CC BY
43
12. Титаномагентитовый концентрат как микронаполнитель для особо тяжелых бетонов / А. И. Калугин и др. // Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона в технологии строительных и технических материалов: мат-лы V всерос. науч. конф. с междунар. участием. Апатиты: КНЦ РАН, 2013. С. 88-90.
13. Quantitative in situ X-ray diffraction analysis of early hydration of Portland cement at defined temperatures / С. Hesse et al. // Powder Diffr. 2009. Vol. 24, no. 2. P. 112-115.
Сведения об авторах
Калинкина Елена Владимировна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия [email protected] Гуревич Бася Израильевна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия [email protected] Калинкин Александр Михайлович
доктор химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия [email protected] Тюкавкина Вера Владимировна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия [email protected] Серова Екатерина Сергеевна
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия
Kalinkina Elena Vladimirovna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia [email protected] Gurevich Basya Izrail'evna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia [email protected] Kalinkin Aleksandr Mikhailovich
Dr. Sc. (Chemistry), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia [email protected]. net. ru Tyukavkina Vera Vladimirovna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia [email protected] Serova Ekaterina Sergeevna
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre
"Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
РСН: 10.25702/КБС.2307-5252.2018.9.1.842-847 УДК 661.183.2
ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ УГЛЕРОД-МИНЕРАЛЬНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА
К. К. Кишибаев1, С. В. Нечипуренко1, Р. Р. Токпаев1, А. А. Атчабарова1, Ж. Т. Умирбекова1, Х. С. Тасибеков1, С. А. Ефремов1, К. Ш. Ахметова2
1 Центр физико-химических методов исследования и анализа Казахского национального университета им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан
2 АО «Институт металлургии и обогащения» (АО «ИМиО»), г. Алматы, Казахстан
Аннотация
Представлены результаты по переработке отходов углерод-минерального и растительного сырья Казахстана с получением целевых сорбционных материалов. Изучены их физико-химические характеристики. Проведена апробация полученных материалов в процессах извлечения золота из промышленных растворов. Ключевые слова:
углерод-минеральное сырье, растительное сырье, углеродные материалы, сорбенты, золото.
RECYCLING CARBON-MINERAL AND VEGETABLE RAW MATERIALS WASTE OF KAZAKHSTAN FOR THE PROCESS OF GOLD EXTRACTION
K. K. Kishibayev1, S. V. Nechipurenko1, R. R. Tokpayev1, A. A. Atchabarova1, Zh. T. Umirbekova1, Kh. S. Tassibekov1, S. A. Efremov1, K. Sh. Akhmetova2
1 Center of Physico-Chemical Methods of Research and Analysis al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan
2 JSC "Institute of Metallurgy and Enrichment" (JSC "IMaE"), Almaty, Kazakhstan Abstract
The results of processing waste carbon-mineral and plant raw materials in Kazakhstan with the receipt of targeted sorption materials, are presented. Their physicochemical characteristics were studied. Approbation of the obtained materials in the processes of gold extraction from industrial solutions was carried out. Keywords:
carbon-mineral raw materials, vegetable raw materials, carbon materials, sorbents, gold. Введение
Создание новых материалов на основе безотходных технологий, рационального использования природных ресурсов, а также вовлечения в переработку возобновляемого сырья становятся все более актуальной задачей экономического развития многих стран мира. В настоящее время развитые страны получают доходы от подобной деятельности в десятки раз выше, чем развивающиеся, так как продают не сырье, а продукты глубокой переработки, стоимость которых несоизмеримо выше [1]. Поэтому повышение эффективности использования минерального и растительного сырья — важнейшая общегосударственная задача.
Выпуск новых материалов с заданными свойствами на основе безотходных технологий и рационального использования природных ресурсов путем вовлечения в переработку возобновляемого сырья является одной из актуальных задач науки и производства в целом. Так, растущие потребности различных отраслей промышленности Казахстана в углеродсодержащих материалах могут быть удовлетворены посредством использования отходов переработки углерод-минерального и растительного сырья Республики Казахстан. Данное возобновляемое вторичное сырье в Казахстане имеется в достаточных количествах для промышленного использования.
Объемы мирового и казахстанского потребления различных форм углерода за последние годы значительно выросли. Однако предприятия пищевой и химической отраслей страны испытывают дефицит отечественных углеродных материалов, в связи с отсутствием собственного Казахстанского производства многих из них, и вынуждены импортировать их из-за рубежа.
