Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

К ПРОБЛЕМЕ ДЕМАНГАНАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ВОД ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Солодков С.Н. 1
1 Сибайский подземный рудник Сибайского филиала ОАО «Учалинский ГОК»
Данная статья посвящена актуальному вопросу переработки техногенных вод ГОКов медноколчеданных месторождений. В частности рассмотрена актуальность деманганации техногенных вод, формирующихся на территории горных предприятий. Предложен комплекс методов по переработке и очистке гидротехногенных образований.
марганец
извлечение
переработка
окислительное осаждение
активный хлор
1. Абдрахманов Р.Ф., Ахметов Р.М. Влияние техногенеза на поверхностные и подземные воды Башкирского Зауралья и их охрана от загрязнения и истощения // Геологический сборник. 2006 № 6 Информационные материалы. С. 266-269.
2. Мишурина О.А. Технология электрофлотационного извлечения марганца в комплексной переработке гидротехногенных георесурсов медноколчеданных месторождений. – автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук // Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. Магнитогорск, 2010.
3. Мишурина О.А., Муллина Э.Р. Химические закономерности процесса селективного извлечения марганца из техногенных вод // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 3. С. 58-62.
4. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Особенности химических способов извлечения марганца из технических растворов // Молодой ученый. 2013. № 5. С. 84-86.
5. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Деманганация сточных вод растворами хлорной извести // Альманах современной науки и образования. 2013. № 9 (76). С. 115-118.
6. Мустафин А.Г., Ковтуненко С.В., Пестриков С.В., Сабитова З.Ш. Исследование экологического состояния реки Таналык республики Башкортостан // Вестник Башкирского университета. 2007. Т. 12. № 4. С. 43-44.

Техногенные воды ГОКов являются одними из основных источников поступления токсичных металлов в поверхностные и подземные водоемы. Так, по данным института геологии Уфимского научного центра РАН на Сибайском и других медноколчеданных месторождениях вблизи рудных тел, залегающих среди туфогенных пород кислого состава, под влиянием окисляющихся сульфидов формируются кислые (рН 1,8 – 4,3), исключительно сульфатные воды (до 96 % сульфат-ионов) поликомпонентного состава с минерализацией до 8 –12 г/дм3 [1,6]. При этом, по данным ученых Башкирского государственного университета приоритетными загрязнителями являются: медь, железо и марганец [1].

Анализ техногенных водных объектов, формирующихся на территории ГОКов Южного Урала, показал, что концентрация основных металлов в рудничных кислых водах составила: по Cu 541,5 мг/дм3, по Fe 880,4 мг/дм3 и по Mn 207,5 мг/дм3, что естественным образом негативно сказалось на качестве воды прилегающих поверхностных водоемов.

Таким образом, очевиден вывод о необходимости вовлечения кислых рудничных вод в переработку и разработки новых инновационных технологий извлечения катионных форм металлов из техногенного гидроминерального сырья, обеспечивающих предотвращение сброса токсичных гидроминеральных стоков в природные водоемы.

Проведенные аналитические исследования кислых рудничных вод ГОКов Южного Урала показали, что данные воды, наряду с высоким содержанием таких металлов как медь, цинк и железо, характеризуются так же и высоким содержанием ионов Мn2+. Это позволяет, учитывая объемы гидротехногенных образований классифицировать данные воды как «жидкое» техногенное марганецсодержащее сырье [2, 3].

Целесообразность глубокой селективной переработки техногенных марганец-содержащих гидроресурсов ГОКов обусловлена так же и тем, что после распада СССР основные месторождения многих видов минерального сырья, в частности богатые месторождения марганца, остались за пределами России (Украина, Грузия и др.). В связи с этим на сегодняшний день в России остро стоит вопрос об изыскании дополнительных источников получения различных соединений марганца, широко используемых в металлургической и других областях промышлен ности.

Для разработки эффективного способа извлечения марганца и других ценных компонентов из сточных вод необходимо всегда иметь четкое представление о химических формах, в которых они находятся в водных растворах. Поскольку химическое поведение каждого металла имеет свои особенности, то необходимо эти особенности учитывать в каждом конкретном случае.

Катионы металлов, попадая в водный раствор, претерпевают различные превращения вследствие гидратации и комплексообразавания и образуют ассоциаты различного состава и знака. Так, например, медь b исследуемых сточных водах находится в зависимости от рН стока и в катионной форме [Сu(ОН2)4]2+, и в анионных формах [СuСl42-, СuС13(ОН2)-]. Марганец также в зависимости от рН и матричного состава вод может находиться в виде анионов МnО42-, МnО4–, в виде катиона Mn 2+ и в виде дисперсной фазы: Мn(OH)3 и Мn(OH)4 [2, 4].

Таким образом, разнообразие форм существования металлов в растворах техногенных вод существенно усложняет задачу концентрирования и селективного извлечения даже одного и того же металла. Сегодня, на ГОКах Урала, для доочистки сточных вод от катионов металлов, которые в несколько раз превышают ПДК их в растворе, в основном используется метод известкования. Данный метод не дает возможности селективно разделять исследуемые поликатионные растворы, т.к. рН среды раствора, при котором начинается процесс осаждения вышеуказанных металлов, лежит в достаточно близких пределах [5]. Поэтому, для селективного извлечения ионов марганца и других металлов необходимо применение других более эффективных методов.

