Получение комплексных титансодержащих коагулянтов из крупнотоннажных минеральных концентратов и их использование при очистке сточных вод

Abstract

Актуальность. Разработка новых, высокоэффективных реагентов для очистки сточных вод различного происхождения - сложная и крайне важная задача. Не менее актуальным остается вопрос проектирования технологий переработки крупнотоннажных минеральных продуктов, получивших статус «отходы» и не имеющих в настоящее время экономически и экологически обоснованных и рациональных способов утилизации. Разработка технологии получения реагентов с использованием в качестве сырья промышленных отходов будет не только иметь экономический эффект, но и позволит существенно минимизировать уровень негативного воздействия на окружающую среду и сделать шаг к реализации концепции Zero Waste. Цель: разработка технологии переработки крупнотоннажного титансодержащего сырья для получения комплексных титансодержащих реагентов и исследование их эффективности в процессах очистки сточных вод различных производств. Методы. Для исследования фазового состава образцов применяли метод рентгеновской дифракции, а определение содержания металлов в кислых растворах и сточных водах проводили методом атомно-эмиссионной спектроскопии. Результаты и выводы. Предложена технология получения комплексных титансодержащих коагулянтов, включающая гидрометаллургическую технологию сернокислотной переработки крупнотоннажного минерального сырья титанита. В полученные растворы для корректировки химического состава и нейтрализации свободной серной кислоты вводили гидроксид алюминия. Образующийся сульфат алюминия переходит в наиболее стабильную форму 18-водного кристаллогидрата и поглощает влагу из раствора, тем самым реализуя процесс химической дегидратации. Исследование состава твердых образцов коагулянтов показало, что преобладающей фазой в составе комплексного коагулянта является сульфат алюминия, а содержание соединений титана колеблется в диапазоне 1-14 % мас. Установлено, что при варьировании соотношения минерального сырья и серной кислоты можно направленно менять количество модифицирующей добавки соединений титана в составе комплексного реагента. Доказано, что применение комплексных титансодержащих реагентов в процессах очистки сточных вод позволяет на 25-35 % снизить расход коагулянтов, повысить эффективность очистки воды, минимизировать остаточные концентрации загрязняющих веществ, а также существенно повысить скорость седиментации коагуляционных шламов в сравнении с традиционным сульфатом алюминия.

Relevance. Development of new, highly effective reagents for treatment of wastewater of various origins is a complex and extremely important task. An equally pressing issue remains the development of technologies for processing largescale mineral products, which currently have not found an economically feasible technology for their processing and have received the status of "waste". The development of a technology for producing reagents using waste as a raw material will not only have an economic effect but will also significantly minimize the level of negative impact on the environment and take a step towards the implementation of the Zero Waste concept. Aim. Development of technology for processing large-scale titanium-containing raw materials to obtain complex titanium-containing reagents and study of their effectiveness in wastewater treatment from various industries. Methods. To study the phase composition of the samples, the X-ray diffraction method was used, and the determination of metal content in acidic solutions and wastewater was carried out by atomic emission spectroscopy. Results and conclusions. The authors have proposed the technology for production of complex titanium-containing coagulants, which includes hydrometallurgical technology for sulfuric acid processing of large-capacity mineral raw materials - titanite. Aluminum hydroxide was introduced into the resulting solutions to adjust the chemical composition and neutralize free sulfuric acid. The resulting aluminum sulfate transforms into the most stable form of 18-aqueous crystalline hydrate, absorbing moisture from the solution, realizing chemical dehydration. The study of the composition of solid samples of coagulants showed that the predominant phase in the composition of the complex coagulant is aluminum sulfate, and the content of titanium compounds ranges from 1 to 14 wt %. It was established that by varying the ratio of mineral raw materials:sulfuric acid it is possible to vary the amount of modifying additive titanium compounds in the complex reagent. It was proven that the use of complex titanium-containing coagulants in wastewater treatment allows reducing the consumption of coagulants by 25-35%, increasing the efficiency of water purification, minimizing residual concentrations of pollutants, and also significantly increasing the rate of sedimentation of coagulation sludge in comparison with traditional sulfate aluminum.