Исследование сернокислотного разложения краснооктябрьских бокситов с получением коагулянтов и их использование для водоочистки тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

' " к ОД КАВАХСЮШ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ШЦМШШШ , УШШЕРСИШ им. АЛЬ-ФАРАЕй

Не правах рукописи

сжб

УДК 546(04)+бб9.712.1+628.162.5 Т Е Л Е Ш Андрей Дмитриевич

ИССЛЕДОЭШПЕ СВРНОКйСЛОТНОГО РАЗЛОЖЕНИЙ КРАСНООШБРЬСШ БОКСИТОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ КОАГУЛЯНТОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ВОДООЧИСТКИ ■

02.00.01 - неорганическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических .наук

Алматы, 1995 г.

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете. s

Научный руководитель:-доктор технических наук, профессор

Нуркеев С. С.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Казова P.A.

кандидат химических наук, доцент Ташенов А.

Ведущая организация: Институт металлургии и обогащения HAH PK,

Защита диссертации состоится " ¿Г " Utö-^Jj 1995 г, в часов на заседании специализированного Совета

Д. 14/А Ol.II по присуждению ученой степени кандидата химических наук в Казахском государственном национальном университете им. Алъ-Фараби по адресу: 480012, гАлшты, ул.Виноградова, 95.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского государственного национального университета им. Аль-Фараби.

Автореферат разослан " " 1995 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук,

доцент yutp-tf^ Н„С„Шарапова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В результате научно-технического прогресса растет спрос на цветные металлы, повышаются требования к их качеству. Наибольший объем производства приходится на алюминий, сырьевая база которого - высококачественные бокситы, значительно истощалась. Острое полоаение с сырьем складывается а Казахстане, поскольку бокситы ТУргайского местороздения, являющиеся основной сырьевой базой Павлодарского алюминиевого завода, будут полностью выработаны, вероятно, в ближащие 10-15 лет. В связи с этик, встает вопрос о вовлечении в сферу производства бокситов других месторождений, качество руды которых существенно нике. Наиболее крупным из таких месторождений в Северной Казахстане является Краснооктябрьское. Бокситы этого месторождения характеризуются повышенным содержанием кремнезема, железа в форме сидерита и других примесей. Для такого алюминийсодераащего сырья более рациональными, перед традиционными щелочными способами, становятся кислотные методы переработки, а частности, сернокислотный способ, который позволяет, наряду с глиноземом, получать сульфаты алюминия и аелеза - широко используемые коа1улянты для очистки вода. Кроме чистых солей, возможно производство смешанных неочищенных коахулянтоз, что более целесообразно при наличии нелезистьгх бокситов с высоким содержанием кремнезема, т.к. отпадает необходимость в отделении нерастворимого остатка, разделения солей алюминия и железа, концентрирования продукционных растворов.

Производство коагулянтов является одной из приоритетных задач, что связано с ростом водопотребления. Только на нужды электроэнергетики стран GILT к 2000 году потребуется порядка 60,5 км^ воды, tie менее острая ситуация сложилась с очисткой сточных вод, объем кото-

9 ^

рых в СНГ составляет 2*10 м, в три раза превышая объем твердых от-

ходоа. При этом природоохранные мероприятия не отвечают возросшим в последнее вре:.!я требованиям. Одной из причин столь удручающего положения является дефицит и дешевых и доступных коагулянтах. Ъ Казахстане, например, потребность в сернокислом алюминии удовлетворяется лишь на 50-60;* и з дальнейшем дефицит будет расти.

Диссертационная работа выполнялась а соответствии с Республиканской целевой научно-технической программой Национального центра по комплексной переработки минерального сырья "Комплексное использование минерального сырья на основе ресурсосберегающих высокоэффективных технологий в горно-металлургической комплексе" на 19931997 гг., поисковыми научно-техническими программами и проектами Министерства науки и новых технологий Республики Казахстан, плавами научно-исследовательских работ Казахского Национального технического университета (!й Гос.регистрации г!иР: Ю94-РК01060, 0194РК 0058).

Целью настоящей работы явилась разработка физико-химических основ комплексной переработки бокситов Краснооктябрьского месторождения Северного Казахстана сернокислотным способом на глинозем, алюмокелезистый коагулянт, сульфат алюминия, скандиевый концентрат к другие продукты, а также изучение возможности применения смешанного алюмо-йелезистого коагулянта для очистки сточных и хозяйственно-питьевых вод.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- проведение термодинамического и кинетического анализов взаимодействия боксита с серной кислотой;

- исследование физико-химических свойств сульфатных растворов;

- анализ состояния алюминия в водных растворах;

- изучение возможности получения смешанного неочищенного алюмо-аелезистого коагулянта и его применения для очистки сточных и питьевых вод.

