Получение и применение комплексного титансодержащего коагулянта из кварц-лейкоксенового концентрата
- канд. техн. наук доцент Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева ▪ Orcid
Аннотация
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 AlCl 3 ·6H 2 O – 5-20 мас.%, Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O – 70-90 мас.% и TiOSO 4 – 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.
Литература
- Dayarathne H.N.P., Angove M.J., Aryal R. et al. Removal of natural organic matter from source water: Review on coagulants, dual coagulation, alternative coagulants, and mechanisms // Journal of Water Process Engineering. 2021. Vol. 40. № 101820. DOI: 10.1016/j.jwpe.2020.101820
- Seung woo Han, Lim seok Kang. Comparison of Al(III) and Fe(III) Coagulants for Improving Coagulation Effectiveness in Water Treatment // Journal of Korean Society of Environmental Engineers. 2015. Vol. 37. № 6. P. 325-331. DOI: 10.4491/KSEE.2015.37.6.325
- Jie Xu, Yanxia Zhao, Baoyu Gao, Qian Zhao. Enhanced algae removal by Ti-based coagulant: comparison with conventional Al- and Fe-based coagulants // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25. Iss. 13. P. 13147-13158. DOI: 10.1007/s11356-018-1482-8
- Yonghai Gan, Jingbiao Li, Li Zhang et al. Potential of titanium coagulants for water and wastewater treatment: Current status and future perspectives // Chemical Engineering Journal. 2021. Vol. 406. № 126837. DOI: 10.1016/j.cej.2020.126837
- Thomas M., Bąk J., Królikowska J. Efficiency of titanium salts as alternative coagulants in water and wastewater treatment: short review // Desalination and Water Treatment. 2020. Vol. 208. P. 261-272. DOI: 10.5004/dwt.2020.26689
- Kyeong-Jun Jeon, Jong-Ho Kim, Johng-Hwa Ahn. Phosphorus Removal Characteristics of Titanium Salts Compared with Aluminum Salt // Water Environment Research. 2017. Vol. 89. Iss. 8. P. 739-743. DOI: 10.2175/106143017X14839994522902
- Kuzin E., Averina Y., Kurbatov A. et al. Titanium-Containing Coagulants in Wastewater Treatment Processes in the Alcohol Industry // Processes. 2022. Vol. 10. Iss. 3. № 440. DOI: 10.3390/pr10030440
- Измайлова Н.Л., Лоренцсон А.В., Чернобережский Ю.М. Композиционный коагулянт на основе титанилсульфата и сульфата алюминия // Журнал прикладной химии. 2015. T. 88. № 3. С. 453-457.
- Садыхов Г.Б., Заблоцкая Ю.В., Анисонян К.Г. и др. Получение высококачественного титанового сырья из лейкоксеновых концентратов Ярегского месторождения // Металлы. 2018. № 6. С. 3-8.
