CC BY
16
R. K. Sotchenko, L. M. Vlasova, I. V. Figurinene, S. K. Kabiyeva, N. S. Remetova
ANALYSIS OF DRINKING WATER AND EVALUATION OF WASTE COAL MINING COAGULANTS USE
The analysis of drinking water produced during the treatment of incoming water to the water treatment plant from the channel «Irtysh-Karaganda». The main indicators of quality of drinking water purification are described. It was considered the most important types of coagulants, currently used in water treatment. The samples obtained from waste coagulants mining and processing of coal were tested for coagulation ability to clean water. The test results showed that they fully comply with all the requirements for these types of coagulants.
Р. К. Сотченко, Л. М. Власова, И. В. Фигуринене, С. К. Кабиева
АУЫЗ СУЫ ЖАРДАЙЫНЬЩ ТАЛДАУЫ ЖЭНЕ К9М1Р 9НД1РУ КАЛДЫКТАРЫНАН
КОАГУЛЯНТТАРДЫ ПАЙДАЛАНУ МУМКШДЖТЕРШ БАРАЛАУ
«Ертк-Караранды» арнасынан су тазарту стансаларына тусетш суды тазарту нэтижесiнде алынран ауыз судык жардайына талдау жасалран. Ауыз суды тазарту сапасынык негiзгi кврсеткiштерi келтiрiлген. Казiргi уакытта суды тазарту Yдерiсiнде колданылатын коагулянттардык макызды тYрлерi карастырылран. Квмiрдi вндiру мен байыту калдыктарынан алынран коагулянттар Yлгiлерi тазартылатын судык коагуляциялык кабiлетi сыналран. Зерттеу нэтижелерi олардык коагулянттардык осы тYрлерiне усынылатын барлык талаптарра толык сэйкестiгiн кврсеткен
Р. К. Сотченко, И. В. Фигуринене, Л. М. Власова
ВОЗМОЖНОСТЬ ВОВЛЕЧЕНИЯ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ В ПРОЦЕСС ПЕРЕРАБОТКИ
Карагандинский государственный медицинский университет
В связи с сохраняющимися темпами потребления угля и увеличением доли низкосортного угля в общем балансе угледобычи повышается актуальность решения широкого круга задач, заключающихся в утилизации отходов переработки угля и золы, экологии и защите окружающей среды. По оценкам специалистов, мировое хозяйство только из стационарных источников (ТЭЦ, котельные) выбрасывает более 120 млн. тонн золы. В Казахстане ежегодно в отвалы выбрасывается более 15 млн. тонн горной массы (отходов добычи и обогащения угля). Однако объем перерабатываемой минеральной части этих отходов исключительно мал по сравнению с возможным. Кроме того, при эксплуатации углеперерабатыва-ющих предприятий отторгаются земли из общего пользования под отвалы, шламо-отстойники, в которых хранятся твердые отходы, шламы и хвосты после обогащения, продукты сгорания углей на теплоэлектростанциях. Под отвалами отходов обогащения и углепереработки заняты значительные площади земли. Мелкие фракции разносятся ветром, засоряют атмосферу, поверхность и водоемы, что наносит урон не только окружающей среде, но и здоровью человека. Существует статистика, что только около 15% отходов вовлекается во вторичную переработку с получением необходимых для народного хозяйства продуктов.
По своему составу отходы добычи и обогащение угля таких месторождений, как «Экибас-тузкое» и «Борлинское», представляют собой комплексное сырье. Они отличаются высоким содержанием оксида алюминия (30-35%), диок-
сида кремния (55-60%), относительно низким содержанием оксидов железа и кальция, могут относиться к глиноземистому типу. Перспективным направлением переработки глиноземсодер-жащих углистых отходов Казахстана может явиться производство коагулянта - сульфата алюминия, применяемого для очистки питьевых и сточных вод. Проблема переработки заключается в том, что сырье является высококремнистым. Классические способы переработки в данном случае не представляются эффективными. Из известных способов переработки для данного вида сырья наиболее перспективным является способ кислотного растворения минеральной части углистых отходов [3]. Этот способ позволит уже на начальной стадии определить диоксид от оксида алюминия, что значительно упростит технологическую схему и позволит получить сульфат алюминия, который в настоящее время в Казахстане производится только на АО «Алюминий Казахстана» из продукта глиноземного цикла. Сиштоф - кремнистый остаток от выщелачивания, может явиться прекрасным сырьем для производства строительных материалов. Реализация технологии переработки углистых отходов на коагулянт и стройматериалы позволит решить не только проблему расширения сырьевой базы глиноземной промышленности, но и способствовать решению экологических проблем, связанных с многочисленными угольными отвалами на поверхности.