^Научной новизной обладают следующие результаты:

- выявлено влияние температуры и концентрации серной кислоты на изобарно-изотермдческий потенциал реакции разложения минералов, входящих в состав боксита и проведена оптимизация процесса его ра зло-гения;

- определены вязкость и плотность растворов в системе РеЭОц-Н^^-НьО в неизученных ранее областях при 25 и 85°С;

- впервые предложено уравнение для расчета стандартных анергий Гиббса образования мономерных; и полимерных гкдроксокошлексов алюминия катионного типа в водных растворах и найдены значения

о

£ для некоторых из них;

- впервье исследована скорость хлопьеобразования в зависимости от солевого состава очищаемой вода при использовании смеианного неочищенного алюмо-железистого коагулянта.

Достоверность подученных результатов. Основой шстоящих исследований послущл комплекс современных методов физико-химического анализа. Для изучения фазового состава и свойств исходного сырья и продуктов применяли кристаллооптический, рентгеноструктурный, териогравиметрический, Ж-сдекгросколический методы ажлиза, а также количественные спектральные методы. Химический состав фаз установлен с использование стандартных методик химического анализа.

Значительная часть исследований выполнена с использование методов математического моделирования и планирования эксперимента. Расчеты проведены на ЭВМ по специальным программам.

Привлечение всех вышеперечисленных методов позволило подтвердить достоверность полученных результатов.

Практическая ценность результатов исследований:

- данные теоретических исследований могут быть использованы в качестве справочных материалов;

- предложена сернокислотная технология переработки бокситов Север-

дС

ного Казахстана с получением неочищенного алюмо-железистого коахулянта, глинозема, сульфатов алюминия и железа (П), скандиевого концентрата и сиштофа;

- технология получения смешанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта АКК прошла опытно-заводскую проверку и в настоящее время внедрена на Д13 ПО ЩХК а г.Степногорске. На коагулянт АВК разработаны и зарегестрировакы а Госстандарте Республики Казахстан технические условия. Названный реагент разрешен Минздравом РК для очистки хозяйственно-питьевых и сточных вод;

- проведены полупромышленные и промышленные испытания вышеназванного коагулянта в реальных условиях очистных сооружений при подготовке воды хозяйственно-питьевого назначения. Данный коагулянт внедрен в практику очистки воды на Установке по подготовке питье вой зоды (ЯШВ) Южно-Казахстанской ГРЭС вместо сернокислого алюминия.

На защиту выносятся следующие положения:

- сернокислотный способ разложения боксита и его обоснование;

- результаты по изучению физико-химических свойств сульфатных растворов алюминия и железа (П,Ш);

- результаты теоретических исследований по состоянию алюминия в водных растворах;

- результаты исследований по получению и применению смешанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта кШ.

Апробация работы. Основные полокения диссертационной работы долонены и обсуздены на Республиканской научно-технической конференции "Очистка и использование сточных вод населенных мест и промпредприятий" (г.Алиаты,1993), Международной школе-семинаре по проблемам водных экосистем (г.Алдаты, 1994).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано печатных работ.

Структура и объем диссертационной работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на \ страницах машинописного текста, в том числе страниц приложений, включает Зб рисунка и таблиц, библиография включает наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

3 первой главе дана характеристика Краснооктябрьских бокситов Северного Казахе тана, фазовоминералогический состав которых был изучен на пробе лигнитового боксита. Руда включает гиббеит, каолинит, кварц, сидерит и лимонит - смесь гидрогетита и лепидок-рокита. Ее химический состав, 42,31; 5»58?

ко 1,93; 22,52; СаО 1,96; Л0г 0,40; 00% 1,10; 2>С 0,0055;

Оа 0,0042; п.п.п. 25,50; остальное 0,5. При этом 80-85/в глинозема находится в кислорастворимой форме.

Анализ литературных данных указывает на необходимость индивидуального подхода к разработке технологий, основанных на использовании различных типов бокситов, что объясняется разнообразием их минерального и химического составов даже в пределах одного месторождения.

