5,3 | 2,1 | 64,0 |
| Cu2++Cr 3+ | 5,3 – 5,3 | 2,3 | 60,0 |
| Cu2++Fe 3+ | 5,3 – 5,3 | 4,9 | 8,40 |
| Cu2++NH4++Na++Mg2++Ca2++ +Zn 2++Al 3+++Cr 3++Fe 3+ | 31,8 | 4,7 | 12,0 |
| Cu2++NH4++Na++Mg2++Ca2++ +Fe2++Zn 2++Al 3++Cr 3+ | 26,5 | 2,5 | 56,0 |
*) Содержание каждого катиона в 1 л раствора по 5,3 г.
ции катионов ангренским углем от рН среды были проведение эксперименты на модельном растворе CuSO4, содержащий 5,3 г/л «Cu» при различных значениях рН раствора. Раствор подкисляли серной кислотой. Сорбцию меди из сернокис-лого раствора проводили окисленным ангренским углем. В 100 мл раствора CuSO4 вносили 10 г окисленного ангренского угля, смесь встряхивалась в тече-ние 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).
Таблица 3
Зависимость сорбции меди окисленным ангренским углем от рН среды
| № | Наименование адсорбента | Исходный раствор | Содержание «Cu» в фильтрате, г/л | Сорбция «Cu» углем, г/л | |
| рН среды | Содержание «Cu», г/л | ||||
| 1 | Окисленный ангренский уголь | 1,035 | 5,3 | 4,5 | 0,8 |
| 2 | Окисленный ангренский уголь | 1,97 | 5,3 | 2,0 | 3,3 |
| 3 | Окисленный ангренский уголь | 2,81 | 5,3 | 1,5 | 3,8 |
Следовательно, сорбцию катионов угольным адсорбентом следует прово-дить ближе к нейтральной. Однако, процесс сорбции катионов адсорбентом соп-ровождается выделением кислоты, которая будет снижать рН раствора, что при-ведет к обратному процессу – десорбции сорбированного катиона адсорбентом (см. реакцию): 2R – COOH + CuSO4 Cu (RCOO)2 + H2SO4
В результате процесса десорбции сорбционная емкость угля не реализуется в полном объеме. Это послужило основанием для разработки композиционного угольного адсорбента на основе бурых ангренских углей, позволяющий повы-сить их сорбционную емкость на 70-80%. При использовании разработанного нами композиционного угольного адсорбента при сорбции «Си» и др. катионов рН раствора не снижается, т.к. выделяющаяся кислота нейтрализуется.
Исследование влияния динамических и статических условий на сорбцию катионов ангренским углем. Установлено, при прочих равных условиях, в дина-мических условиях сорбция катионов происходит на 30 % ниже, чем в статичес-ких. Это объясняется тем, что на поверхности угля расположены не равнознач-ные карбоксильные группы. Последнее было установлено потенциометрическим титрованием. Если в статических условиях все карбоксильные группы принима-ют участие в сорбционном процессе, то в динамических условиях в сорбционном процессе участвуют в первую очередь наиболее активные, находящиеся на поверхности карбоксильные группы. Таких групп, по-видимому, около 70 %.
Исследование химической природы поверхности угольных адсорбентов и адсорбционных взаимодействий. Для исследования химической природы поверхности адсорбентов из ангренских углей и адсорбционных взаимодейст-вий были использованы ИК – спектроскопия, потенциометрическое титрование, термография и др. В качестве исходного сырё для исследования получили рядовой и окисленный (выветренный) в пласте ангренские угля. Окисленный ангреский уголь содержит около 40,0% минеральных солей и 47,0% гуминовых кислот. Чтобы исключить влияние – минеральных примесей на результаты анализа, из угля были выделены в чистом виде гуминовые кислоты, которые в дальнейшем были подвергнуты физико-химическим исследованиям.