Сущность разработанной авторами статьи технологии заключается в обжиге углистых отходов с целью получения кислоторастворимого соединения, которое выщелачивают серной кислотой. Отфильтрованный раствор является готовым продуктом, применяемым в качестве коагулянта. Для получения кристаллического коагулянта раствор выпаривают с получением соли А12 ^04)3 *(17-18)Н2О.
Углистые отходы, обожженные в оптимальных условиях, выщелачивали серной кислотой. Гидрометаллургические особенности про-
цессов кислотной переработки глиноземистых углистых отходов исследовались с помощью математического моделирования. Изучение процессов выщелачивания и фильтрование проводилось с применением вероятностно-детерминированного планирования эксперимента, который основан на использовании латинских квадратов и уравнения Протодьяконова [1, 4]. Степень перехода оксида алюминия в раствор определялась в зависимости от температуры, продолжительности процесса, концентрации и количества серной кислоты, сорта материала.
Получена обобщенная модель процесса выщелачивания обожженной породы в серной кислоте:
Ур=100 ехр (-19,87Уп"0'89);
при R = 0,78; ^ = 8,68 >2.
Рассчитанное с помощью модели извлечение оксида алюминия в оптимальных условиях составляет 80,12%, фактическое - 76,8%.
Температура выщелачивания пульпы играет наиболее важную роль, так как ее изменение оказывает глубокое влияние на интенсивность процесса. Увеличение продолжительности выщелачивания - выше оптимальной, что влечет за собой уменьшение степени извлечения. Это объясняется снижением концентрации свободной серной кислоты в растворе по мере ее расходования и уменьшением количества непрореагировав-шего оксида алюминия в обожженной породе.
Исследование по разделению сернокислотных растворов, образующихся при выщелачивании обожженной породы от твердого остатка, производилось фильтрованием под вакуумом. Факторами, влияющими на этот процесс, были выбраны температура фильтрования, продолжительность отстаивания пульпы, количество добавляемого флокулянта - полиакриламида (ПАА), кислотность пульпы, остаточное содержание углерода в обожженной породе, а также крупность материала и высота слоя осадка на фильтре.
Получено обобщенное уравнение процесса фильтрования:
Ур=500ехр (-62,92Уп"0,798); при R=0,86; ^=14,4>2 и определены оптимальные условия фильтрования.
Повышение температуры способствует уменьшению вязкости жидкой фазы и в то же время - увеличению скорости гелеобразования золя кремниевой кислоты. Процесс гелеобразо-вания золя кремниевой кислоты приводит к увеличению удельного сопротивления осадка, следовательно, к снижению производительности фильтрования. Оптимальная температура фильтрования характеризует высокую степень растворимости сульфата алюминия в сернокислотном растворе, малое значение вязкости среды, а также точку, в которой скорость гелеобразования равна скорости коагуляции.
Влияние расхода ПАА на процесс связано с агрегированием коллоидных частиц кремнезема и отделением кремния на стадии фильтрования.
Количество ПАА определяет границу зоны флоку-ляции и стабилизации системы и сводит к минимуму обратный процесс пептизации. Время отстаивания не оказывает существенного влияния.
Влияние рН на процесс фильтрования определяется растворимостью сульфата алюминия и кремнезема в кислых растворах и способностью растворимого кремния к гелеобразова-нию. При рН=2 наблюдается максимальная по времени устойчивость золя кремнезема с наибольшим периодом гелеобразования. Увеличение рН до 3 нежелательно, так как ускоряется процесс гелеобразования.
Влияние остаточного содержания углерода определяется образованием смолистой пленки, появление которой можно объяснить повышением остаточного содержания углерода после обжига. Это приводит к увеличению поверхностного натяжения, а также повышению сопротивления фильтровальной перегородки за счет проникновения тонкодисперсных частиц углерода в ее поры.
По мере увеличения крупности материала возрастает полидисперсность в пределах одной фракции, что снижает скорость фильтрации за счет увеличения удельного сопротивления осадка. Для увеличения скорости процесса необходимо соблюдать соотношение мелких и крупных частиц в пределах одной фракции примерно 1:1, что приводит к небольшому удельному сопротивлению осадка на фильтре [2].
Технологический процесс получения коагулянта включает в себя основные стадии (рис. 1).
