Получение адсорбентов для извлечения тяжелых металлов из сточных вод горнорудной промышленности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Деятельность горно-металлургических предприятий неразрывно связана с потреблением больших количеств воды и соответственно образованием жидких отходов. Приоритетным является решение проблем переработки и рациональной утилизации технологических вод с высоким содержанием ценных компонентов. Это позволяет получать значимый эколого-экономический эффект, то есть приносить прибыль непосредственно предприятиям, экономить материальные ресурсы и снижать нагрузку на окружающую среду в горнопромышленных регионах. Переработка медно-цинковых руд сопровождается формированием металлоносных потоков с широким спектром сопутствующих металлов и неметаллов с низкой концентрацией каждого отдельного компонента и колебаниями рН в широких пределах. Указанные факторы затрудняют выбор рациональной технологии очистки, поэтому предприятиям приходится платить за сверхнормативные металлоносные сбросы в окружающую среду. Тяжелые металлы токсичны, не подвергаются разложению, могут аккумулироваться водными растениями и по пищевой цепи достигать организма человека. Централизованная аккумуляция случайных сбросов, поверхностных и дренажных вод с последующей очисткой для использования в оборотном водоснабжении может решить ряд экологических задач в области охраны водных ресурсов. Адсорбция тяжелых металлов цеолитами на основе недорогих глинистых минералов благодаря простоте процесса, возможности регенерации цеолитов, высокой эффективности ионообмена Cu2+, Zn2+ и Fe2+ с выделением в окружающую среду нетоксичных катионов Na+ является хорошей альтернативой химическому осаждению. Целью настоящей работы является оптимизация условий получения цеолитов на основе каолина и бентонита для очистки сточных вод, образующихся при добыче и переработке руды медно-колчеданно-полиметаллических месторождений. За основу синтеза цеолитов из необогащенной продукции горнодобывающей отрасли принята технология щелочного сплавления бентонита или каолина с гидроксидом натрия. Новизной технологического подхода при получении цеолитов из природных алюмосиликатов по сравнению с опубликованными данными является то, что корректировку химического состава щелочного сплава для синтеза цеолитов с определенной кристаллической структурой осуществляли с помощью отходов суспензии Al2O3–NaAlО2. Щелочной сплав растворяли в воде, фильтровали и подвергали гидротермальной кристаллизации. Изучен фазовый состав цеолитных адсорбентов. В результате сравнения эффективности извлечения тяжелых металлов из модельных растворов оптимизированы состав массы и условия процессов щелочного плавления, а также режим гидротермальной кристаллизации. Благодаря достигнутой степени извлечения металлов на уровне 95 % из модельных растворов с начальной концентрацией, мг/л: 150 Сu2+, 180 Zn2+ и 125 Fe2+, цеолиты на основе бентонита и каолина могут быть использованы при очистке металлоносных вод.

Об авторах

Е. И. Мирзаева

Университет науки и технологий МИСИС (филиал в г. Алмалыке)

Email: mirzaevaelena92@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-4198-2274

Н. Ф. Исаева

Ташкентский научно-исследовательский химико-технологический институт

Email: nurhonisaeva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8513-6975

Э. Я. Ялгашев

Ташкентский химико-технологический институт

Email: chemyalgashev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7921-2206

Д. П. Турдиева

Национальный Университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека

Email: turdievadilnoza34@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-3216-5801