Определение констант диссоциации гуминовых кислот. Одним из наиболее точных методов определения содержания кислых групп является метод потенциометрического титрования. В работе использовали метод обратного тит-рования, так как этим методом получают боле точные результаты. На рис.1 при- 
Рис. 1. Дифференциальные кривые потенциометрического титрования гуминовых кислот ангренского угля
ведены дифференциальные кривые потенциометрического титрования в коорди- натах: х – рН; у - рН /, на которых четко прослеживается несколько пиков, указывающих на присутствии в гуминовых кислотах кислых групп различной силы. Как видно на рис.1, дифференциальные кривы потенциометрического титрования гуминовых кислот имеют шесть явно выраженных пика, из которых четыре находятся в области рН от 10 до 8, и два в слабокислой (рН 8). Исходя из этих данных нами были получены константы диссоциации фенольных (К1,К2,К3,К4) и карбоксильных групп (К5,К6):.К1=3,16*10-10; К2=1,26*10-9; К2=3,16*10-9; К4=7,94*10-8; К5=2,51*10-7; К6=2,5*10-5.
Таким образом, гуминовые кислоты содержат не равнозначные по активности кислородсодержащие группы с широким диапазоном изменений кислотных свойств.
Исследование природы поверхности угольных адсорбентов ИК-спектрос-копическим методом анализа. ИК – спектры угольных препаратов сняты в об-ласти 3700-400 см–1 в присутствии КВr (прибор UR-20). На рис.2 представлены ИК-спектры исходной пробы рядового угля и термообработанного от 100°С. до 800°С, а также гуминовых кислот и гуматов, выделенных из окисленного ангрен-ского угля. Видно, что в исходных пробах ангренского угля и гуминовых кислот широкая полоса поглощения 1300-1000см–1обусловлена наличием большого количества кислородсодержащих групп. В этой области выделяется небольшой пик 1240см–1, соответствующий поглощению хинонов или простых эфиров. Полоса связи С-ООС максимумам 1400см–1 присутствует в рядовом угле и в гуминовых кислотах. Широкие полосы в области 1280-1180 см–1 валентные коле-бания С-ОН групп интенсивно выражены как в гуминовых кислотах, так и в исходном угле. Отчетливо выражен пик 3380см–1 за счет фенольных гидрокси-лов, связанных водородной связью. Сопоставления спектров проб углей исход-ных и термообработанных при 200-800°С дает возможность проследить за ходом распада и отщепления функциональных кислородсодержащих групп. Общее ис-чезновение полос ИК-спектров функциональных групп углей отмечается при температуре 700-800оС. При замещении ионов водорода карбоксильных групп-пах металлами характеристическая полоса колебаний карбонила карбоксильных групп 1700 см–1 исчезает или ослабляется, но в спектрах появляются полосы, соответствующие симметричным (1400-1300 см–1) и антисимметричным (1610-1550 см–1) колебаниям карбоксил иона. По наличию или отсутствию такого эффекта, а также по расщеплению (или отсутствию такового) антисимметричных колебаний судят о характере связи металла с карбоксильной группой. На рис.3 приведены участки спектров гуминовых кислот окисленных ангренских углей и его Na, Са, и Cu замещенных форм в области 1800-1300, 1100-900 и 800-500 см–1. В ИК-спектрах гуминовых кислот окисленного ангренского угля, ионы водорода карбоксильных и других протогенных групп которого замещены катионами металлов, тоже наблюдается изменение положения и интенсивности полос, одна-ко оно не столь четко выражено, как в карбоксильных смолах. По ИК-спектрам окисленных ангренских углей и их катионзамещенных форм можно, хотя и качественно, но с достаточными основаниями, судить о том, что отдельные ионы координационное связываются с функциональными группами окисленного угля, и эти связи существенно зависят от природы замещающего металла.
Исследование природы поверхности угольных адсорбентов методом тер-мографии. Были проведены термографическое исследование гуминовых кислот,
гуматов натрия, кальция и алюминия, полученных из окисленного ангренского угля. Полученные термограммы представлены на рис.3, из которых видно, что
вначале нагревание приводит к эндотермическому эффекту около 140оС. Это эффект относится к удалению связанной функциональными группами водород-
ной связью воды. Разложение поверхностных функциональных групп при дальнейшем повышении температуры происходит непрерывно с экзотермичес-кими эффектом. По-видимому, это связано с тем что на поверхности гуминовых
веществ имеется много типов функциональных групп, близких по термической стабильности. Следует отметить, что начало и конец интенсивного термического разложения для гуминовых кислот лежит в пределах температур 200 - 400оС, а для гуматов натрия, кальция и алюминия этот интервал сдвинут в строну высоких температур и составляет 320 - 540оС. Это говорит о том, что в гуматах катионы Na, Ca, и Al химически связаны с кислородсодержащими группами гуминовых кислот, что обусловливает их термостойкость
Рис.3. Термограммы гуминовых кислот (а) и гуматов: б – натрия;
в – кальция; г – алюминия.