Обзор существующих способов применения сернокислого алюминия и смешанных коагулянтов указывает на повышенную эффективность последних. Однако они имеют повышенную стоимость, нетехнологичны при получении, и использовании. Получение смешанных коагулянтов непосредственно из бокситов или других видов сырья позволит разрешить эти трудности. Тем не менее, каких-либо подробных данных по коагуляционным, токсикологическим, физико-химическим свойствам и применению таких реагентов найти а литературных источниках не удалось. Работы по промышленному получению смешанных неочищенных

коагулянтов и их внедрению в практику очистки воды в СНГ вообще не проводились.

Во второй главе представлены результаты термодинамического и кинетического анализов сернокислотного разложения бокситов Крас-нооктябрьского месторождения.

Температурная зависимость энергии Габбса реакций разложения основных минералов, входящих в состав бокситов - гиббсита, каолинита, бемита, гематита и сидерита, свидетельствует о том, что повышение температуры выше 373-4-23К с термодинамических позиций должно отрицательно влиять на процесс выщелачивания большинства из указанных минералов, за исключением сидерита, для реакции разложения которого 4(г^-т) снижается с - 43,8 до - 62,0 кДя/иолъ лря повышении температуры с 298 до 473К.

Проведенный термодинамический анализ взаимодействия минералов с серной кислотой с моляльной концентрацией от 0,5 до 30 при 298К показывает, что кривые зависимости Л Снимеют растяцу-

тый минимум, который приходится на 7-15 моляльные растворы кислоты Кинетические исследования по разложению боксита серной кислотой выявили слабую зависимость степени извлечения } ^^ОцоЕи в раствор от температуры. При этом кинетические кривые разложения железосодержащих минералов имеют максимум, четкость проявления которого возрастает с повышением температуры и увеличением времени процесса, что, очевидно, связано с протеканием процесса гидролиза солей железа (Ш). Процесс извлечения А^з в раствор лучше всего описывается уравнением образования центров кристаллизации, по форме совпадающем с уравнением Ерофеева - Колмогорова. Найденная эффективная энергия активации реакций разложения алшосодеряащих минералов составляет 2,53 кДж/моль, что указывает на протекание процесса в диффузионной области.

В третьей главе изложены результаты по изучению физико-химических свойств сульфатных растворов системы РеЗО^-Н^О^-^О и состояния алюминия ь растворе при очистке воды алюминийсодерхащими коагулянтами.

Были проведены измерения кинематической вязкости и плотности в следующих тройных системах: /^(^оДз-^г^О^з" ^£0^ (Щ)з~ РеЭ/IЫЩз-Ре^О^-РеЩ .

Исследования выполнялись с привлечением метода симплекс-решетчатого планирования диаграмм "состав-свойство".

Изучению подвергались локальные участки диаграмм, которые имели вид треугольников с вершинами, процентное содержание компонентов в которых для каждой из тройных систем приведены а табл.1.

Таблица I

Процентное соотношение компонентов в вершинах треугольников, ограничивающих области исследования а тройных системах.

г о ч_(ЩЫ (Ре (ЗД I

ка 1 ¡\ЦЩ)51 ^У*»- Н^Оц ! ¡\ЦЩ)3 ! Ре2Щ)3 1

Х1 70,0 1.0 29,0 70,0 1,0 29,0

ч 99,0 1,0 отс. 98,0 1,0 1,0

хз 70,0 30,0 отс. 70,0 29,0 1.0

Суммарная концентрация компонентов в исследуемых областях составляла 200 г/дм^„

Были получены полиномы неполного третьего порядка, описывающие поверхность кинематической вязкости и плотности при 25 и 85°С.

По уравнениям регрессии построены линии равных значений кинематической вязкости, которая выражена в сст, и плотности в кг/м^

(рис. 1-3). Изолиний вязкости нанесены сплошной чертой, а плотности пунктирной.

При повышении температуры с 25 до 85°С вязкость растворов всех исследованных трехкомпонентных систем снижается в 3-4 раза, а плотность - на 30-40 кг/м-3. При этом значения вязкости сближаются между собой и происходит как-бы сглаживание ее величины по всей площади треугольных диаграмм.

Кинематическая вязкость и плотность в системе

рис .1

Наибольший вклад в величину вязкости а изученных областях вносит сернокислый алюминий, а минимальный - серная кислота, ¿клад сульфатов железа (II,Ш) примерно одинаков. Такой характер влияния сохраняется как при 25, так и при 85°С для каддой из рассмотренных трехкомпонентных смесей. Для системы Ре^О^ при 85°С наблюдается значительный вклад эффектов парного взаимодействия, что приводит к появлению четко выраженного максимума вязкости, который находится примерно в центре диаграммы (рис.3,6).