Исследованы физико-химические свойства раствора полученного коагулянта - сульфата алюминия - плотность и вязкость в зависимости от температуры и концентрации от 56,6 г/л до 146,88 г/л по оксиду алюминия. При увеличении концентрации растворов плотность и вязкость увеличиваются за счет возникновения пространственных структур, образуемых сцеплением макромолекул. Концентрацию раствора сульфата алюминия 95,5 г/л по А1203 можно считать оптимальной.
Проведена оценка коагулирующих свойств сульфата алюминия, полученного из минеральной части углей Борлинского и Экибастузкого месторождений. Установлено, что при очистке условно-чистых сточных вод оптимальный расход коагулянта составляет 24 мг/л. При этом расходе цветность воды снижается на 93%, а прозрачность увеличивается в 3-4 раза. При очистке нефтесодержащих сточных вод оптимальный расход коагулянта - 72 мг/л. Эффект очистки при этом по нефтепродуктам составляет 75%. Определено, что очистка сточных вод лакокрасочной промышленности коагулянтом из углистых отходов Борлинского месторождения более эффективна по сравнению с очисткой сульфата алюминия ПАЗа по взвешенным веществам. Эффективность очистки при расходе коагулянта 48 мг/л
Медицина и экология, 2012, 4
27
Углистые глиноземсодер^юащие отходы добычи и обогащения
4
Прием и подготовка сырья
4
Дробленный и измельченный материал
4
Об^юиг
4
Обожженный материал
4
Выщелачивание серной кислотой
4
Фильтрация
раствор сульфата алюминия
4 4
к потребителю сушка
4
твердый продукт
4
сиштоф
4
в строительное производство
к потребителю
Рис. 1. Технологический процесс получения коагулянта
составляет 99%.
Эффективность очистки питьевой воды сульфатом алюминия успешно определена на ПО «Водоканал» (г. Караганда) и сточных вод ОАО «Испат - Кармет» (г. Темиртау). Наиболее приемлемым оказался жидкий коагулянт, состава: А1203 - 9,21%; Fe2O3 - 0,54% . Испытание жидкого коагулянта для очистки дебалансовых вод оборотного цикла водоснабжения обжимного цеха и ЛПЦ - 1 показали эффективность очистки по взвешенным частицам - 79%, по нефтепродуктам - 96,6%. Проведенные испытания показали, что полученный коагулянт из отходов угледобычи и переработки соответствует всем техническим требованиям и является эффективным в процессе очистки питьевых и сточных вод и мо-
жет применяться на предприятиях водоочистки. ЛИТЕРАТУРА
1. Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. - М.: Металлургия, 1989. - 159 с.
2. Жужиков В. А. Фильтрование. Теория и практика разделение суспензии. - М.: Химия, 1980. - 400 с.
3. Лайнер Ю. А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. - М.: Наука, 1982. - 208 с.
4. Малышев В. П. Вероятно-детерминированное планирование эксперимента. - Алма-Ата: Наука, 1994. - 350 с.
Поступила 29.10.2012 г.
R. K. Sotchenko, I. V. Figurinene, L. M. Vlasova
POSSIBILITIES OF INVOLVEMENT OF MINING AND COAL WASTE IN PREPARATION PROCESS
The estimation of carbonaceous waste and mining waste of Borlin and Ekibastuz coal used in coal processing plants, the possibility of processing to produce high-coagulant used to clean drinking water and wastewater, the technology for production of coagulant-aluminum sulfate from waste mining and processing of coal and Ekibastuz-Borlin deposits received the test results of coagulant samples in laboratories of PD "Water-canal" (Karaganda), and "Ispat-Karmet" (Temirtau).
Р. К. Сотченко, И. В. Фигуринене, Л. М. Власова
К0М1РД1 0НД1РУ МЕН БАЙЫТУ КАЛДЫКТАРЫН КАЙТА 9ЦДЕУ УДЕР1С1НЕ ТАРТУ МУМК1НД1КТЕР1 ТУ1РАЛЫ
KeMip eндiру кэсторындарында колданылатын Еюбастуз жэне Бeрлi кем1рлер1нщ KeMip калдыктары мен eндiру калдыктарына баралау жYргiзiлген, ауыз су мен пайдаланылран суды тазартатын жорары сапалы коагулянттар алумен оларды кайта eкдеу мYмкiндiктерi зерттелген, Еюбастуз жэне Бeрлi кен орындарыньщ кeмiрлерiн eндiру мен байыту калдыктарынан коагулянт - алюминий сульфатын алудьщ технологиясы эзiрленген, «Водоканал» 6Б (Караганды каласы) жэне «Испат-Кармет» АК, (Темiртау каласы) зертханалары жардайында коагулянт Yлгiлерiн сынау нэтижелерi алынран.