Механизм сорбции катионов из водных растворов адсорбентами, полу-ченных из ангренских углей. Исследование механизм ионного обмена одно, двух, трехвалентных катионов на гуминовых кислотах ангренского угля методом микроэлектро-фореза показали,
Ниже приведена схема взаимодействия одновалентного Na+ и двухва-лентного Са2+ с кислородсодержащими группами угля. Если одновалентные катионы (Na+, К+ и др.) при сорбции реализуют полностью свои валентности, то поливалентные катионы при сорбции на окисленном угле не всегда могут реализовать все свои валентности из-за стерического фактора. Согласно электрофоретическим опытам, при сорбции гуминовыми кислотами поливалентных катионов, ионы Са2+ недосыщают 50-70%, а ионы Fe3+ 30-70% своих валентностей, что может вызвать перезарядку поверхности адсорбента. Будучи сорбированным углем, такие катионы притягивают из раствора экви-валентное количество анионов противоположенного знака, что создает впечатле-ние сорбции целых молекул.
Регенерации угольных адсорбентов. Очень многие сорбированные катионы могут быть легко и полностью элюированы с поверхности окисленного угля рас-творами минеральных кислот. Это обусловлено тем, что окисленный уголь слабокислотный катионит имеет высокое сродство к ионам водорода, однако рас-творы солей, даже концентрированные, не всегда могут удалить с поверхности поглощенные ионы. При этом наблюдается явственная зависимость способности к вытеснению от относительного положения катионов в «ряду адсорбируемости» Данные табл.4 служат подтверждением этого вывода. Следствием широкой полифункциональности окисленного угля является то, что ионы одного и того же сорта имеют различную прочность связи с отдельными протогенными группами окисленного угля.
Таблица 4
Десорбция (%) поглощенных окисленным углем ионов растворами различных электролитов
| Сорбированные ионы | Элюент | Десорбция после пропускания раствора % |
| NH4+ | 0,01 н CaCl2 | 100 |
| Ca2+ | 0,01 н NH4Cl | 27 |
| Ca2+ | 0,01 н NaCl | 38 |
| Ca2+ | 0,01 н BaCl2 | 97 |
| Ca2+ | 0,01 н AlCl3 | 99 |
| Cu2+ | 0,01 н HCl | 100 |
| Cu2+ | 0,01 н NaCl | 2 |
| Cu2+ | 0,01 н CaCl2 | 5 |
| Cu2+ | 0,01 н FeCl3 | 95 |
Действительно, некоторая часть, в общей прочно удерживаемых окисленным углем ионов меди может быть быстро удалена даже промывкой растворами NaCl, по всей видимости, это та часть, которая связана с наиболее
сильнокислотными центрами. Однако дальнейшая промывка окисленного угля этим раствором не затрагивает оставшихся, связанных значительно прочнее ионов. Растворы солей кальция могут вытеснить с поверхности угля уже боль-шее количество ионов меди с тех центров на которых прочность связи ионов Са2+ и Сu2+ соизмерима, но не реагирует с теми группировками, где прочность связи ионов меди с окисленным углем намного выше, чем у ионов кальция и.т.д.
Таким образом, для регенерации адсорбента после сорбции на нем «Cu» можно использовать, кроме НСl, хлорное железо, которое на 95% регенерирует угольный адсорбент.
Очистка сточных вод рудника «Каульды» АГМК. Проведены серии опытов по очистки сточных вод рудника. «Каульды» АГМК ангренским углем марки БСШ и композиционным угольным адсорбентом. Исходный ангренский уголь и полученный на его основе, композиционный адсорбент, позволили снизить в сточных водах рудника «Каульды» содержание катионов Ca2+ снизилось с 444,89 до 124,25 мг/л, катионов Na+ с 140,0 до 63 мг/л, а анионов (хлоридов) с 153 до 30,10 мг/л, анионов (сульфатов) с 1362,06 до 364,59 мг/л. Общая жесткость воды упала с 13,9 до 8,1 мг.экв/л.