Например, активные угли на практике используются в качестве селективных полифункциональных катионообмеников, причем в отличие от синтетических катионитов их легко регенерировать, они устойчивы к химическим, термическим и радиационным воздействиям. В настоящее время установлено, что благородные металлы окисляют поверхность углеграфитовых материалов с образованием различных функциональных поверхностных групп. При этом извлекаемые элементы восстанавливаются до металлического состояния и не удаляются рядом кислот высокой концентрации, что не позволяет эффективно выделять их из промышленных растворов сложного состава. Широкое использование угольных сорбентов для извлечения малых концентраций металлов из многокомпонентных систем обусловлено особенностями углей и их сорбционной матрицей, для которой характерны поверхностное комплексообразование с формированием связей металл — углерод и возможность самопроизвольного восстановления ионов металлов за счет электронодонорных свойств углей.
Специфика руд, содержащих благородные металлы, при внедрении сорбционной технологии определяет необходимость использования достаточно емких и селективных сорбентов. Даже на современном этапе развития металлургической промышленности при переработке руд сложного состава теряется определенный процент благородных металлов [2]. В связи с этим к химии благородных металлов, к методам их выделения, концентрирования и разделения предъявляются новые требования. Сорбционная технология извлечения благородных металлов обеспечивает селективное извлечение их из руды, сокращает количество применяемых реагентов и упрощает технологическую схему регенерации сорбента. Особый интерес вызывает извлечение
золота из цианидных растворов. Несмотря на то что цианидные технологии выделения золота используются давно, интерес к усовершенствованию процессов извлечения не угасает. Принципиальным этапом развития цианирования стало использование сорбентов для извлечения растворенного золота из растворов и пульп [3, 4].
В настоящее время все еще продолжаются работы по поиску новых сорбционных материалов, которые отличались бы более доступными исходными матрицами, экологической чистотой, высокой селективностью и эффективными кинетическими характеристиками. Поэтому вопросы, связанные с глубоким извлечением благородных металлов из промышленных растворов посредством их сорбции на углеродных сорбентах, не теряют своей актуальности.
Материалы и методы
В работе использовали местное минеральное и растительное сырье. В качестве углерод-минерального сырья использовали шунгитовые породы месторождения Бакырчик Восточно-Казахстанской области, предварительно дробленные до фракции менее 71 мкм.
Отвалы шунгитовых пород являются отходами процесса добычи полиметаллических руд, вследствие чего исследование, переработка шунгитовых пород, а также получение полезного продукта на его основе позволит обеспечить рациональное использование данного сырьевого ресурса Республики Казахстан. При этом одновременно улучшится экологическая обстановка путем решения вопроса утилизации уже имеющихся отвалов шунгитовых пород и исключением необходимости отторжения новых земель под отвалы [5].
Для получения углеродных сорбентов на основе растительного сырья были выбраны отходы (санитарной вырубки), древесина саксаула и отходы возобновляемого растительного сырья (шелуха пшеничного зерна и/или отруби пшеничного зерна), растительных материалов, широко распространенных в Казахстане и ранее не использовавшихся для получения углеродных сорбентов. Практически единственным направлением переработки древесины саксаула, заготовленной в результате санитарных вырубок, является применение в качестве древесного топлива. Тогда как структура и свойства древесины саксаула и шелухи пшеничного зерна позволяют их рассматривать в качестве перспективного сырья для организации местного производства углеродных сорбентов.
Получение сорбента на основе минерального сырья (Шунгита). Концентрирование по углероду и стабилизацию химического состава шунгитовой руды проводили методом пенной флотации. Содержание углерода в полученном концентрате составило 40 ± 2 % [5]. Из полученного концентрата готовили цилиндрические гранулы путем брикетирования через фильеру диаметром 2 мм и подвергали их термической обработке в инертной атмосфере аргона при температуре 800 0С, затем активировали острым водяным паром при температуре 800-850 0С, в результате чего их удельная поверхность увеличилась с 30 до 250 м2/г. Увеличение удельной поверхности происходит за счет выгорания аморфного углерода и развития углеродной матрицы во время активации [6].
Получение сорбента на основе растительного сырья. Растительное сырье предварительно измельчали до фракции 3^5 мм в роторно-ножевой мельнице «РМ 120». Карбонизацию и активацию острым водяным паром проводили по той же методике, что и для сорбентов на основе углерод-минерального сырья.
Определение физико-химических характеристик полученных углеродных сорбентов (активированных углей). Удельную площадь поверхности и суммарный объем пор полученных сорбентов определяли методом Брунауэра — Эммета — Теллера (БЭТ) по стандартной методике, исходя из данных по измерению изотерм адсорбции — десорбции азота при 77 К (-196,15 0С) с использованием анализатора площади поверхности и размеров пор "NOVA 3200E" (Quantachrome Instruments).
Структуру поверхности полученных углеродных сорбентов изучали методом растровой электронной микроскопии на оптическом микроскопе "MEIJI" и электронном микроскопе "Quanta 3D 200i".
