Подать статью
Стать рецензентом
EN
Online First
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Реагентная очистка фторсодержащих сточных вод перерабатывающей промышленности

Авторы:
Ю. Д. Пересунько1
А. А. Писарева2
С. В. Азопков3
Е. Н. Кузин4
Н. Е. Кручинина5
Об авторах
  • 1 — инженер Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева ▪ Orcid
  • 2 — инженер Институт проблем комплексного освоения недр РАН ▪ Orcid
  • 3 — канд. техн. наук заведующий лабораторией Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева ▪ Orcid
  • 4 — д-р техн. наук заведующий кафедрой Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева ▪ Orcid
  • 5 — д-р техн. наук декан Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева ▪ Orcid
Дата отправки:
2025-01-31
Дата принятия:
2025-10-09
Дата публикации онлайн:
2025-12-10

Аннотация

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.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
сточные воды добывающая промышленность фториды дефторирование реагентное осаждение титансодержащие комплексные коагулянты
Online First

Литература

  1. 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
  2. Даувальтер В.А. Гидрохимия озер в зоне влияния стоков производства железорудного сырья // Вестник МГТУ. 2019. Т. 22. № 1. С. 167-176. DOI: 10.21443/1560-9278-2019-22-1-167-176
  3. Горячев A.A., Красавцева Е.А., Лащук В.В. и др. Оценка экологической опасности и возможности переработки хвостов обогащения лопаритовых руд // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 12. С. 46-51. DOI: 10.18412/1816-0395-2020-12-46-51
  4. Пашкевич М.А., Чукаева М.А. Оценка и снижение негативного воздействия ОАО «Апатит» на поверхностные воды // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № 10. С. 377-381.
  5. Пасечник Л.А., Широкова А.Г., Яценко С.П., Медянкина И.С. Концентрирование и очистка редких металлов при переработке техногенных отходов // Труды Кольского научного центра РАН. 2015. № 5 (31). С. 186-189.
  6. Joshi A.N. A review of processes for separation and utilization of fluorine from phosphoric acid and phosphate fertilizers // Chemical Papers. 2022. Vol. 76. Iss. 10. P. 6033-6045. DOI: 10.1007/s11696-022-02323-9
  7. Беликов М.Л., Локшин Э.П. Эффективные и доступные способы очистки различных вод от фторсодержащих неорганических примесей // Цветные металлы. 2020. № 3. С. 79-85. DOI: 10.17580/tsm.2020.03.12
  8. Millar G.J., Couperthwaite S.J., Wellner D.B. et al. Removal of fluoride ions from solution by chelating resin with imino-diacetate functionality // Journal of Water Process Engineering. 2017. Vol. 20. P. 113-122. DOI: 10.1016/j.jwpe.2017.10.004
  9. Yangbo Qiu, Long-Fei Ren, Jiahui Shao et al. An integrated separation technology for high fluoride-containing wastewater treatment: Fluoride removal, membrane fouling behavior and control // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 349. № 131225. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.131225
  10. Shuo Li, Mengjie Liu, Fuming Meng et al. Removal of F− and organic matter from coking wastewater by coupling dosing FeCl3 and AlCl3 // Journal of Environmental Sciences. 2021. Vol. 110. P. 2-11. DOI: 10.1016/j.jes.2021.03.009
  11. Jinjun Deng, Zeyu Gu, Lingmin Wu et al. Efficient purification of graphite industry wastewater by a combined neutralization-coagulation-flocculation process strategy: Performance of flocculant combinations and defluoridation mechanism // Separation and Purification Technology. 2023. Vol. 326. № 124771. DOI: 10.1016/j.seppur.2023.124771