Извлечение меди из водного раствора сернокислой меди ангренскими углями. В лабораторных условиях были проведены исследования сорбционной емкости ангренских углей марки БСШ, рядового гидроотвала и окисленного в пласте (выветрившиеся) к ионам «Сu». Сорбцию проводили из раствора серно-кислой меди, содержащего в растворе меди 0,18 % или 1,8г/л. Полученные результаты показали (табл.5), что сорбционная емкость углей зависит от рН сре-ды и окисленности угля. Так, если рядовые сорбируют медь, соответственно, 20,8-21,5, то окисленные 77-90 мг/л. Это превышает емкость ангренского суль-фоугля и сульфоугля, выпускаемого Воскресенским химическим заводом (60-75 мг/л). И так, окисленные (выветрившиеся) ангренский угли вполне пригодны как адсорбенты для очистки сточных вод и извлечения меди с угольных адсорбентов. По нашим предварительным данным с угольного адсорбента медь на 90–95% десорбируется 3% раствором H2SO4, и раствором еСl3.
Таким образом, проведенные исследования показали возможность использование углей ангренского месторождения для очистки сточных вод от неорганических солей и извлечения ионов меди из них.
Способ получение композиционных угольных адсорбентов для очистки сточных вод. Разработан способ получения композиционных угольных адсор-бентов с добавкой в ангренский уголь углекислой соли кальция (СаСО3 – мел, известняк). При введении в рядовой уголь 5 % СаСО3 его сорбционная емкость к ионам меди возрастает с 30 до 56 г/кг, а в случае окисленного угля максимум сорбционной емкости достигается при введении 7% СаСО3 (от 90 до 157 г/кг).
Влияние различных факторов на осветление сточных вод, после обра-ботки угольными адсорбентами. На модельных водных суспензиях угольных адсорбентов изучалось влияние на их осветление концентрации дисперсной фазы, ее удельный вес, рН среды, методы осветления (отстаиванием и центрифугированием). Результаты исследований показали, что углеродистые материалы в нейтральной и щелочной средах пептезируют в дисперсионную среду, что исключает возможность их осаждение отставанием, а центрефи-фугирование позволяет осветлить водные суспензии в при рН – 7-9.
Таблица 5.
Влияние физико-хмических свойств угля на его сорбционную емкость к меди.
| № | Наименование пробы угля. | рН, среды. | Содержание меди в исходном растворе, мг/л. | Содержание меди после сорбции в фильтрате, мг/л. | Сорбция меди углем, мг/г. |
| 1 | Уголь гидроотвала | 6 | 216 | 0,2 | 21,5 |
| 2 | Уголь гидроотвала, обраб. H2SO4 | 3-4 | 216 | 3,2 | 20,3 |
| 3 | Уголь БСШ | 6 | 216 | 1,3 | 21,5 |
| 4 | Уголь БСШ, обработ. H2SO4 | 3-4 | 216 | 17,6 | 19,6 |
| 5 | Уголь рядовой | 6 | 216 | 8,2 | 20,8 |
| 6 | Уголь рядовой, обработ. H2SO4 | 2 | 216 | 17,0 | 20,0 |
| 7 | Уголь окисленный. Проб. 1 | 6 | 954 | 50 | 90,4 |
| 8 | Уголь окисленный, обработ. H2SO4 | 3-4 | 954 | 228 | 72,6 |
| 9 | Уголь окисленный. Проб. 2 | 6 | 954 | 184 | 77,0 |
| 10 | Уголь гидроотвал оброб. NH3+2000C | 6 | 216 | 1,3 | 21,5 |
| 11 | Ангренкий сульфоуголь | - | - | - | 60-75 |
| 12 | Сульфоуголь Воскренского завода | - | - | - | 60-75 |
Опытно-промышленное испытание адсорбентов, полученных на основе ангренских углей, для очистки сточных вод рудника «Каульды» и МОФ АГМК. 1) Опытно-промышленные испытания очистки сточной воды рудника «Каульды» были проведены в 2009 г. Для испытания было взято по 100 л сточной воды и угольного адсорбента по 10 кг для каждого опыта. Опыты проводились на опытной установке на руднике «Каульды», по следующей технологической схеме (рис.5). В емкость с мешалкой (2) подавалась сточная вода, подлежащая очистке, и угольный адсорбент. Суспензия угля и сточной воды перемешивалась в течение 60 минут и дальше поступала в отстойник (3), где отстаивалось в течение 3 часов. Отстоявшаяся очищенная вода сливалась водоканал, а шлам шнеком (4) подавали в емкость (5) с мешалкой, для регенерации адсорбента, где обрабатывался 3 % раствором H2SO4. После регенерации смесь подавалась на центрифугу, где регенерированный адсорбент отделяли от подкисленного раствора промывался водой и вновь возвращался для очистки сточной воды. Химические анализы выполнены ЦЭАЛ АГМК. Данные табл.6 свидетельствует о том, что адсорбенты, полученные на основе ангренского угля позволили снизить в сточных водах рудника «Каульды» АГМК содержание катионов и анионов, а также жесткость воды до нормы ПДК. Содержание ионов Са2+ снижается с 192 до 55 мг/л, Na+ с 120 до 30 мг/л, а анионов (хлоридов) 110 до 25 мг/л, и анионов (сульфатов) с 650 до 135 мг/л. При этом общая жесткость воды падает с 15,2 до 7, 0 мгэкв/л.
