новая папка / Исследование управляемости транспортного

образование больших объемов шламов; повышенное солесодержание очищенной воды; зарастание реакторасмесителя и трубопроводов нерастворимыми и малорастворимыми отложениями. А главное, при реагентных методах очистки, как правило, не удается осуществлять комплексное использование компонентов горнопромышленных сточных вод, в частности сульфатной составляющей.

Известен способ получения сульфата аммония из сточных вод [6], содержащих сульфат аммония, серную кислоту и загрязненных органическими примесями, путем продувки газообразного аммиака под давлением 5–12 атм. и 10–20ºС в течение 2 час.

Известен также способ получения сульфата аммония из промывных растворов травления металла, содержащих сульфат железа (II) и серную кислоту [7], путем нейтрализации известняком при рН от 5 до 9, отделения полученного гипса от воды отстаиванием, коагуляцией и фильтрованием, обработкой гипса 30–50 %-ным раствором углекислого аммония с получением осадка углекислого кальция и раствора сульфата аммония, возвратом осадка углекислого кальция на нейтрализацию промывной воды, упариванием раствора сульфата аммония, кристаллизацией и сушкой кристаллов с получением целевого продукта. Однако, недостатком данного способа получения сульфата аммония является многостадийность процесса, а также высокое содержание примеси сульфата железа в целевом продукте.

Целью настоящей работы является изучение возможности переработки сернокислотных сточных вод месторождений полиметаллических сульфидных руд Башкирского Зауралья аммиачным методом с получением азотсодержащего жидкого, а также сухого удобрения – сульфата аммония.

Экспериментальная часть

В качестве объектов исследования взята карьерная вода у поселка Бурибай (Южный Урал), содержащая в мг/ дм3: сульфаты – 8200, железо общее – 280, медь – 47, цинк – 49, марганец – 27, рН среды 3,0. А также исследована подотвальная вода отработанного месторождения железо-медно-цинковых сульфидных руд Куль-Юрт- Тау, содержащая 35,7 г/дм3 сульфата железа (III), 9,5 г/ дм3 серной кислоты, а также примеси микроэлементов в мг дм3: марганца – 29, меди – 26; цинка, кобальта и никеля – по 12. Показатель рН исходной подотвальной воды 2,1. Характерной особенностью подотвальных сточных вод является присутствие железа в окисленной форме Fe (III).

Для переработки горнопромышленных сточных вод рассмотрен аммиачный метод путем их обработки аммиачной водой и карбамидом с получением сульфата аммония.

Лабораторные исследования проводились с использованием аммиака водного по ГОСТ 3760–79 в виде рас-

твора с массовой долей 10 % NH3, карбамида по ГОСТ 2071–92.

Лабораторные исследования по переработки сточных вод проводили при комнатной температуре на лабораторной установке, состоящей из реактора, магнитной мешалки и pH-метра, путем прибавления к стокам водного раствора аммиака. Процесс нейтрализации сточных вод аммиачной водой проводили при постоянном перемешивании до достижения определенного значения рН в течение 20–30 минут, затем отделяли образовавшуюся твердую фазу фильтрованием под вакуумом с получением раствора сульфата аммония. Предварительно определяли скорость осаждения твердой фазы и скорость фильтрации суспензии.

Лабораторные опыты по переработке сточных вод карбамидом проводили при температуре 95–98ºС до достижения нейтральности среды реакционной смеси с последующим отделением твердой фазы и получением раствора сульфата аммония.

Определение состава проб сточных вод на содержание ионов металлов произведено атомно-абсорбционным методом на спектрометре Shimadzu АА-6200, концентрация сульфат-ионов определено турбодиметрическим методом.

Определение массовой доли общего азота в растворе сульфата аммония проводили предварительным переводом амидного азота в аммонийную форму путем обработки серной кислотой и нагревом смеси до появления паров серной кислоты, далее отгонкой из щелочного раствора аммиака и его абсорбцией сернокислотным раствором. Количество отогнанного аммиака определяли титриметрическим методом.

Содержание железа в растворе сульфата аммония и в осадках определяли фотоколориметрическим методом.

Размер частиц осадка гидроксида железа Fe (OH)3 исследован на анализаторе размеров частиц марки SALD – 7101 – HW (Shimadzu, Япония).

Обсуждение результатов

При обработке горнопромышленных сточных вод аммиаком протекают следующие химические реакции с образованием осадка гидроксида железа и раствора сульфата аммония:

Н2SO4 + 2NH4OH → (NH4)2SO4 + 2H2O

Fe2 (SO4)3 + 6NH4OH → 2Fe (OH)3 ↓ + 3 (NH4)2SO4 В технологических процессах, протекающих с обра-

зованием коллоидного осадка гидроксида железа (III) Fe (OH)3 огромное значение имеет скорость осаждения осадка и фильтрационные свойства суспензии.

Для достижения удовлетворительных показателей по скорости фильтрации получаемой суспензии, на основании полученных экспериментальных данных, предложено проведение процесса нейтрализации стоков аммиаком в две стадии. На первой стадии горнопромышленные сточные воды нейтрализуют аммиаком до достижения рН реакционной смеси 4,5–5 и выделяют полученный осадок

гидроксида железа Fe (OH)3 красно-бурого цвета. По полученным данным размер частиц Fe (OH)3 составляет от 25 до 87 мкм, причем размеры более 90 % частиц лежат в пределах 38–87 мкм. Установлено, что скорость осаждения твердой фазы составляет 0,15–0,20 м/час, а скорость фильтрации суспензии на уровне 0,1–0,2 м3/м2*ч.