  12. Zhiwei Lin, Xuezhi Li, Chunhui Zhang et al. Ti-doped fly ash aluminum iron based composite coagulant for efficient fluoride removal from mine drainage over a wide pH range // Journal of Water Process Engineering. 2024. Vol. 67. № 106152. DOI: 10.1016/j.jwpe.2024.106152
  13. Jianfeng Zhang, Brutus T.E., Jiemin Cheng, Xiaoguang Meng. Fluoride removal by Al, Ti, and Fe hydroxides and coexisting ion effect // Journal of Environmental Sciences. 2017. Vol. 57. P. 190-195. DOI: 10.1016/j.jes.2017.03.015
  14. 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
  15. 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
  16. Tafu M., Arioka Y., Takamatsu S., Toshima T. Properties of sludge generated by the treatment of fluoride-containing wastewater with dicalcium phosphate dihydrate // Euro-Mediterranean Journal for Environmental Integration. 2016. Vol. 1. № 4. DOI: 10.1007/s41207-016-0005-6
  17. Pérez-Moreno S.M., Romero C., Guerrero J.L. et al. Evolution of the waste generated along the cleaning process of phosphogypsum leachates // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023. Vol. 11. Iss. 6. № 111485. DOI: 10.1016/j.jece.2023.111485
  18. El Diwani G., Amin Sh.K., Attia N.K., Hawash S.I. Fluoride pollutants removal from industrial wastewater // Bulletin of the National Research Centre. 2022. Vol. 46. № 143. DOI: 10.1186/s42269-022-00833-w
  19. Урбанович Н.И., Корнеев С.В., Волосатиков В.И., Комаров Д.О. Анализ состава и технологий переработки дисперсных железосодержащих отходов // Литье и металлургия. 2021. № 4. С. 66-69. DOI: 10.21122/1683 6065 2021 4 66 69
  20. Леонтьев Л.И., Пономарев В.И., Шешуков О.Ю. Переработка и утилизация техногенных отходов металлургического производства // Экология и промышленность России. 2016. Т. 20. № 3. С. 24-27. DOI: 10.18412/1816-0395-2016-3-24-27
  21. Свергузова С.В., Сапронова Ж.А., Зубкова О.С. и др. Пыль электросталеплавильного производства как сырье для получения коагулянта // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 279-288. DOI: 10.31897/PMI.2023.23
  22. Lacson C.F.Z., Ming-Chun Lu, Yao-Hui Huang. Fluoride-rich wastewater treatment by ballast-assisted precipitation with the selection of precipitants and discarded or recovered materials as ballast // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9. № 4. № 105713. DOI: 10.1016/j.jece.2021.105713
  23. Li Wang, Ye Zhang, Ning Sun et al. Precipitation Methods Using Calcium-Containing Ores for Fluoride Removal in Wastewater // Minerals. 2019. Vol. 9. Iss. 9. № 511. DOI: 10.3390/min9090511
  24. Кузин Е.Н. Получение и применение комплексного титансодержащего коагулянта из кварц-лейкоксенового концентрата // Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 413-420.
  25. Kuzin E. Synthesis and Use of Complex Titanium-Containing Coagulant in Water Purification Processes // Inorganics. 2025. Vol. 13. Iss. 1. № 9. DOI: 10.3390/inorganics13010009
  26. Новоселов А.Г., Дреер Ю.И., Новоселова И.Н., Левина Ю.А. Исследование минерализующего эффекта криолита и его влияния на процессы клинкерообразования // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г.Шухова. 2023. № 11. С. 82-92. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-11-82-92
  27. Koehler A., Neubauer J., Goetz-Neunhoeffer F. How C12A7 influences the early hydration of calcium aluminate cement at different temperatures // Cement and Concrete Research. 2022. Vol. 162. № 106972. DOI: 10.1016/j.cemconres.2022.106972
  28. Jian Liu, Xiaoli Ji, Qi Luo et al. Improvement of early age properties of Portland cement by ternary hardening-accelerating admixture // Magazine of Concrete Research. 2019. Vol. 73. Iss. 4. P. 195-203. DOI: 10.1680/jmacr.19.00148