Для систем, содержащих серную кислоту, наблюдается снижение плотности с увеличением ее содержания при обоих рассмотренных

температурах.

Кинематическая вязкость и плотность в системе

10 НО 60 80 X, х3

Температура (°С): а-25; 6-85 рис. 2

Кинематическая вязкость и плотность в системе

Х3 20 НО 60

го х* 2о ко

Температура (°С): а-25} 6-85 рис. 3

60 80 X.

Система характеризуется наличием

максимума плотности, находящегося приблизительно в центре диаграмм (рис. 3,а,б).

В водных растворах ряд металлов, в том числе и алюминий, как правило находятся а виде мономерных и полимерных гидрокеоконплек-сов катионного и анионного типов. Катионные полигидроксокомплекеы алюминия играют определяющую роль при очистке воды алыманийсодер-жащими коагулянтами. Б связи с этим возникает необходимость знать некоторые константы таких ионов.

Для расчета стандартных энергий Гиббса образования (й ) полигидроксокомплексов металлов, в частности алюминия, катионного типа нами предложено следующее уравнение:

а&5ПГха Цте - +

л с

где , АЬ-^-рэд - энергии Гиббса образования катиона

металла и гидроксид - иона, соответственно; X - число атомов металла в комплексе; у - заряд комплекса; П- - заряд катиона металла;

ионное произведение воды; ПА - произведение активности гидроксида металла; а.д,е - активность металла в растворе.

В таблице 2 представлены расчитанные стандартные энергии образования для некоторых полигидроксокомплексов алюминия.

По нашим оценкам относительная погрешность вычислений при использовании предложенного уравнения не превышает 3-4;«.

Используя найденные значения была построена диаг-

рамма распределения некоторых простых форм алюминия (Ш) в зависите "3 ~3 ъ мости от рН при = -Ч-Ю моль/дм3 (рисЛ).

Из приведенных результатов следует, что содержание мономерных

Таблица 2.

Энергии Гиббса образования ( А 1^298) ) различных модификаций подигидроксокомплексов алюминия

Комплекс

! ¿^(238) кДж/моль

Комплекс

кДж/моль

АМОН)^

А 13(0Н)Г М3(0 H)i

2+

i

№кт)Р

- 1470,3

- 2031,8

- 2432,5

- 2994,0

- 3181,2

- 3394,7

- 3769,1

hlM)fo+

6+

hi6m\z

amgh)?5+

AM^lf

AW0H)£

- 4143,4

- 5693,5

- 6303,7

- 7030,0

- 8366,6

- 9916,7

- 13552,0

комплексов ничтожно и алюминий (Ш) в выбранной области концентрации при рН > 2 существует в виде полимерных гидроксокомплексоз. При меньших значениях рН в растворе присутствуют только ионы ¡\1 .

Основываясь на представленных результатах, а также на некоторых литературных данных, можно предположить, что в интервале значений рН 2-11 с термодинамической точки зрения наиболее предпочтительны ионы для которых отношение числа атомов алюминия к величине заряда (без учета его знака) не ниже 2-3. Действительно, количество ионов

¡\1,т)г, АуоюГ и ряда других не превышает тысячных долей процента.

Состояние алюминия в растворе, а также состав очищаемой воды и тип коагулянта оказывают большое влияние на процесс хлопьеобра-зования.

Нами рассмотрен этот процесс при использовании смешанного а люмо- желез ист ого коагулянта следующего состава ($): П,79;

^чобщ) М Ь7; Н2,0; 503 40,5; СаО ,/^0 0,85; Н.0. 6,1;Нг0 30.

Распределение алюминия (Ш) по химическим формам в зависимости от рН раствора.

■6 8 10 12 Кис-потность^Н

<-А&ат; 2-Аа2(он)/; 5-м6№)6{к

рис А

Зависимость скорости хлопьеобразования от анионного состава воды изучалась с помощью диаграмм "состав-свойство" для трехкомпо-нентных систем. В качестве кошонентов выбрали На£^ А/аНС,/Уа^ которые в основном определяют солевой состав природных вод. Суммарная концентрация этих солей составляла 10 ммоль/дм^.