Рис.5. Принципиальная технологическая схема очистки сточных вод
рудника «Каульды» АГМК
Таблица 6
Результаты химических анализов сбросных вод рудника «Каульды» АГМК до и после очистки их адсорбентами из ангренского угля
| Наименование ингредиентов | Содержание ингредиентов до очистки, мг/л | Содержание ингредиентов после очистки, мг/л Опыт №1 Опыт №2 | |
| Калий | 11,0 | 3,0 | 3,0 |
| Натрий | 120,0 | 50,0 | 30,0 |
| Кальций | 192,0 | 60,0 | 55,0 |
| Магний | 55,0 | 20,0 | 15,0 |
| Хлориды | 110,0 | 30,0 | 25,0 |
| Сульфаты | 650,0 | 150,0 | 135,0 |
| Гидрокарбонаты | 175,0 | 25,0 | 22,0 |
| Жесткость воды | 15,2 мгэкв/л | 7,0 мгэкв/л | 8,0 мгэкв/л |
Эти данные свидетельствуют о том, что адсорбенты из ангренского угля являются универсальными и могут сорбировать как катионы, так и анионы. Адсорбенты проявляют ионообменные свойства полифункциональных слабо-кислотных ионитов. На основании проведенных опытно-промышленных испыт-аний адсорбенты, полученные на основе ангренских углей, рекомендуются для очистки сточных вод рудника «Каульды» АГМК (прилагается акт испытаний).
2) В период 2009-2010 г.г на Медно-обогатительной фабрике АГМК прово-дились производственные испытания новых угольных адсорбентов, полученных на основе ангренского угля. Проведены серии опытов по извлечению меди из производственных стоков МОФ АГМК. Для проведения опытно-производст-венных испытаний была отобрана средняя проба производственных стоков из сгустителей №№ 5 и 6 в количестве по 10 л. Предварительный анализ исходной пробы промстока показал о наличии меди в них в среднем 14 мг/л. Исследуемые пробы промстока смешивались с угольными адсорбентами, обладающие сорб-ционной ёмкостью по меди 90г/кг (в расчете на горючую массу угольного адсор-бента). После сорбции и отделения осадка в фильтрате содержание меди оказа-лось менее 0,01 мг/л, что соответствует требованиям ПДК. Экономической рас-чет, представленный в табл.7, показал что, при использовании предложенного лабораторией коллоидной химии ИОНХ АН РУз угольного адсорбента, ожида-емая прибыль составит 277402,9 долларов США в год или 443,8 млн.сум в год.
Таким образом, разработанные ИОНХ АН РУз новые угольные адсорбенты могут быть рекомендованы для очистки и утилизации меди из промстоков Медно-обогатительной фабрики АГМК с ожидаемым экономическим эффектом 443,8 млн.сум в год (акт испытаний от 12 сентября 2010 г).
