Многофункциональные коагулянты на основе гидрокарбоалюминатов кальция

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КОАГУЛЯНТЫ НА ОСНОВЕ ГИДРОКАРБОАЛЮМИНАТОВ КАЛЬЦИЯ

Сизякова Екатерина Викторовна к.т.н., доцент В последнее время в технологии производства различных строительных и композиционных материалов все большее значение приобретает использование новых материалов, в частности гидроалюмокарбонатов кальция и магния, наиболее перспективным является гидрокарбоаолюминат кальция (ГКАК) 4CaO? Al₂O₃?mCO₂?11H₂O.

Профессором В. М Сизяковым впервые была доказана возможность и определены условия синтеза ГКАК в среде сильных электролитов в условиях глиноземного производства (вместо нескольких месяцев в водной среде).

ГКАК имеет слоистую структуру, которая строится из молекул гидроалюмината кальция, воды, ионов группы СО₃^2- и активной OH^- -группы, способной к обмену.

В процессе превращения неустойчивой гексагональной решетки ГКАК в устойчивую кубическую решетку трехкальциевого гидроалюмината 3СаОхAl₂O₃х6H₂O возникают удачные условия для активного захвата кремнезема из растворов глиноземного производства, при этом достигается сверхвысокая степень очитски, величина кремниевого модуля алюминатных растворов, обескремненных с помощью гидрокарбоалюмината кальция достигает 4000 ед. Этот способ обескремнивания является основой технологии получения глинозема высших марок из низкокачественного отечественного сырья.

Под руководством профессора В. М. Сизякова с 90-х годов кафедрой металлургии Национального минерально-сырьевого университета «Горный» ведутся работы, направленные на расширение сферы применения гидрокарбоалюминатов кальция в различных областях, в частности в качестве активного ионообменника для очистки сточных вод металлургического производства.

Практически все переделы производства цветных металлов требуют значительного количества свежей воды. Загрязнения сточных вод предприятий цветной металлургии представляют собой ионы металлов, грубодисперсные примеси, кислотами, ПАВ и т. д., при всем их многообразии общими для них являются вредность, а часто значительная агрессивность и токсичность.

Очищающие реагенты, применяемые на подобных предприятиях должны сочетать максимальную эффективность с дешевизной и безопасностью использования.

Наибольшее значение для очистки промстоков поликомпонентного состава имеют железосодержащие, алюминийсодержащие и смешанные коагулянты.

Исследование возможности использования «традиционного» ГКАК, полученного в объединении «Пикалевский глинозем» по способу Сизякова В. М., в качестве коагулянта при очистке природных и сточных вод начато в 1996 году в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г. В. Плеханова совместно с Государственным унитарным предприятием (ГУП) Инженерным центром «ВОДОКАНАЛ».

Опыты по использованию гидрокарбоалюминат кальция в качестве ионообменника проводились совместно специалистами Горного университета и ГУП «Инженерный центр ВОДОКАНАЛ» на ряде предприятий (ЦКБ МТ «РУБИН», электродепо «Дачное» Санкт-Петербургского метрополитена, Каменская бумажно-картонная фабрика, Карбюраторный завод, Завод им. Дегтярева).

Результаты проведенных испытаний показали высокую активность ГКАК. Гидрокарбоалюминат кальция, проявляя себя как многофункциональный коагулянт, эффективно очищает воду от ионов тяжелых металлов, ПАВ и органики.

Одной из причин загрязнения природных водных бассейнов в промышленных регионах является сброс необработанных сточных вод металлургических предприятий в природные водоемы. Нарушается баланс природных экосистем, вода становится непригодной для питья. Очистка воды для восстановления её качества требует значительных затрат.

Предприятия, расположенные в городской черте часто практикуют сброс сточных вод в городскую канализацию, но применяемые городскими службами системы очистки рассчитаны на бытовые стоки и не могут перерабатывать тяжелые металлы.

Многолетние исследования доказали, что для очистки стоков гальванических производств наиболее эффективными неорганическими реагентами являются соли алюминия, при гидролизе которых образуется активный гидроксид.

Главным препятствием их широкого использования является высокое содержание остаточного алюминия, и узкий интервал рН, в котором они проявляют наибольшую активность, а также уменьшение их активности при понижении температуры.

Применение в качестве ионообменника гидрокарбоалюмината кальция позволяет существенно расширить рабочий интервал рН. Установлено, что остаточное содержание алюминия в воде в этом случае намного меньше предельно допустимого (0,5 мг/дм³).

Гидрокарбоалюминат кальция может быть применен для очистки стоков в диапазоне величин водородного показателя от 6 до 12 без превышения содержания алюминия выше ПДК.

Предположительно карбоалюминат в процессе водоочистки работает одновременно как ионообменник (выделяет в раствор эквивалентное количество анионов ОН^-); адсорбент ионов тяжелых металлов (за счет сильно развитой активной поверхности) и утяжелитель осадка, улучшающий его реологические свойства. вода очистка гидрокарбоаолюминат ионообменник Полученный по способу В. М. Сизякова многофункциональный коагулянт на основе ГКАК применялся для очистки объединенных гальванических стоков завода им. Дегтярева (г. Ковров).

Были проведены лабораторные исследования и полупромышленные испытания, в ходе которых была принципиально определена возможность использования гидрокарбоалюмината в качестве эффективного ионообменника при очистке заводских стоков.

Данные по остаточному содержанию ионов примесных металлов приведены в таблице.

Таблица 1 — Остаточное содержание ионов примесных металлов в воде после очистки.

Результаты испытаний показали, что по сравнению с широко применяемым в качестве коагулянта сульфатом алюминия карбоалюминат кальция имеет ряд преимуществ, а именно: более высокую эффективность очистки; более низкое остаточное содержание Al в очищаемой воде; короткий период очистки (около 20 минут).

Все компоненты предлагаемого коагулянта разрешены к применению, для его внедрения в действующее производство не требуется реконструкция существующих очистных сооружений, отходы очистки могут быть использованы как минерализующие добавки в цементном производстве.

Библиографический список

• 1. Сизяков В. М. Докторская диссертация, Л., ЛГИ им. Г. В. Плеханова, 1983.
• 2. Запольский А. К., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия, 1987. 204 с.
• 3. Климентенок Г. Г. Кандидатская диссертация, СПб., СПГГИ (ТУ) им. Г. В. Плеханова, 2002.