На рис.5 представлены получе}шые диаграммы, на которых отражена зависимость скорости хлопьеобразования от анионного состава воды и дозы коагулянта. Основная масса хлопьев оседает в течении 1-3 часов после начала хлопьеобразования, но часть мелких находится в воде во взвешенном состоянии. Полное осаждение на глубину 20 см происходит в течении 10-20 часов в зависимости от дозы и соотношения , ШНСО^ , Ма^ЗОц в исходной воде и коррелирует со скоростью образования хлопьев. Осаждение происходит тем быстрее, чем эта скорость выше.

Оптимальные условия для образования хлопьев создаются при определенном соотношении в растворе ионов ,НС05, БО^ , а именно з центральной части диаграммы (области 2-4). С увеличением дозы коагулянта оптимальная область расширяется, скорость хлопье-образованпя возрастает. Моано сделать вывод, что процесс хлопье-образования при использовании алюмо-железистого коагулянта зависит от щелочного резерва и рН воды.

влияние анионного состава воды на процесс хлопьеобразова-ния при введении алюмо-лелезисюго коагулянта.

рН 8Л

20 №

60

а)

во и ,з

2 О 60 БС

Доза коагулянта (мг/дм*'): а-100; 6-200 Области, в которых хлопьеобрезование протекает з течении: 1-5-8 ч; 2-45 мин; 3-90 мин; 4-25 мин.

рис. 5

3 четвертой главе проведено исследование условий разложения бокситов Краснооктябрьского месторождения и выделения соединений алюминия и келеза.

С целью нахождения оптимальных условий сернокислотного разложения бокситов были проведены работы с привлечением метода математического планирования эксперимента с использованием ротата-

бельного плана второго порядка для 4 факторов: температуры, времени выщелачивания, концентрации кислоты, массового отношения Т:Ж. В качестве откликов выступали степени извлечения А^з , ^ (о5щ 1ю результатам экспериментов были расчитаны уравнения регрессии второго порядка, по которым были построены проекции изолиний для степени извлечения компонентов в раствор в зависимости от факторов процесса (рис.6).

Влияние факторов на извлечение

Степень извлечения (£): а - ; б - Ре203 (еещ)

Зафиксированы факторы: Г = 40 мин; Т:Ж = 0,46

рис. 6.

Анализ полученных данных позволил считать оптимальными следующие условия процесса выщелачивания Краснооктябрьского боксита серной кислотой: температуру выщелачивания - Ю0°С; длительность процесса - 40 мин; концентрацию серной кислоты - 60%; массовое отношение Т:К - 0,46. Степень извлечения окиси алюминия при этом дос-

тигает 80$, а келеза (а пересчете на ) 85$.

Получаемый после сернокислотного разложения боксита, шив может быть переработан двумя методами. Первый из них кристаллизация с получением смешанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта. Зторой - отделение нерастворимого остатка, разделение солей алюминия и железа с последующим их выделением з качестве промежуточных соединений или конечных продуктов.

Фильтрация кислых пульп малопроизводительный и трудоемкий процесс. Поэтому для отделения шлама нами был использован метод отстаивания, оптимальные параметры которого следующие: температура - 70°С; доза флокулянта - полиакриламида - 10 мг/дм^; степень разбавления исходной пульпы 1,25 раза. При этом относительная высота осветленного слоя, т.е. отношение высоты осветленного слоя к общей высоте столба пульпы, составляет 65-?0% через 15 мин. после начала седиментации.

С целью разделения солей алюминия и железа был использован высокотемпературный (t = 200-230°С) гидролиз сульфата алюминия с получением водородного алунита по реакции:

Для достижения необходимой степени разделения требуется пег з+ г

ревести re. а re .в качестве восстановителя была использована нелегкая стружка. Процесс восстановления проводился при 80°С в течении 120 мин. Количество стружки 120-130$ от стехиометрически необходимого.

Для реализации комплексного подхода к использованию минерального сырья была исследована возможность извлечения скандия из продукционных растворов, содержащих порядка 0,0045 г/дм^ этого металла, с применением твердых зкстрагируювдх растворов(ТВЭРов) на основе высших карбоновых кислот (БКК) фракции С^ - C^q с добавками ди(2-этшггексил)фосфорной кислоты (Д23РЖ) и парафина а ка-

честве связующего. Методика получения ТВЗРоз была разработана на кафедре аналитической химии химического факультета Казахского национального государственного университета им. Аль-Фараби. Скандий извлекается количественно (> 99$) и эффективно отделяется от сопутствующих элементов а интервале кислотности водной фазы от рН = 2 до 9,0 моль/дм^ H^SO^ за время экстракции порядка 50-60 мин при температуре 29 ЗК. Отношение объемов 0:В может изменяться от 1:5 до 1:500.