Таблица 7
Расчет ожидаемой экономической эффективности от извлечения меди из стоков Медно-обогатительной фабрики АГМК с использованием нового угольного адсорбента.
| № | Наименование | Ед.изм. | Показатель | |
| 1 | Расход адсорбента на 350 м3 сточной воды в час | кг | 55 | |
| Годовая потребность адсорбента по фабрике | т | 470 | П2 | |
| 2 | Цена адсорбента за тонну | USD | 0,313 $ | Ц2 |
| млн.сум | 0,5 | |||
| 3 | Расходы на закупку адсорбента в год | млн сум | 0,5х470=235 | |
| 4 | Извлечение меди за час | кг/350 м3 | 5 | |
| Годовое извлечение меди | т | 42,7 | П1 | |
| 5 | Цена за тонну извлеченной меди | USD | 6500 $ | Ц1 |
| млн.сум | 10,4 | |||
| 6 | Стоимость годовой экономии от извлеченной меди | млн сум | 10,4х42,7=444,08 | |
| USD | 6500х42,7=277550 | |||
| Расчет ожидаемой экономической эффективности | ||||
| Ожидаемая экономия от извлечения меди из стоков МОФ ОАО «Алмалыкский ГМК»: Э.Э.= П1Ц1 – П2Ц2 = 42,7х6500 – 470х0,313 = 277550 – 147,11 = 277402,89$ или 443,8 млн.сум | ||||
Определение возможности очистки сточных вод Ангренской ЗИФ АГМК с извлечением золота. Опыты проводились в стационарных условиях следующим образом. Навески проб углей брали по 20 г, заливали их золотосо-держащим сливом, взятом в количестве 200 мл. Смесь взбалтываясь в течении одного часа и далее осадок отделяли центрифугированием на лабораторной центрифуге марки ОПН-3, работающей в режиме 3000 об/мин. Нами было уста-новлено, что осветление водоугольных суспензий центрифугированием поз-воляет не только ускорить процесс осветления в 10-15 раз по сравнению с способом отстаивания, но и дает возможность осветлять их в нейтральной и щелочной средах. Золото может присутствовать в различных формах и разных фазах, и для выяснения этого был проведен ряд анализов:
1. Определение суммарного содержания золото в ионной и коллоидной формах в фильтрате. Для определения отбирается 250 мл фильтрата, который обрабатывается 40 мл царской водкой в течение 1,5 часа при температуре 80-90оС. Затем производится экстракция хлорной формы AuCl3 3%-ным раствором нефтяного сульфида в толуоле. На 250 мл фильтрата используется 5 мл раствора нефтяного сульфида, т.е. соотношение фаз 1:50. Таким образом, концентрируется золото в 50 раз. Определение концентрации золота производится атомно-абсорбционным методом на резонансной волне 242,8 НМ.
2. Определении суммарного количества золота, а именно ионной коллоид-ной форм и золота захваченного флокулянтом. Для проведения этой работы отбирается 500 мл взмученного раствора, в который добавляется такое коли-чество Na2SO3 чтобы его концентрация составила 0,25 н. В связи с тем, что рН при этом бывает не мене 10. Ионная форма золота остается в растворе не восста-навливаясь до металла, коллоидная форма остается без изменений, а захваченная флокулянтом, находящаяся в пульпе переходит в раствор в виде Na3[Au(SO3)2]. После 30 минутного перемешивания раствор фильтруют, добавляют в него цар-скую водку порциями. Первую порцию до полной нейтрализации Na2SO3 с выде-лением SO2, затем добавляют избыток царской водки 70-80 мл и раствор кипятят 1,5 часа, за это время он упаривается до 500 мл. После охлаждения раствор доводят до 500 мл водой, перемешивают и отбирают от него 250 мл, экстрагируют золото и определяют как в случае 1.
3. Определение золото в осадке. Осадок после фильтрации сгущается при температуре 110оС. Отбирается навеска от 5 до 50 г в зависимости от предпо-лагаемого содержания золота. Проба помещается в муфельную печь и темпера-тура медленно, в течение 1,5-2,0 часов поднимается до 600-650оС и выдержива-ется около 2-х часов. После охлаждения проба переносится в коническую колбу объемом 500 мл, увлажняется 40-50 мл водой, затем в пробу малыми порциями заливают около 50 мл царской водки и оставляют на холоду 1 час. После этого медленно нагревают пробу до 80-90оС и выдерживают 1 час. После охлаждения добавляют еще около 150 мл воды и фильтруют. Осадок промывают 150 мл под-кисленной воды и промывную воду объединяют с основным раствором. Полу-ченный раствор доводят до 500 мл. Для исключения влияния на результат Fe, присутствующего в пробе, золото экстрагируют как в случае 1 и определяют золото атомно-абсорбционным методом.