Учитывая высокие концентрации хлорид-ионов в кислых подотвальных водах медноколчеданного комплекса, для извлечения ионов Mn2+ предлагается применение метода окислительного осаждения с использованием в качестве окислителя растворов хлорсодержащих окислителей. Сущность метода заключается в следующем:

2Cl- – 2e → Cl2­,

Cl2 + H2O → H+ + Cl- + HClO,

Мn2+ + НСlО + Н+ → Сl− + Мn3+ + Н2О.

Полученные результаты исследований подтвердили эффективность применения данного метода для полного извлечения марганца в виде дисперсной фазы [2,3].

Анализ опыта использования «активного хлора» в качестве окислителя при окислении переходных металлов показал, что процесс окислительного осаждения Mn (II) происходит под действием атомарного кислорода, образующегося при восстановлении «активного хлора» ионами Mn2+. Причем ионы Mn2+ в окислительной системе выступают не только как восстановители, но и как катализаторы процесса [3]:

Mn2+

НСlО → НСl + О•

На основании анализа литературных данных установлено что, процесс окислительного осаждения ионов марганца (II) в виде дисперсной фазы «активными формами хлора» будет протекать с большей скоростью при минимальном расходе реагента-окислителя в диапазоне рН от 4,5 до 7,5 [3, 4].

На основании расчетов значений произведений растворимости гидроксидов меди, цинка и железа определены значения рН растворов, при которых наблюдается выпадение данных гидроксидов в виде осадка (табл. 1).

Таблица 1

Значения рН образования гидроксидов меди, железа и цинка

Гидроксиды

Fе(ОН)3

Fе(ОН)2

Сu(ОН)2

Zn(ОН)2

рН начала осаждения

2,0

7,2

5,1

7,5

рН при котором гидроксид более не растворим

4,1

8,0

7,0

9,0

Для рассмотрения возможности селективного извлечения ионов марганца (II) из многокомпонентных систем в виде дисперсной фазы нами были исследованы процессы соосаждения гидроксидов меди, цинка и железа после ведения окислителя – «активного хлора» (имеющего щелочную среду).

Исследования проводились на двухкомпонентных модельных системах: Мn2+–Fе3+; Мn2+–Сu2+; Мn2+–Zn2+ и на четырехкомпонентных модельных системах: Мn2+–Fе3+–Сu2+– Zn2+. Концентрация ионов марганца (II) во всех модельных системах составила 100 мг/дм3. Полученные данные представлены в табл. 2, 3.

Таблица 2

Двухкомпонентные модельные системы

Исходная концентрация компонентов системы, мг/дм3

рН нач

рН кон

Допт растворов

Коэффициент разведения пробы

Сост, мг/дм3

Модельные системы Мn2+ – Fе3+

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СFе3+ = 200 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СFе3+ = 240 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СFе3+ = 280 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

Модельные системы Мn2+ – Сu2+

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

ССu2+ = 200 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

ССu2+ = 240 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

ССu2+ = 280 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

Модельные системы Мn2+ – Zn2+

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СZn2+ = 200 мг/дм3

2,5

7,1

0,17

20 раз

19,4

СМn2+ = 100 мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СZn 2+ = 240 мг/дм3

2,5

7,1

0,173

40 раз

38,8

СМn2+ = 100мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СZn 2+= 280мг/дм3

2,5

7,1

0,175

80 раз

78,4

Таблица 3

Четырехкомпонентная модельная система

Исходная концентрация компонентов системы, мг/дм3

рН нач

рН кон

Д опт растворов

Коэффициент разведения пробы

С ост, мг/дм3

СМn2+ = 100мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СFе3+ = 200мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

ССu2+= 200мг/дм3

2,5

7,1

0

0

следы

СZn 2+= 200мг/дм3

2,5

7,1

0,17

80 раз

76,8

Полученные данные показали, что в многокомпонентной системе в интервале рН от 4,5 до 7,5 наблюдается соосаждение гидроксидов всех присутствующих ионов тяжелых металлов, за исключением цинка, причем установлено что, гидроксид железа (III), являющийся естественным сорбентом, усиливает процесс кислотно-основного соосаждения гидроксидов вышеуказанных металлов, за исключением цинка, смещая рН их осаждения в более кислую область. Процесс соосаждения гидроксида цинка наблюдается в диапазоне рН от 8 до 9.

Таким образом, результаты исследований показали, что применение процесса окислительного осаждения Mn (II) из многокомпонентных водных систем (Мn2+–Fеобщ Сu2+–Zn2+) позволяет селективно извлекать ионы Мn2+ и Zn2+. Для извлечения ионов Сu2+ целесообразно использовать гальванические методы (например, цементация), которые позволят селективно извлекать медь из кислых подотвальных вод ГОКов, не изменяя при этом концентрацию ионов Mn2+ в водных системах, ввиду существенной разницы в значениях стандартных электродных потенциалов данных металлов (φ0Мn = −1,18 В, φ0Сu = + 0,34 В). Затем, после извлечения меди из кислых стоков, необходимо селективно извлечь железо. Для этого целесообразно использовать метод кислотно-основного осаждения, позволяющий путем доведения рН системы до 4,0 практически полностью осадить железо в виде гидроксида Fе(ОН)3. И далее проводить процесс окислительно-восстановительного извлечения Mn (II) в диапазоне рН от 4,5 до 7,5. В диапазоне рН от 8,0 возможно кислотно-основное осаждение ионов цинка.


Библиографическая ссылка

Солодков С.Н. К ПРОБЛЕМЕ ДЕМАНГАНАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ВОД ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 2-2. – С. 79-82;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=5012 (дата обращения: 10.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074