  29. Matinde E., Simate G.S., Ndlovu S. Mining and metallurgical wastes: a review of recycling and re-use practices // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2018. Vol. 118. № 8. P. 825-844. DOI: 10.17159/2411-9717/2018/v118n8a5
  30. Xiaofeng Tang, Chengyun Zhou, Wu Xia et al. Recent advances in metal–organic framework-based materials for removal of fluoride in water: Performance, mechanism, and potential practical application // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 446. Part 3. № 137299. DOI: 10.1016/j.cej.2022.137299
  31. Yonghai Gan, Li Zhang, Shujuan Zhang. The suitability of titanium salts in coagulation removal of micropollutants and in alleviation of membrane fouling // Water Research. 2021. Vol. 205. № 117692. DOI: 10.1016/j.watres.2021.117692
  32. Shon H.K., Vigneswaran S., Kandasamy J. et al. Preparation and Characterization of Titanium Dioxide (TiO2) from Sludge produced by TiCl4 Flocculation with FeCl3, Al2(SO4)3 and Ca(OH)2 Coagulant Aids in Wastewater // Separation Science and Technology. 2009. Vol. 44. Iss. 7. P. 1525-1543. DOI: 10.1080/01496390902775810
  33. Kuzin E.N., Kruchinina N.E. Titanium-containing coagulants for foundry wastewater treatment // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 20. № 2. P. 66-69. DOI: 10.17580/cisisr.2020.02.14
  34. Азопков С.В., Кузин Е.Н., Кручинина Н.Е. Исследование эффективности комплексных титансодержащих коагулянтов в процессе очистки пластовых вод // Российский химический журнал. 2020. Т. 64. № 2. С. 72-79. DOI: 10.6060/rcj.2020642.11
  35. Hossain S.M., Park M.J., Park H.J. et al. Preparation and characterization of TiO2 generated from synthetic wastewater using TiCl4 based coagulation/flocculation aided with Ca(OH)2 // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 250. № 109521. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.109521
  36. 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
  37. Zhiwei Lin, Xuezhi Li, Chunhui Zhang et al. Ti-doped fly ash aluminum iron based composite coagulant for efficient fluoride removal from mine drainage over a wide pH range // Journal of Water Process Engineering. 2024. Vol. 67. № 106152. DOI: 10.1016/j.jwpe.2024.106152
  38. Beibei Liu, Baoyu Gao, Kangying Guo et al. The interactions between Al (III) and Ti (IV) in the composite coagulant polyaluminum-titanium chloride // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 282. Part B. №120148. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.120148
  39. Hang Zhao, Xiaoguang Zhang, De’an Pan. Research progress on comprehensive utilization of fluorine-containing solid waste in the lithium battery industry // Green Manufacturing Open. 2024. Vol. 2. Iss. 3. № 15. DOI: 10.20517/gmo.2024.070201
Статистика
Просмотр аннотаций
164
Просмотр полного текста
36
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Обоснование оптимальных технико-экономических параметров карьера при этапной разработке рудных крутопадающих месторождений
2022 С. И. Фомин, М. П. Овсянников
Высокоглиноземистые гнейсы чупинской толщи Беломорского подвижного пояса: условия метаморфизма, парциальное плавление и возраст мигматитов
2025 А. В. Юрченко, Ш. К. Балтыбаев, Т. А. Мыскова
Экспериментальное моделирование снижения алмазоносности кимберлита в условиях коровых кумулятивных центров
2025 А. В. Кузюра, А. В. Спивак, Г. Ю. Криулина
Физические свойства палеозойско-мезозойских отложений из скважин Южно-Баренцевской впадины
2025 В. Л. Ильченко
Оценка параметров надежности схем цехового электроснабжения горных предприятий с однотрансформаторными подстанциями при различных способах их резервирования
2025 Р. М. Петрова
Разработка инженерной методики определения норматива потребления электроэнергии аппаратами воздушного охлаждения
2025 Д. Е. Филимошина