Результаты по извлечению золота из слива Ангренской ЗИФ АГМК углеро-дистыми адсорбентами представлены в табл.8. Из табл.8 видно, что в фильтрате
Таблица 8
Содержание золота в осадке и в фильтрате после обработки золотосо-держащего слива Ангренской ЗИФ АГМК угольными адсорбентами
| № | Наименование проб | Влажность, Wл, % | Зольность, Ал, % | Содержание золото, г/т | |
| В фильтрате | В осадке | ||||
| 1 | Исходный золотосо-держащий слив | Содержит золото – 0,175 г/т | |||
| 2 | Уголь ангренский участка «Апартак» | 22,0 | 9,0 | отсутствует | 0,178 |
| 3 | Уголь ангренский марки «БСШ» | 11,0 | 20,0 | отсутствует | 0,182 |
| 4 | Уголь ангренский рядовой | 15,0 | 8,0 | отсутствует | 0,130 |
| 5 | Уголь активирован-ный марки БАУ | 2,0 | 2,5 | отсутствует | 0,125 |
после обработки золотосодержащего слива Ангренской ЗИФ АГМК угольными
адсорбентами, во всех четырех пробах золото отсутствует. Анализ осадков пока-
зал, что содержание золота в них колеблется от 0,125 до 0,182 г/т, т.е. в тех же пределах, как и в исходной пробе золотосодержащего слива – 0,175 г/т.
Таким образом, установлена возможность использования ангренских углей в качестве адсорбентов для очистки золотосодержащего слива и извлечения золота.
З А К Л Ю Ч Е Н И Е
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 месторож-дения 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 щелочно-земельных 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 катион-ного обмена.
6. Впервые потенциометрическим титрованием гуминовых кислот ангрен-ского 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 характери-зует 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 из-за стерического фактора, что приводит к сорбции из раствора эквивалентного количества анионов.
7. Физическими методами ИКС, ДТА и др. исследована природа поверхнос-ти 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 снижает-ся 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 извлече-нием из них ионов меди на МОФ АГМК» составил 443,8 млн. сум в год.
Список опубликованных трудов
- 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.
- 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.
- 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.
- Очилов Г.М. Осветление сточных вод угольными адсорбентами // Узбекский химический журнал. Ташкент. 2010. №.3 – С.102-105.
- Очилов Г.М., Зокирова Д.Ж., Гумаров Р.Х., Агзамходжаев А.А. Факторы, влияющие на осветление сточных вод, обработанных угольными адсорбентами // Вестник Каз. Гос университета. Серия химическая. Материалы научной конф. «Коллоиды и поверхности» Алматы № 3 (59) 2010. – С. 376-378
- 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
- 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
- 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.
- 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 кимё фанининг долзарб муоммолари» 3-Рес. илмий-амалий конф. илмий маолалар тўплами. Термиз. 2010. С. 161-162.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 ХХI веке», Ташкент. 2011. С 80-82.
- 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 Каракалпакистан», Каракалпакский ГУ, Нукус. 2011. С 114-115.
- 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 Каракалпакистан», Каракалпакский ГУ, Нукус. 2011. С 116-117.
- 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.
- 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
- 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.
Р Е З Ю М Е
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 промыш-леностей, 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, бла-городных и др. металлов. Впервые показано, что сорбция ионов меди на этих адсорбентах в присутствии других катионов снижается в зависимости от их при-роды и валентности. Катионы по своему влиянию на сорбцию ионов меди сос-тавляют 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 кати-онов на процесс сорбции растворенных неорганических примесей сточных вод имеют важное значение при совершенствовании способа получения нап-равленно-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.
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.
