Фторсодержащие сточные воды – одна из главных проблем добывающей и перерабатывающей промышленностей. Добыча, обогащение, сернокислотное вскрытие апатитового концентрата – все эти процессы сопровождаются образованием огромного количества сточных вод с повышенным содержанием фторидов, которые представляют серьезную опасность для окружающей среды. Традиционные методы не всегда позволяют достичь требуемых нормативов сброса, что в свою очередь диктует необходимость поиска альтернативных реагентов. Основной целью данной работы является оценка возможности использования отходов горно-металлургического комплекса (фосфомел, магнезиальный лом, пыль установок газоочистки) в качестве реагентов-осадителей первого этапа удаления фторид-ионов с последующей доочисткой комплексными титансодержащими коагулянтами. Проведены эксперименты по подбору реагентов и их дозировок, применение которых позволит достичь наименьших остаточных концентраций фторидов в воде. Установлено, что применение гидроксидов кальция/магния не позволяет достигать нормативов по остаточному содержанию фторид-аниона. Определено, что для достижения максимальной эффективности осаждения необходим 30 %-ный избыток реагентов-осадителей. Доказана возможность применения крупнотоннажных минеральных отходов в качестве реагента-осадителя фторид-иона, при этом эффективность очистки составила 94 % для фосфомела, 90 % для лома магнезиальных огнеупоров и 99 % для установок газоочистки. Доказана эффективность применения комплексных титансодержащих коагулянтов для дефторивания воды по сравнению с традиционными коагулянтами (оксихлорид/сульфат алюминия). Применение комплексного реагента позволяет не только существенно сократить расход коагулянта и минимизировать остаточное содержание фторид-аниона, но и существенно интенсифицировать процессы седиментации (в 1,5-1,75 раза) и фильтрации (1,25-1,5 раза) коагуляционных шламов. Разработанная концепт-схема дефторирования сточных вод с использованием крупнотоннажных отходов и комплексных титансодержащих реагентов позволяет существенно снизить уровень негативного воздействия на окружающую среду и сделать шаг к реализации концепции экономики замкнутого цикла.
Поиск новых высокоэффективных реагентов для процессов очистки сточных вод – сложная и актуальная задача. Титансодержащие коагулянты представляют новое направление водоочистки и по своей эффективности существенно превосходят традиционные алюминий- и железосодержащие коагулянты. Высокая стоимость реагентов существенно тормозит их внедрение. Комплексные титансодержащие реагенты – коагулянты, полученные модификацией традиционных коагулянтов добавкой 2,5-10,0 мас.% соединений титана. В данной работе тетрахлорид титана, полученный из кварц-лейкоксенового концентрата, прегидролизован с последующим обменным разложением серной кислотой. Полученную смесь соляной и серной кислот нейтрализовали гидроксидом/оксидом алюминия с образованием самотвердеющей смеси (химическая дегидратация). Образец комплексного сульфатно-хлоридного титансодержащего коагулянта представлял из себя смесь AlCl3·6H2O – 5-20 мас.%, Al2(SO4)3·18H2O – 70-90 мас.% и TiOSO4 – 2,5-10,0 мас.%. Доказано, что изменяя соотношение оксида/гидроксида алюминия и тетрахлорида титана на стадии прегидролиза и обменного разложения, возможно получать образцы комплексного коагулянта с различным содержанием модифицирующей добавки соединений титана. Оценка коагуляционных свойств комплексного реагента продемонстрировала его повышенную эффективность в холодной воде в сравнении с сульфатом алюминия. Исследования использования комплексного титансодержащего коагулянта в процессе очистки сточных вод от фосфат-анионов и взвешенных веществ продемонстрировали его повышенную эффективность в сравнении с традиционными реагентами. Преимущества полученного реагента – снижение эффективной дозы реагента, минимизация остаточных концентраций загрязняющих веществ в очищенной воде, интенсификация процессов седиментации и фильтрации коагуляционных шламов. Очищенная вода может быть использована повторно в системе оборотного водоснабжения. Использование в качестве исходного сырья кварц-лейкоксенового концентрата и получаемого на его основе тетрахлорида титана позволит не только минимизировать стоимость получаемого комплексного коагулянта, но и сделать шаг к реализации концепции Zero Waste.
Лейкоксен-кварцевый концентрат – крупнотоннажный побочный продукт разработки Тиманского нефтетитанового месторождения (нефтенасыщенные песчаники), не нашедший в настоящее время промышленного применения. Высокое содержание соединений титана (до 50 % по массе) и отсутствие промышленных, рентабельных и безопасных технологий его переработки определяет высокую актуальность работы. Традиционные технологии переработки позволяют повысить концентрацию TiO2, однако являются лишь подготовкой к сложному и опасному селективному хлорированию. Изучен процесс пирометаллургической конверсии лейкоксен-кварцевого концентрата в титанаты алюминия и магния. Установлено, что температура твердофазной реакции в системе Al2O3-TiO2-SiO2, необходимая для синтеза титаната алюминия (Al2TiO5), составляет 1558 °С, а для системы MgO-TiO2-SiO2 – 1372 °С. Масштабирование процесса позволило синтезировать значимые количества образцов титанатсодержащих продуктов, фазовый состав которых был исследован методом рентгенофазового анализа. В составе продуктов идентифицированы две основные фазы: 30 % титанат алюминия/магния и 40 % диоксид кремния. В продуктах пирометаллургической переработки в присутствии алюминия также обнаружены фазы псевдобрукита (3,5 %) и титанита (0,5 %). Установлено, что в магнийсодержащей системе возможно образование трех титанатов магния: MgTiO3 – 25, Mg2TiO4 – 35, MgTi2O5 – 40 %. Эксперименты по сернокислому выщелачиванию образцов продемонстрировали повышенную степень извлечения соединений титана в процессе сернокислотной переработки. Предложена комплексная концепт-схема переработки лейкоксен-кварцевого концентрата с получением широкого спектра потенциальных продуктов (коагулянтов, катализаторов, материалов для керамической промышленности).
