Гранульований доменний шлак як сорбент органічних барвників

Abstract

Визначено властивості гранульованого доменного шлаку «АрселорМіттал Кривий Ріг», що зумовлюють його сорбційну активність. У складі фракцій шлаку ідентифіковані мінерали: окерманіт Ca2MgSi2O7, геленіт Ca2Al(Al,Si)2O7, ранкініт Ca3Si2O7, псевдоволластоніт CaSiO3, мервініт Ca3MgSi2O8, мікроклін КAlSi3O8, кальцит CaCO3, ольдгаміт CaS з вмістом алюмосилікатів кальцію і магнію > 50 %. Деякі фази знаходяться в аморфному сорбційно-активному стані. Показана доцільність активації водою протягом 1 доби, в результаті якої на поверхні утворюються і дисоціюють гідроксильні і гідрофільні силанольні групи з формуванням негативного заряду поверхні шлакових частинок, що характерно для алюмосилікатів Са і Mg, а також мінералів кальциту і ольдгаміту. Форма ізотерми адсорбції свідчить про утворення полімолекулярних шарів органічного барвника метиленового синього (МС), що збільшує ефективність шлакового сорбенту. Величина адсорбції МС не менш 2 мг/г. Показано відсутність десорбції МС з шлаку, що забезпечує безпеку як захоронення відпрацьованого сорбенту, так і його утилізації в якості наповнювача будівельних матеріалів. Доведено радіаційну безпеку шлаку. Питома ефективна активність фракцій шлаку не перевищує 370 Бк/кг, що дозволяє його використання в якості технічних матеріалів без обмежень. Запропоновано технологічну схему адсорбційної очистки стічних вод підприємств органічного синтезу і текстильної промисловості, що містять органічні барвники, за допомогою шлакового сорбенту. Стадії технологічного процесу: надходження шлаку з відвалу, аналіз мінерального складу шлаку, водна активація шлаку, статична сорбція барвників в відстійнику, подальша утилізація шлаку і надходження очищених вод в первинне виробництво. Технологія передбачає видалення органічних барвників із стічних вод і їх повторне використання, що забезпечує замкнутість циклу оборотного водоспоживання, відсутність витрат хімічних реагентів на активацію шлакового сорбенту, поліпшення екологічної ситуації в місцях розташування шлакових відвалів за рахунок використання шлаків в якості сорбентів.

Определены свойства гранулированного доменного шлака «АрселорМиттал Кривой Рог», обусловливающие его сорбционную активность. В составе фракций шлака идентифицированы минералы: окерманит Ca2MgSi2O7, геленит Ca2Al(Al,Si)2O7, ранкинит Ca3Si2O7, псевдоволластонит CaSiO3, мервинит Ca3MgSi2O8, микроклин КAlSi3O8, кальцит CaCO3, ольдгамит CaS с содержанием алюмосиликатов кальция и магния >50%. Некоторые фазы находятся в аморфном сорбционно-активном состоянии. Показана целесообразность активации водой в течение 1 суток, в результате которой на поверхности образуются и диссоциируют гидроксильные и силанольные группы с формированием отрицательного заряда поверхности шлаковых частиц, что характерно для алюмосиликатов Са и Mg, а также минералов кальцита и ольдгамита. Форма изотермы адсорбции свидетельствует об образовании полимолекулярных слоев органического красителя метиленового синего (МС), что увеличивает эффективность шлакового сорбента. Величина адсорбции МС не менее 2 мг/г. Показано отсутствие десорбции МС из шлака, что обеспечивает безопасность как захоронения отработанного сорбента, так и его утилизации в качестве наполнителя строительных материалов. Доказана радиационная безопасность шлака. Удельная эффективная активность фракций шлака не превышает 370 Бк/кг, что разрешает их использование в качестве технических материалов без ограничений. Предложена технологическая схема адсорбционной очистки сточных вод предприятий органического синтеза и текстильной промышленности, содержащих органические красители, с помощью шлакового сорбента. Стадии технологического процесса: поступление шлака из отвала, анализ минерального состава шлака, водная активация шлака, статическая сорбция красителей в отстойнике, дальнейшая утилизация шлака и поступление очищенных вод в первичное производство. Технология предусматривает удаление органических красителей из сточных вод и их повторное использование, что обеспечивает замкнутость цикла оборотного водопотребления, отсутствие расхода химических реагентов на активацию шлакового сорбента, улучшение экологической ситуации в местах расположения шлаковых отвалов за счет использования шлаков в качестве сорбентов.

The properties of granulated blast-furnace slag from “ArcelorMittal Kryvyi Rih”, which stipulate its sorption activity, have been determined. The following minerals were identified in the slag fractions: akermanite Ca2MgSi2O7, helenite Ca2Al(Al,Si)2O7, rankinite Ca3Si2O7, pseudo-wollastonite CaSiO3, merwinite Ca3MgSi2O8, microcline КAlSi3O8, calcite CaCO3, aldhamite CaS with > 50% of calcium and magnesium aluminosilicates. Some phases are in an amorphous sorption-active state. The expediency of activation with water for 1 day is shown, due to which hydroxyl and silanol groups are formed and dissociated on the surface with the formation of a negative charge on the surface of slag particles, which is typical for Ca and Mg aluminosilicates. The shape of the adsorption isotherm indicates the formation of polymolecular layers of the methylene blue (MB) organic dye, which increases the efficiency of the slag sorbent. The adsorption value of MB is not less than 2 mg/g. There is obviously no desorption of MB from the slag, which ensures the safety of both the disposal of the waste sorbent and its utilization as a filler for construction materials. The radiation safety of the slag has been proven. The specific effective activity of slag fractions does not exceed 370 Bq/kg, which allows using them as technical materials without restrictions. A technological scheme of adsorption purification of wastewaters from organic synthesis enterprises and textile industry containing organic dyes, is suggested using a slag sorbent. The stages of the technological process are the following: receiving the slag from the dump, analysis of the mineral composition of the slag, water activation of the slag, static sorption of dyes in the sump, further utilization of the slag and the inflow of purified water into the primary production. The technology provides for the removal of organic dyes from wastewater and its repeated usage, which ensures the closed cycle of water reuse, no need for chemical reagents for the activation of the slag sorbent, improvement of the environmental situation in the locations of the slag dumps due to the use of slags as sorbents.