- Котова О.Б., Ожогина Е.Г., Понарядов А.В. Технологическая минералогия: развитие комплексной оценки титановых руд (на примере Пижемского месторождения) // Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 632-641. DOI: 10.31897/PMI.2022.78
- Федосеев С.В., Саннерис Джада, Точило М.В. Анализ и классификация ресурсосберегающих технологий воспроизводства минерально-сырьевой базы титановой промышленности // Записки Горного института. 2016. Т. 221. С. 756-760. DOI: 10.18454/PMI.2016.5.756
- Копьёв Д.Ю., Анисонян К.Г., Олюнина Т.В., Садыхов Г.Б. Влияние условий восстановительного обжига лейкоксенового концентрата на его вскрываемость при сернокислотном разложении // Цветные металлы. 2018. № 11. С. 56-61. DOI: 10.17580/tsm.2018.11.08
- Николаев А.А., Кирпичёв Д.Е., Николаев А.В. Исследование теплофизических параметров анодной области плазменной дуги при восстановительной плавке кварц-лейкоксена в металлографитовом реакторе // Физика и химия обработки материалов. 2019. № 2. С. 14-20. DOI: 10.30791/0015-3214-2019-2-14-20
- Смороков А.А., Кантаев А.С., Брянкин Д.В., Миклашевич А.А. Разработка способа низкотемпературного обескрем-нивания лейкоксенового концентрата Ярегского месторождения раствором гидродифторида аммония // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2022. Т. 65. Вып. 2. С. 127-133. DOI: 10.6060/ivkkt.20226502.6551
- Perovskiy I.А., Burtsev I.N., Ponaryadov A.V., Smorokov A.A. Ammonium fluoride roasting and water leaching of leucoxene concentrates to produce a high grade titanium dioxide resource (of the Yaregskoye deposit, Timan, Russia) // Hydrometallurgy. 2022. Vol. 210. № 105858. DOI: 10.1016/j.hydromet.2022.105858
- Истомина Е.И., Истомин П.В., Надуткин А.В., Грасс В.Э. Обескремнивание лейкоксенового концентрата при вакуумной силикотермической обработке // Новые огнеупоры. 2020. № 3. С. 5-9. DOI: 10.17073/1683-4518-2020-3-5-9
- Zanaveskin K.L., Meshalkin V.P. Chlorination of Quartz-Leucoxene Concentrate of Yarega Field // Metallurgical and Materials Transactions B. 2020. Vol. 51. Iss. 3. P. 906-915. DOI: 10.1007/s11663-020-01810-2
- Rodriguez M.H., Rosales G.D., Pinna E.G. et al. Extraction of Titanium from Low-Grade Ore with Different Leaching Agents in Autoclave // Metals. 2020. Vol. 10. Iss. 4. № 497. DOI: 10.3390/met10040497
- Кузин Е.Н., Мокрушин И.Г., Кручинина Н.Е. Оценка возможности использования лейкоксен-кварцевого концентрата в качестве сырья для получения титанатов алюминия и магния // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 886-894. DOI: 10.31897/PMI.2023.15
- Кузин Е.Н. Применение метода атомно-эмиссионной спектроскопии с СВЧ (магнитной) плазмой в процессах идентификации химического состава отходов сталеплавильного производства // Черные металлы. 2022. № 10. С. 79-82. DOI: 10.17580/chm.2022.10.13
- Qianjun Le, Shengfei Yu, Wusheng Luo. Particle Formation Mechanism of TiCl4 Hydrolysis to Prepare Nano TiO2 // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Iss. 22. № 12213. DOI: 10.3390/app132212213
- Orlach J.-M., Darabiha N., Candel S. et al. Accounting for hydrolysis in the modeling of titanium dioxide nanoparticle synthesis in laminar TiCl4-seeded flames // Combustion and Flame. 2023. Vol. 247. № 112458. DOI: 10.1016/j.combustflame.2022.112458
- Пойлов В.З., Казанцев А.Л. Формирование частиц диоксида титана при гидролизе и термогидролизе водно-спиртовых растворов тетрахлорида титана // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 6. С. 58-65.
- Averina J.M., Kaliakina G.E., Zhukov D.Y. et al. Development and design of a closed water use cycle / 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019: Conference proceedings, 30 June – 06 July 2019, Albena, Bulgary. Sophia: STEF92 Technology, 2019. Vol. 19. № 3.1. P. 145-152. DOI: 10.5593/sgem2019/3.1/S12.019
- Курбатов А.Ю., Фадеев А.Б., Аверина Ю.М., Ветрова М.А. Оценка возможности использования атмосферных осадков для нужд оборотного водоснабжения машиностроительного предприятия // Цветные металлы. 2021. № 10. С. 55-61. DOI: 10.17580/tsm.2021.10.08
- de Mello Santos V.H., Campos T.L.R., Espuny M., de Oliveira O.J. Towards a green industry through cleaner production development // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29. Iss. 1. P. 349-370. DOI: 10.1007/s11356-021-16615-2
- Fet A.M., Deshpande P.C. Closing the Loop: Industrial Ecology, Circular Economy and Material Flow Analysis // Business Transitions: A Path to Sustainability. Cham: Springer, 2023. P. 113-125. DOI: 10.1007/978-3-031-22245-0_11