Далее фильтрат донейтрализуют аммиаком с получением раствора сульфата аммония с показателем рН среды 6,5–7. Полученный раствор сульфата аммония упаривают, выделяют кристаллы и сушат с получением сухого продукта с микроэлементами [8]. Целесообразно использование раствора сульфата аммония в качестве азотсодержащего питательного раствора, при этом исключаются такие энергоемкие технологические стадии, как упаривание раствора, сушки кристаллов, а также узлы очистки отходящих газов, классификации и дробления продукта.

При этом достигается нейтральность среды раствора азотного удобрения, а соединения микроэлементов меди, марганца, цинка, кобальта остаются в жидкой фазе в виде растворенных соединений. Это обусловлено тем, что интервал рН осаждения гидроксидов микроэлементов составляет: для цинка – 7,0–8,0; кобальта – 7,6–9,2; меди 7,3–8,5; никеля – 7,7–9,5; марганца – 8,8–10,4. Для данных микроэлементов характерно также образование водорастворимых комплексных соединений с аммиаком формулы [Ме (NH3)6]2+.

Для обработки 1 м3 подотвальной воды Куль-Юрт- Тау расходуется 14,0–14,5 дм3 аммиачной воды, при этом образуется 830 дм3 питательного раствора или 16 кг сухого порошкообразного сульфата аммония, а также 4,8 кг сухого осадка гидроксида железа (III). При переработке 1 м3 карьерной воды Бурибай расходуется 3 дм3 аммиачной воды, образуется 930 дм3 питательного раствора или 4 кг сухого порошкообразного сульфата аммония, а также 0,6 кг сухого осадка гидроксида железа. Питательный раствор, полученный из подотвальной воды Куль-Юрт-Тау, содержит 0,34 % азота; а из карьерной воды Бурибай – 0,06 % и может быть использован для подкормки сель-

Литература:

скохозяйственных культур. Присутствие микроэлементов в питательном растворе повышает агрохимическую эффективность удобрения.

Для получения сульфата аммония из сернокислотных горнопромышленных сточных вод предложено в качестве азотсодержащего реагента использовать карбамид, взятого в мольном соотношении карбамид: сульфаты, равным 1–1,5:1, нейтрализацию карьерной или подотвальной воды осуществлять при температуре 95–99°С до достижения показателя рН среды 6–7. Данная технология основана на реакции гидролиза карбамида с образованием аммиака и углекислого газа в кислой среде:

NH2СONH2 + H2O → 2NH3 + CO2

Выделяемый аммиак в свою очередь взаимодействует с серной кислотой и сульфатом железа с образованием сульфата аммония.

При снижении температуры ниже 95°С увеличивается продолжительность процесса из-за снижения скорости гидролиза карбамида. Повышение температуры выше 99°С нежелательно из-за перерасхода энергоресурсов и кипения реакционной массы. При снижении расхода карбамида менее мольного соотношения карбамид: сульфаты, чем 1:1, не достигается нейтральность среды реакционной массы из-за недостатка реагента. Увеличение расхода карбамида более мольного соотношения карбамид: сульфаты, чем 1,5:1 приводит к перерасходу реагента. Продолжительность процесса 5 часов.

При переработке 1 м3 карьерной воды Бурибай расходуется 1,5 кг карбамида, при этом образуется 3,8 кг сухого порошкообразного сульфата аммония, а также 0,5 кг осадка гидроксида железа в пересчете на сухое вещество.

Осадок гидроксида железа Fe (OH)3 может быть использован в качестве пигмента [9], а также сырья для производства железа.

Таким образом, аммиачный способ переработки горнопромышленных сточных вод обеспечивает рациональное использование компонентов исходного сырья с получением азотсодержащего жидкого и порошкообразного удобрения.

По результатам проведенных исследований наблюдается высокое содержание ионов аммония, взвешенных веществ, фосфатов и нефтепродуктов. Это подтверждается результатами биотестирования, которое проводилось Тихорецким отделом СИАК [1, с. 12]. Это свидетельствует о токсичности сточной воды (табл. 2).

Таким образом, в результате проведенных работ по определению загрязняющих веществ в атмосфере превышений нормативов ПДК в СЗЗ по диоксиду азота, оксиду углерода и диоксиду серы не обнаружено.

В пределах свалки ТБО в почвах и техногенных грунтах накоплен свинец, цинк, молибден, никель, серебро, фосфор и степень загрязнения почв и техногенных грунтов на свалке ТБО достигает опасной категории. Опасных экзогенных геологических процессов на территории свалки

Литература:

ТБО не выявлено. Суммарный показатель загрязнения почв и техногенных грунтов (Zс) на свалке изменяется в пределах от 1,4 до 9,2, что говорит о допустимом уровне их загрязнения. Свинец, хром, никель, нефтепродукты и фенолы свободно мигрируют в окружающей среде, о чём свидетельствует их проникновение в зону аэрации.

В грунтах зоны аэрации установлены загрязнения нефтепродуктами, а также зафиксировано засоление из-за превышения ПДК по сульфатам, достигающее опасной категории. Таким образом, состояние грунтов зоны аэрации рассматривается как «напряженное».

Экологическое состояние окружающей среды на территории свалки характеризуется как «напряженное». Угрозы здоровью населения нет. Ущерб окружающей среде восполним с применением технических средств.