Ка основании проведенных исследований предложена принципиальная схема комплексной переработки бокситов Северного Казахстана сернокислотным способом с получением глинозема, сульфатов алюминия и железа (II), смешанного неочищенного алюыо-железистого коа1улян-та, оксида скандия и о штофа (рис.7).

В пятой главе отражены результаты опытно-заводских испытаний и внедрения технологии производства смешанного алюмо-железистого коагулянта АЖ на ИЗ ПО ЦПСК, г. Степного рек, промышленной проверки коагулянта ASK при очистке воды хозяйственно-питьевого назначения з условиях насооно-фильтроаальной станции г.Акмолы и установке по подготовке питьевой воды на Юяно-Казахстанекой ГРЭС.

Опытно-заводекая проверка технологии получения смешанного неочищенного алюмо-железистого коахулянта АЖ позволила уточнить условия проведения процесса: температура сернокислотного разложения- П0°С; продолжительность процесса - 50-60 мин; концентрация серной кислоты - 60$; расход кислоты - 90$ от стехиометрически необходимого.

. В ходе промышленных испытаний линии по производству коагулянта АЖ общий объем, полученного при этом реагента, составил 31.тонну.

Принципиальная схема комплексной переработки бокситов Краснооктябрьского месторождения сернокислотным способом.

Боксит

Дробление и измельчение

рис* 7

Таблица 3

Результаты очистки сточных вод коагулянтом АЖК через I час отстаивания.

№ ! !_____Значениями ре метров сточной вода_______________

Параметры сточной 5 Мех .комбинат доза АЖК {Локомотив депо доза АЖ ¡Каичашйск .фарфор.з-д

пп.! !_250_МГ/Ли2_____1 _ ^0_мг/зм£______!доза_АЯК__100_мг/ам£ _

, воды |Д0 очисз,ки |ЦОсле очиа!до очистки |После очист.'до очист-1после очист-__•_____________•______тки_________"__ки____ки___'__ки___

1. Цвет грязно-сер. о'есцв.слег.грязно-зелен.бесцв.проз. белый бесцв.прозр.

мутный

2. Светопропускание, % 3,0 70,0 70,0 98,0

3. Взвешенные частицы, мг/дм5 - 8592,0 111,7

4. рН 6,2 7,6 8,1 7,5 7,8 7,0

5. Сухой остаток, мг/дм5 5700 5700 276 270 530 505

6. Щелочность обш£я,мг-экв/дм3 4,0 9,2 - - 2,8 2,0

7. Жесткость общая,мг-экв/дм5 9,0 9,0 - - 4,8 11,2

8. Нефтепродукты и жиры,мг/дм-3 151,0 4,4 45,0 3,4

9. СПАВ, мг/дм3 94,0 18,0 0,4 0,3

Г\: О

При лабораторных испытаниях коагулянта АЖ по очистке сточных вод Мехового комбината г.Алматы, Капчагайского фарфорового завода, Локомотивного депо ст ,Алматы-2 установлено, что предлагаемый реагент обладает широким спектром действия, проявляя активность при очистке воды от СПАВ, нефтепродуктов, красителейСгабл.З).

Проведенный физико-химический анализ алюмо-аелезистого коагулянта показал, что основными соединениями, входящими в его состав являются: ^(Щ^ЧВИ^ , Яе^фз < 9 Иг0, НЩ-Щ0у

2каолинит, кварц. Зто свидетельствует о его низкой токсичности, которая была подтверждена токсикологической экспертизой.

Промышленные испытания коагулянта АКК при очистке питьевой воды показали, что данный реагент по своим коагулирующим свойствам и эффективности близок к товарному сульфату алюминия ГОСТ 12966-85. В настоящее время смешанный неочищенный алюио-аелезис-тый коа1улянт АЖК внедрен в практику очистки воды на Вжно-Казах-станской ГРЭС.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Проведены термодинамический и кинетический анализы сернокислотного разложения бокситов Краснооктябрьского месторождения. Установлено, что с термодинамической точки зрения процесс выщелачивания целесообразно проводить серной кислотой 40-60^-ной концентрации при 373-423К. Найдено, что экспериментальные результаты лучше всего описываются уравнением образования центров кристаллизации, по форме совпадающем с уравнением Ерофеева-Колмогорова. Вычислены константы скорости гидрохимического разложения боксита при различных температурах, эффективная энергия активации реакций извлечения глинозема, ряд других параметров. Низкая величина энергии активации (2,53 кДх/моль) указывает на протекание процесса в

диффузионной области.

