Хіміко-технологічні аспекти утворення та використання вуглецево мінеральних матеріалів

 

Під час добування та переробки мінеральних ресурсів в Україні утворюється близько 0,5 млрд. т (техногенна сировина) відходів на рік. У зв’язку зі скороченням виробництва ця кількість зменшилась. Усього у відвалах, териконах шахт, ТЕЦ, шламонакопичувачах нагромаджено близько 25 млрд. т твердих відходів. Значну їх частину (15 %) складають шлами гальванічних виробництв та водоочисних систем. Такі відходи через вміст в них важких металів 4 – ї категорії, створюють техногенну небезпеку, проникаючи в ґрунтові води або під час повеней чи інших техногенних катастроф можуть забруднити водойми, які є постачальниками води для населених пунктів. Для утилізації гальванічних шламів запропоновано технологію одержання вуглецево мінерального сорбенту, яка включає змішування глини з органовмісним продуктом – маслоконцентратом, та за умови додаткової подачі на змішування шламу електрокоагуляційного очищення стічних вод піроліз суміші у відновній атмосфері. Запропоновано використовувати гальванічні шлами в процесі виробництва керамічних пігментів. Найбільш якісними утворюються пігменти чорного кольору.

На основі багаточисельних теоретичних та лабораторних досліджень встановлено, що за певної технології утилізації цих відходів утворюються ферити шпінелідної структури, які завдяки наявності аніонних та катіонних вакансій, що утворюються в результаті дефектних структур кристалічної гратки, ймовірно будуть проявляти фільтраційні, сорбцій ні або каталітичні властивості в процесі газоводоочищення.

Технологія одержання фериту шпінелідної структури вуглецево мінерального матеріалу для газоводоочищення включає диспергування неорганічних та органічних речовин, їх змішування, формування, сушіння, термообробку, охолодження. Змішування компонентів суміші основи матеріалу проводять за такого орієнтованого їх вмісту, мас. %: золошлак – 45,5-48,2; глинистий компонент – 12,6-19,0; органічний матеріал – 5,1-9,8; гідрооксиди металів – 27,0-31,0. Після закінчення процесу формування основи, подається суміш гідроксидів водоочистки в кількості 1-5 % від сформованої маси основи матеріалу.

Основа переважно складається з шлаку та гідроксидів металів. компоненти поверхні матеріалу – ферити міді, хрому, нікелю, які утворилися в процесі хімічної взаємодії компонентів суміші під час термообробки, збільшують активність матеріалу. Під час подачі суміші компонентів для покриття основи менше 1 %, активність матеріалу буде значно меншою, а за умови більш ніж 5 % активність матеріалу збільшується незначно, але збільшується вартість матеріалу. Термообробка проводиться за температури не нижче 600 ^оС, тому що за нижчої температури утворюються матеріал з низькою міцністю, а оптимальною є температура 800-950 ^оС. За умови термообробки менше 0,25 год. міцність матеріалу низька, а збільшення часу термообробки призведе до недоцільної витрати енергоресурсів та погіршення якості матеріалу, тому що проходить зменшення пористості матеріалу.

Спосіб реалізується таким чином: золошлак, глинистий компонент, органічні матеріали та гідроксиди металів диспергуються в кульковому млині, а потім змішуються в зазначених співвідношеннях (основа матеріалу). Приготовлена суміш дозатором подається в формувальний апарат різного типу (екструдер, валкова формувальна машина та інші), де проходить початкове формування основи матеріалу, а наприкінці формування подається суміш гідроксидів водоочистки, якою покривається основа матеріалу орієнтовно такого складу, мас. %: Fе(ОН)₃ – 12-52; Сu(ОН)₂ – 2,14-8,6; Νі(ОН)₂ – 0,01-0,2; глинистий компонент – 1-7,5; волога та інші - 44,3-67,9 в кількості 1-5 % від сформованої маси основи матеріалу. Після формування матеріал сушать за температури 300-450 ^оС до вологості не більш 2 % і направляють на термообробку, яка проводиться за температури вище ніж 600 ^оС з витримкою протягом 0,25 - 0,35 годин.

Результати дослідження каталітичного окислення СО на одержаних вуглецево мінеральних матеріалах з вмістом фериту міді 5,6 % показали, що за умови збільшення температури проведення процесу окислення ступінь перетворення СО в СО₂ збільшується до 90 % за температури 300 ^оС.

Дослідження щодо очищення стічних вод проведено під час фільтрації для очищення від завислих речовин з використанням гранульованого вуглецево мінерального матеріалу показали, що ефективність очищення з виділенням завислих речовин складає 80-83 %. Крім цього, проходить незначне (30-40 %) зниження вмісту Сr³⁺ в стічних водах після фільтрації в порівнянні з початковим.