Методика извлечения золота из промышленных растворов углеродными сорбентами статическим методом. Для изучения сорбции золота использовали промышленные цианистые растворы месторождения Когадырь Жамбылской области. Сорбцию золота проводили в статическом режиме. Навески углеродных сорбентов массой 1 г засыпали в колбы. В колбу добавляли 100 мл цианистого раствора, содержащего ионы золота. Сорбцию проводили периодическим перемешиванием раствора при комнатной температуре. Из раствора через определенные промежутки времени отбирали пробы для определения содержания золота в растворе. Степень извлечения ионов золота из раствора определяли по формуле:
Е = Сисх ~ Сравн--100 %,
Сисх
где Сисх — концентрация металлов в исходном растворе, мг/л; Сравн — равновесная (остаточная) концентрация в фильтрате, мг/л.
Определение концентрации ионов золота в пробах проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре марки "АА-6200" фирмы "Shimadzu".
Результаты и обсуждение
В таблице 1 представлены результаты физико-химических характеристик полученных углеродных сорбентов.
Физико-химические характеристики углеродных сорбентов на основе шунгита, древесины саксаула и шелухи
пшеничного зерна
Основа углеродного сорбента Удельная поверхность, м2/г Суммарный объем пор, см3/г Адсорбционная активность по йоду, %
Шунгит 246 0,46 20,27
Древесина саксаула 368 0,58 32,66
Шелуха пшеничного зерна 394 0,22 53.74
Из полученных результатов (табл. 1) видно, что полученные углеродные сорбенты обладают высокой удельной поверхностью и развитым суммарным объемом пор. В данной линейке сорбционных материалов относительно высокой удельной поверхностью обладает углеродный сорбент на основе шелухи пшеничного зерна — 394 м2/г, затем идет углеродный сорбент на основе древесины саксаула — 368 м2/г, а наименьшую удельную поверхность имеет углеродный сорбент на основе шунгита — 246 м2/г. Это свидетельствует о наличии микро- и мезопор.
На рисунке представлены результаты сканирующей электронной микроскопии полученных углеродных сорбентов. Исследования проводили в нанолаборатории открытого типа КазНУ им. аль-Фараби.
в
Микроснимки углеродных сорбентов на основе шунгита (а), древесины саксаула(б),
шелухи пшеничного зерна (в)
Из полученных микроснимков видно, что сорбент на основе шунгита имеет хлопьевидную структуру, а сорбенты на основе древесины саксаула и шелухи пшеничного зерна имеют трещивидную структуру с развитым объемом микро- и мезопор на поверхности, что объясняет их высокие значения удельной поверхности.
В таблице 2 представлены результаты сорбции ионов золота из промышленных цианистых растворов месторождения Когадырь Жамбылской области полученными углеродными сорбентами.
Степень извлечения (Я, %) золота (С (Аи) = 3,2 мг/л, рН = 10) из промышленных цианистых растворов полученными углеродными сорбентами
Основа углеродного сорбента 20 мин 40 мин 60 мин 80 мин 100 мин 120 мин 140 мин
Степень извлечения золота (Я, %)
Шунгит 0,4 0,8 1 4 8 11 15
Древесина саксаула 35 56 73 75 77 78 80
Шелуха пшеничного зерна 48 67 96 99 100 100 100
Из таблицы 2 видно, что степень извлечения золота сорбентом на основе шунгита идет слабо, за 60 мин сорбируется только 1 % золота, максимальное количество золота сорбируется в течении 140 мин — 15 %. Углеродным сорбентом на основе древесины саксаула сорбция золота идет значительно лучше по сравнению с шунгитовым аналогом. Так, за 60 мин сорбции углеродным сорбентом на основе древесины саксаула сорбируется 73 % золота, а максимальное количество золота сорбируется при 140 мин — 80 %. С увеличением времени контакта фаз степень извлечения золота увеличивается. Это обусловлено значением высокой удельной поверхности полученных углеродных сорбентов.
Как следует из табл. 2, количественное извлечение золота углеродным сорбентом на основе шелухи пшеничного зерна наблюдается при проведении сорбции в течение 60 мин (уже более 95 %) и далее возрастает с увеличением времени контакта фаз с достижением максимального значения (100 %) уже через 100 мин проведения эксперимента.
Заключение
Были получены углеродные сорбенты (активированные угли) на основе углерод-минерального и растительного сырья РК. Были изучены основные физико-химические характеристики полученных углеродных сорбентов, такие как: удельная поверхность, суммарный объем пор и адсорбционная активность по йоду.