2. Проведено определение кинематической вязкости и плотности сульфатных растворов системы ^(^О^^Ре^О^-РеБО^-Н^О^ — Н^Р при 25 и 85°С в неизученных ранее областях. Повышение температуры с 25 до 85°С вязкость растворов снижается в 3-4 раза, а плотность на 30-40 кг/м^. Установлено, что при температуре 85°С кинематическая вязкость и плотность слабо зависят от состава растворов

3. Предложено уравнение для расчета стандартной энергии Гиб-

ло

бса образования (Аи^т)) полимерных гидроксокомплексов металлов катионного типа в водных растворах. С помощью указанного уравнения найдены 4для гидроксокомплексов алюминия. При этом относительная погрешность вычислений не превысила 3-4%. Найдено распределение алюминия и железа (1И) по химическим формам ( в виде мономерных и полимерных ионов) в зависимости от рН раствора. Предполагается, что для алюминия в интервале значений рН 2-11 шиболее устойчивы ионы, для которых отношение числа атомов алюминия к величине заряда (без учета его знака) не ниже 2-3.

4-, С привлечением метода математического планирования эксперимента найдены оптимальные условия сернокислотного выщелачивания Краснооктябрьских бокситов: температура - 100-П0°С; концентрация кислоты - 60$; массовое отношение Т:Е - 0,46-0,5; продолжительность процесса - 40 мин. Степень извлечения Д^з при этом достигает 80$, а железа (в пересчете на ) - 85$.

5. Показана возможность эффективного разделения жидкой и твердой фаз пульпы методом отстаивания с использованием фдокулян-та - полиакриламида. Из осветленных продукционных растворов путем автоклавного гидролиза с последующим термическим разложением водородного алунита получен глинозем марки Г-0. Для получения глинозема и сульфата алюминии чистых по железу предлоаеш очистка растворов от железа (Щ) путем его предварительного восстановления

до двухвалентного состояния келезной стружкой. После отделения водородного алунита раствор железного купороса упаривался для получения кристаллического сульфата железа. Установлена принципиальная возможность селективного извлечения скандия из продукционных растворов ТВЭРами на основе системы ЗКК - парафин - Д2ЭГФК.

6. Проведены лабораторные испытания по применению смешанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта АХК при очистке хозяйственно-питьевых и сточных вод ряда предприятий Республики Казахстан. Изучен процесс хлопьеобразования в зависимости от анионного состава очищаемой воды. Показано, что реагент АЖ обладает широким спктром действия, проявляя активность при очистке воды от СПАВ, нефтепродуктов, красителей, ионов цветных металлов. Установлено, что коагулянт АЖ обладает меньшей острой токсичностью по сравнению с товарным сульфатом алюминия.

?0 Предложена технология комплексной переработки бокситов Северного Казахстана с получением глинозема, смешанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта, сульфатов алюминия и железа (П), оксида скандия и стройматериалов.

8. Осуществлены опытно-заводская и промышленная проверки технологии получения смешанного неочищенного алюыо-железистого коагулянта АЖК. Общий обьем реагента, наработанного в процессе промышленных испытаний составил 31 тонну. На коагулянт АШ разработаны и зарегестрированны в Госстандарте Республики Казахстан технические условия (ГУ640РК-19559052 Т00-01-94, № Гос. регистрации 116/ 004264 от 15.08.94). Минздравом РК данный реагент разрешен к применению для очистки сточных и хозяйственно-питьевых вод.

9. Осуществлены полупромышленные и промышленные испытания коагулянта АШ при очистке воды хозяйственно-питьевого назначения в условиях насосно-фильтровальной станции г.Акмолы и Установки по подготовке питьевой воды (УШ13) ¡Окно-Казахстанской ГРЭС. Установле-

но, что алюмо-железистый коагулянт АШ по своим коагулирующим свойствам и эффективности близок к товарному сульфату алюминия ГОСТ I2966-B5. По результатам испытаний коагулянт ASK внедрен в практику водоподготовки на ЛШВ Южно-Казахстанской ГРЭС.