кимё фанлари номзоди илмий даражасига талабгор Очилов олибжон Мамаюнусовичнинг 02.00.11- «Коллоид ва мембрана кимёси» ихтисослиги буйича «Ишлаб чиилган кўмир адсорбентлари ёрдамида оава сувларни рангли металл ионларидан тозалаш» мавзусидаги диссертациясининг
Р Е З Ю М Е С И
Таянч сўзлар: кўмир, кўмир адсорбентлари, оава сув, адсорбция, юза, оваклик, тузлар, сув аттилиги, металл ионлари, катионлар, анионлар, металлургия саноати.
Тадиот обьектлари: Махаллий ангрен кўмирлари ва уларнинг фаолланган осилалари, таркибида ПДК нормасидан юори бўлган ноорганик туз ионлари, хлорат, сульфат аралашмалари бўлган металлургия саноати оава сувлари.
Ишнинг масади: Махаллий ангрен кўмирлари асосида янги юори-самарали кўмир адсорбентларини олиш, уларни коллоид-кимёвий хусусиятларини ўрганиш, cаноат оава сувларни тозалаш амда рангли ва нодир металл ионларини ажиратиб олиш ва амалиётда ўлланиш соаларини анилаш.
Тадиот методлари: Ишни бажарилишида адсорбцион, аналитик, И-спектроскопик, рентгенография ва боша усулларни амраб олган комплекс физик- ва коллоидн-кимёвий усуллари ўлланилган.
Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги: Саноат оова сувларини тозалаш ва улардан рангли, нодир ва боша металл ионларини ажратиб олиш учун ангрен ўнир кўмири асосида янги самарали кўмир адсорбентлари олиш имконятлари илмий асосланди. Биринчи маротаба ушбу адсорбентларда мис ионининг ютилиш мидори боша катионлар иштирокида камайиб бориши уларнинг табиати ва валентлигига болилиги кўрсатилган. Мис ионининг ютилиши катионлар таъсирига кўра уйидаги ошиб бориш атори яратилди: NH4+<Na+<Mg2+<Ca2+<Zn2+,Fe2+<Al3+<Cr3+<Cu2+<Fe3+. Олинган адсорбентларда
ион алмашиниш онуняти аниланиб, бунда катионларни адсорбентда уларнинг нисбий жойлашув аторига кўра танлаб ютилиш имконяти кўрсатилган.
Амалий аамияти: Олинган адсорбентлар металлургия саноати оава сув-ларини тозлаш амда улар таркибидаги рангли ва нодир металларни ажратиб олиш учун тавсия этилади. Оава сувлардаги катионлар аралашмасининг эриган ноорганик аралашмаларнинг ютилиш жараёни бўйича яратилган янги конуният-лар фаолланган кўмир адсорбентлари олиш усулини такомиллаштиришда мухим ахамиятга эга. Тадиот натижалари махаллий кўмирлардан янги фаолланган кўмир адсорбентларим тайёрлаш лойиаларини тузиш ва ишлаб чиаришни йулга уйишда ишлатилиши мумкин хамда ТошКТИ, ТошДТУ ва боша олий ўув юртларининг ўув жараёнларида ўлланилиши мумкин.
Тадби этиш даражаси ва итисодий самарадорлиги: кўмир адсорбент-лари ёрдамида ОТМК оава сувларини тозалаш бўйича саноат синовлари ўтка-зилди (синов акти илова илинади). Кўмир адсорбентини ОТМК оава сувларини тозалаш ва улар таркибидаги мис ионларни ажритиб олишдан кутилаётган ити-содий самарадорлик йилига 443,8 миллион сўмни ташкил этади.
ўлланиш соаси: металлургия комбинатлари ва боша саноат соалари.
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: “Obtaining and application of import replacing coal adsorbents for sewage purification”
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 non-ferrous 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: for the first time there have been developed the method of directed activation of local Angren’s coals via their thermo reprocessing following with their oxidation. There have been set that thermo reprocessing and oxidation do considerably increase active centers of adsorbents and volumes of transitive pores, which stipulate increasing of degree of selectivity of the processes of sewage water purification and extraction of non-ferrous and precious metals. The effective compositions of adsorbents for purification of industrial sewage have been produced.
Practical value: the obtained adsorbents are recommended for purification of industrial sewage water of metallurgical industry. The revealed new regularities of mutual influence of adsorption of cations mixture on process of sorption of solved inorganic mixtures at sewage do have important value in improving of technologies of obtaining the directed-activated adsorbents from local coals, as well as at educational processes 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.