Исследована структура поверхности углеродных сорбентов сканирующей электронной микроскопией. Из полученных микрофотографий было установлено, что данные углеродные сорбенты имеют хлопьевидную и трещивидную структуру с большим количеством пор на поверхности.
Полученные углеродные сорбенты были апробированы в сорбции золота из промышленных цианидных растворов. Из полученных результатов было установлено, что лучше всего золото сорбируется на углеродном сорбенте на основе шелухи пшеничного зерна. Уже за 100 мин контакта фаз сорбируется максимальное количество золота — 100 %.
На основе проведенных предварительных исследований данные углеродные сорбенты могут быть рекомендованы для процессов извлечении золота из промышленных цианидных растворов, в особенности углеродные сорбенты на основе шелухи пшеничного зерна и древесины саксаула.
Литература
1. Калинников В. Т., Николаев А. И. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В.Тананаева: шаги в будущее // Вест. Кольского научного центра РАН. 2009. № 1. С. 104-109.
2. Масленицкий И. Н., Чугаев Л. В. Металлургия благородных металлов. М., 1972. С. 85-91.
3. Войлошников Г. И., Войлошникова Н. С., Бывальцев А. В. Сорбция цианидных комплексов металлов активными углями // Цветные металлы. 2010. № 7. С. 29-32.
4. Исследование влияния гидроксил-ионов на механизм взаимодействия цианистых соединений золота с активной поверхностью углеродных сорбентов / В. В. Елшин и др. // Цветные металлы. 2011. № 3. С. 13-16.
5. Нечипуренко С. В., Духницкий В. Н., Ефремов С. А. Технология обогащения углерод-минеральной шунгитовой породы // Тез. докл. 60-й Респ. науч. -практ. конф. молодых ученых и студентов по прикладным вопросам химии. Алматы, 2006. С. 51.
6. Производство углерод-минеральных сорбентов на основе шунгитовых пород / С. В. Нечипуренко и др. // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: мат-лы II всерос. науч. конф. Белгород, 2006. С. 170-173.
Сведения об авторах
Кишибаев Канагат Кажмуханович
кандидат химических наук, Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан [email protected] Нечипуренко Сергей Витальевич
кандидат технических наук, Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан [email protected] Токпаев Рустам Ришатович
кандидат химических наук, Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби,
г. Алматы, Республика Казахстан [email protected] Атчабарова Ажар Айдаровна
кандидат химических наук, Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан [email protected] Умирбекова Жанна Танжарыковна
докторант, Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан [email protected] Тасибеков Хайдар Сулейманович
кандидат химических наук, ассоциированный профессор, Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан Khaidar. [email protected] Ефремов Сергей Анатольевич
доктор химических наук, профессор, Центр физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им. аль-Фараби,
г. Алматы, Республика Казахстан
Ахметова Куралай Шегеновна
кандидат технических наук, ассоциированный профессор, АО «Институт металлургии и обогащения» (АО «ИМиО»),
г. Алматы, Республика Казахстан
Kishibayev Kanagat Kazhmukhanovich
PhD (Chemistry), Center for Physical and Chemical Methods of Research and Analysis of the Kazakh National University Named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan [email protected] Nechipurenko Sergey Vitalievich
PhD (Engineering), Center for Physical and Chemical Methods of Research and Analysis of the Kazakh National University Named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan [email protected] Tokpayev Rustam Rishatovich
PhD (Chemistry), Center for Physical and Chemical Methods of Research and Analysis of the Kazakh National University Named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan [email protected] Atchabarova Azhar Aidarovna
PhD (Chemistry), Center for Physical and Chemical Methods of Research and Analysis of the Kazakh National University Named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan [email protected] Umirbekova Zhanna Tanzharykovna
Doctoral Student, Center for Physical and Chemical Methods of Research and Analysis of the Kazakh National University Named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan [email protected] Tassibekov Khaydar Suleymanovich
PhD (Chemistry), Associate Professor, Center for Physical and Chemical Methods of Research and Analysis of the Kazakh National University Named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan Khaidar. [email protected] Efremov Sergey Anatolyevich
Dr. Sc. (Chemistry), Professor, Center for Physical and Chemical Methods of Research and Analysis of the Kazakh National University Named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan [email protected] Akhmetova Kuralai Shegenovna
PhD (Engineering), Associate Professor, JSC "Institute of Metallurgy and Enrichment" (JSC "IMaE"), Almaty, Republic of Kazakhstan [email protected]
РС1: 10.25702/КБС.2307-5252.2018.9.1.847-852 УДК 54.058 : 54-128.4 : 66.065.2 : 66.081
ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ ОТ КАТИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МЫШЬЯКА Р. И. Корнейков, К. А. Кесарев, Н. В. Жаров, В. И. Иваненко
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