1. Куркееа С.С., Телеш А.Д. Применение алюмо-железистого коагулянта для очистки сточных вод. Тез.докл. Республиканской научно-технической конференции "Очистка и использование сточных вод населенных мест и промпредприятий". - Алматы, 1993. С.24.

2. Нуркеев С.С., Телек А .Д. исследование сернокислотного выщелачивания лигнитовых бокситов Северного Казахстана. - Комплексное использование минерального сырья, 1994, Ш. С.57-60.

3. Нуркеев С.С., Штоллер Я.В., Мусина У.Ш., Телеш А.Д. Получение алюыожелезастого коагулянта из некондиционных бокситов. -Новости науки Казахстана. Экспресс - информация, 1994, fö3. С.21-23.

4. Нуркеев С.С., Гелеш А.Д. К вопросу о состоянии алюминия(Ш) в водных растворах. - Дел. в КазгосйНТИ, 1994, й 4665-Ка94.

5. Нуркеев С.С., Телеш А.Д. Ус следование процесса хлопьеобра-зованяя при использовании алюмо-железистого коагулянта, полученного из бокситов Северного Казахстана. - Комплексное использование минерального сырья, 1994, №5. С.51-55.

6. Нуркеев С.С., Телеш А.Д. Стандартные энергии Гиббса образования некоторых полигидроксокомплексов алюминия в водных растворах.-Комплексное использование минерального сырья, 1994, й«6. С„51-54.

7. Нуркеев С.С., Озеров А.И., Мусина У.Iii., Телеш А.Д. Алкшо-аелезистый коагулянт - перспективный реагент для очистки сточных

и питьевых вод. - Новости науки Казахстана. Экспресс - информация, 1994, М. С.23-25.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Тэлез ."мгтгричвлч

лрзснооктябгь бокс".:ттэГ'1я кп: хрт«;ч1!н;нлттп' ^•^ЛТ'Лгап коаг'Л^гнттар тл-г гм!н з^п??»-.' я'ене слагуг- с.' тарарт' тгш! цсл^ан-%

сул^аттяр «рхтттгхларх ОДЭДгЗДОД-РеЬС^НгЩ'^

>:*г.!еле;пн %э:1К0-хжчялкн з»рттэ"лер.пщ цоргдапчлчрк кзлтхрхяген. С" ерхттнд1л.э:пндег1 -шшня:: ктЛ1Нв /Ш/толдау яург131ллх.^ок-сттсдщ кукаучрауъша артурлх ^акторлардчц эсер эт/1 караладьт. Табалган зт^дмлнктарлщ и-зг1зщд9 су тазалау аралас тазаланбпгян тлюуо-темхрл I коагулянтам А1Ч,алпминиЛ лэнз то;Лр сульфат таран /II/ алу эпхс1 усчнылыл отчр.Скчндкйдч цъчп зкстрагцрландм эрлтхнти турхнде оцаашюп алу :.уулвкхнд5т1 тэксэ-рхлр1.

"•¿олэлдхк ерггхндхлврле »плтко-теихрл х когглянтиг па'"даланган-да, УСО^ С(- ) %0-ц ~ ан;юнлармш.гк улпектзрдщ ту.зхлу1 згыл-дамд'Ц'ына эсер- зт-' ^арастсрнлагг?,

Габчг-; жзнз лас с"ларлч «Ж ре'дгэнтхн цоядтц/ме»« яузЬш бэл-:кктэрпзн,мука'1 внЬ.щз?«¡ен, устбелсэндт кэне боягыл за?тяр-д.1Н тязаргг зертта^лэр эткгзьлдд.

Telesii Art drey Dmitri evich Investigation sulphurik- acid leaching Krasnooktysfc rski bauxites to produee a flocculants end theirs application in water purifikation.

In this work the results of Al^SO^Jy-Fe^SO^-FeSC^-HgSO^-HjO system's physico-chemical characteristics have been studied. The state of aluminium (III) in the water solutions was analysed. The influence of diverse factors on sulphuric-acid leaching bauxites was studied. On their basis method for production of mixed aluminum-ferriferous flocculant (AFP), aluminum sulphate and ferric (114 sulphate for water treatment have been suggested. Possibility for extraction of scandium by solid solutions was tested.

Influence of anions HCO^"» Cl~, on rate flocculation

process with use of AFP for model solutions was studied.

Investigations for water treatment and purification of sewage from suspensions, oil, surfactants, dye-stuffs by AFF have been carried out.