Р. М. Боймонов

Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова

Email: rufatjonboymonov1992@gmail.com

Список литературы

  1. Растанина Н. К., Колобанов К. А. Воздействие техногенного пылевого загрязнения на экосферу и здоровье человека закрытого горного предприятия Приамурья. Горные науки и технологии. 2021;6(1):16–22. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-1-16-22
  2. Зверева В. П., Фролов К. Р., Лысенко А. И. Формирование рудничных вод в Дальневосточном регионе России и их влияние на экосферу и здоровье населения. Горные науки и технологии. 2022;7(3):203–215. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-3-203-215
  3. Шадрунова И. В., Орехова Н. Н. Технологические и эколого-экономические аспекты ресурсосберегающей переработки техногенного гидроминерального сырья горных предприятий цветной металлургии. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(S1):177–191.
  4. Катаева С. Е., Шуляк Э. В., Брыль В. И., Чабан Н. Г. К вопросу о содержании тяжелых металлов в водной среде города Славутича. М.; 2000. С. 751–752.
  5. Файзиева М. Ф. К вопросу санитарной охраны водоёмов в условиях Узбекистана. Вестник науки и образования. 2016;(4):70–72.
  6. Collins F., Rozhkovskayaa A., Outramb J. G., Millarb G. J. A critical review of waste resources, synthesis, and applications for Zeolite LTA. Microporous and Mesoporous Materials. 2020;291:109667. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2019.109667
  7. Tasić Ž. Z., Bogdanović G. D., Antonijević M. M. Application of natural zeolite in wastewater treatment – A review. Journal of Mining and Metallurgy. 2019;55A(1):67–79 https://doi.org/10.5937/JMMA1901067T
  8. Белова Т. П., Ратчина Т. И., Гавриленко Ю. С. Адсорбция меди, никеля и кобальта натуральным цеолитом из водных растворов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014;12:76–80.
  9. Milicevic S., Povrenovic D., Milosevic V., Martinovic S. Predicting the copper adsorption capacity on different zeolites. Journal of Mining and Metallurgy. 2017;53A(1):57–63.
  10. Srilai S., Tanwongwal W., Onpecth K. et al. Synthesis of Zeolite X from bentonite via hydrothermal method. Materials Science Forum. 2020;990:144–148. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.990.144
  11. Ma H., Yao Q., Fu Y. et al. Synthesis of zeolite of type A from bentonite by alkali fusion activation using Na2CO3. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2009;49(2):454–458 https://doi.org/10.1021/ie901205y
  12. Burоnоv F., Fayzullayev N. Synthesis and aррlicatiоn of high silicоn zeоlites frоm natural sources. In: AIP Conference Proceedings. The 1st International Conference on Problems and Perspectives of Modern Science: ICPPMS-2021. 10–11 June 2021, Tashkent, Uzbekistan. 2022;2432:050004. https://doi.org/10.1063/5.0089557
  13. Jin Y., Li L., Liu Z. et al. Synthesis and characterization of low cost zeolite NaA from coalgangue by hydrothermal method. Advanced Powder Technology. 2021;32:791–801 https://doi.org/10.1016/j.apt.2021.01.024
  14. Kong D., Jiang R. Preparation of NaA Zeolite from High Iron and Quartz Contents Coal Gangue by Acid Leaching-Alkali Melting Activation and Hydrothermal Synthesis. Crystals. 2021;11(10):1198. https://doi.org/10.3390/cryst11101198
  15. Ma H., Zhu H., Wu C. et al. Study on compressive strength and durability of alkali-activated coal gangue-slag concrete and its mechanism. Powder Technology. 2020;368:112–124. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.04.054
  16. Kuroki S., Hashishin T., Morikawa T. et al. Selective synthesis of zeolites A and X from two industrial wastes: Crushed stone powder and aluminum ash. Journal of Environmental Management. 2019;231:749–756. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.10.082
  17. Koukouzas N., Vasilatos C., Itskosa G. et al. Removal of heavy metals from wastewater using CFB-coal fly ash zeolitic materials. Journal of Hazardous Materials. 2010;173(1–3):581–588 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.08.126
  18. Hamadi A., Nabih K. Synthesis of zeolites materials using fly ash and oil shale ash and their applications in removing heavy metals from aqueous solutions. Hindawi Journal of Chemistry. 2018;2018(1):6207910. https://doi.org/10.1155/2018/6207910
  19. Somerset V., Petrik L., Iwuoha E. Alkaline hydrothermal conversion of fly ash filtrates into zeolites 2: Utilization in wastewater treatment. Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2005;40(8):1627–1636. https://doi.org/10.1081/ESE-200060675
  20. Bessa R., Costa L., Oliveira C. et al. Kaolin-based magnetic zeolites A and P as water softeners. Microporous and Mesoporous Materials. 2017;245:64–72. http://dx.doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.03.004
  21. Tayraukham P., Jantarit N., Osakoo N., Wittayakun J. Synthesis of pure phase NaP2 zeolite from the gel of NaY by conventional and microwave-assisted hydrothermal methods. Crystals. 2020;10(10):951. http://dx.doi.org/10.3390/cryst10100951
  22. Wajima T., Munakata K., Ikegami Y. Conversion of waste sandstone cake into crystalline zeolite X using alkali fusion. Materials Transactions. 2010;51(5):849–854. https://doi.org/10.2320/matertrans.MH200905
  23. Lee Y.-R., Soe J. T., Zhang S. et al. Synthesis of nanoporous materials via recycling coal fly ash and other solid wastes: A mini review. Chemical Engineering Journal. 2017:317;821–843. http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.124
  24. Kunecki P., Panek R, Wdowin M. et al. Influence of the fly ash fraction after grinding process on the hydrothermal synthesis efficiency of Na-A, Na-P1, Na-X and sodalite zeolite types. International Journal of Coal Science & Technology. 2021;8(2):291–311 https://doi.org/10.1007/s40789-020-00332-1
  25. Hu T., Gao W., Liu X. et al. Synthesis of zeolites Na-A and Na-X from tablet compressed and calcinated coal fly ash. Royal Society Open Science. 2017;4:170921. http://dx.doi.org/10.1098/rsos.170921
  26. Yang L., Qian X., Yuan P. et al. Green synthesis of zeolite 4A using fly ash fused with synergism of NaOH and Na2CO3. Journal of Cleaner Production. 2019;212:250–260. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.11.259
  27. Mallapur V. P., Oubagaranadin J. U. K. A brief review on the synthesis of zeolites from hazardous wastes. Transactions of the Indian Ceramic Society. 2017;76(1):1–13. https://doi.org/10.1080/0371750X.2016.1231086
  28. Golbad S., Khoshnoud P., Abu-Zahra N. Hydrothermal synthesis of hydroxy sodalite from fly ash for the removal of lead ions from water. International Journal of Environmental Science and Technology. 2017;14(1):135–42. https://doi.org/10.1007/s13762-016-1133-x
  29. Shabani J. M., Omotola B., Oyekola O., Petrik L. Synthesis of hydroxy sodalite from coal fly ash for biodiesel production from waste-derived maggot oil. Catalysts. 2019;9(12):1052. https://doi.org/10.3390/catal9121052
  30. Василевский Б. Б., Ежков Ю. Б., Рахимов Р. Р. и др. Проблемы крупнообъемных месторождений золота и меди Узбекистана. Ташкент; 2012. 116 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».