Химия и химические технологии/5.Фундаментальные

проблемы создания новых материалов и технологий

д.т.н. А.М.Сарсенов^*, д.х.н. А.Т.Сагинаев^**, к.т.н. Б.Р.Исакулов^*

* Актюбинский университет им. С.Баишева, Республика Казахстан

** Атырауский институт нефти и газа, Республика Казахстан

Альтернативные пути снижения загрязнения вод бассейна

Каспийского моря техногенными веществами

Регионы Западного Казахстана и соседней Оренбургской области России многие десятилетия испытывают загрязнения токсичными соединениями хрома и бора (в виде борной кислоты). По течению рек Илек и Урал эти вещества попадают в трансграничные воды и в северо-восточную часть Каспийского моря. По данным биологов [1], среди тяжелых металлов в раковинах моллюсков дельты реки Урал хром занимает ведущее положение. Основное загрязнение соединениями хрома в р. Урал поступает из его главного притока р. Илек и напрямую связан с промышленными стоками Актюбинского завода хромовых соединений (АЗХС).

В наибольшем количестве отходы ОАО «АЗХС» представлены монохроматные шламы. По гранулометрическому составу они имеют в количестве 50% частицы с дисперсностью менее 0,074 мм. Отходы поступают в накопитель в виде пульпы с соотношением твердых и жидких частей Т : Ж = 1 : 2-4. Средняя плотность отходов в воздушно-сухом состоянии составляет 1,3 г/см³. Плотность твердых частиц колеблется от 3 до 3,65 г/см³. Содержание водорастворимого хрома – до 3,4%, а общего хрома – до 15%. Жидкая часть пульпы в виде монохроматного щелока используется в дальнейшем производстве, а твердая часть – монохроматный шлам – является отходом производства. Решение о нейтрализации хрома (VI) в подземных водах г. Актобе, предлагаемое американской компанией «In Suty», которое включает закачку реагентов (сульфата железа в определенной пропорции с черной патокой) под землю, по нашему мнению, не смотря на кажущуюся простоту метода, имеет следующие недостатки:

1) неустойчивость соединений Fe²⁺, в результате окисления его до Fe³⁺ кислородом воздуха;

2) использование в качестве реагентов соединений железа и патоки, которые требуют постоянного дозирования, контроля и т.д.;

3) трудность контроля степени обеззараживания;

4) самопроизвольный обратный переход Cr (III) в Cr (VI) (во времени);

5) невозможность использования очищенных подземных вод в качестве технической и питьевой, вследствие собственной растворимости гидроксида хрома (согласно правилу произведения растворимости труднорастворимых соединений, рассчитанная концентрация Cr (III) выше значений ПДК);

6) применение патоки нежелательно, так как она является пищевым или кормовым продуктом, а также сырьем для получения спирта;

7) в данном регионе указанные реагенты (Fe²⁺ и черная патока) не производятся и не являются отходами производства, т.е. они являются дефицитами;

8) железо и его соединения сами по себе являются загрязнителями (Fe³⁺ достаточно сильный окислитель);

9) этот метод воздействует только на следствие загрязнения, а не устраняет причину.

Таким образом, указанный метод обеззараживания подземных вод от Cr (VI) возможно применить только после положительных укрупненных полупромышленных испытаний. Даже в случае устранения некоторых вышеуказанных недостатков данный метод, на наш взгляд, будет недостаточно эффективным промышленным методом.

Очевидно, что для радикального решения этой проблемы следует развивать всевозможные направления вторичного технического использования борсодержащих и хромсодержащих вод, а также их утилизации. Существуют такие направления этих исследований, как переработка и комплексное использование их в кожевенном производстве, в качестве антипиренов, консервантов [2-6].

В работе [3] для применения в бетонах использовались шламы с содержанием 90-95% сульфата натрия и 80-85% тиосульфата натрия. Первый использовался в качестве ускоряющей, а второй – в сочетании с пластификатором С-3 в качестве пластифицирующей добавки. Значительная экономическая эффективность от применения этих добавок получается за счет снижения расхода цемента и улучшения эксплуатационных характеристик бетонных смесей.

В работе [3] приводится исследование возможности применения серы (полупродукта очистки углеводородного сырья Тенгизского месторождения) и различных промышленных отходов в качестве наполнителей и заполнителей для производства серных мастик и серного бетона, а также определение оптимальных составов и выявление наиболее эффективных наполнителей и заполнителей. В качестве наполнителей были использованы пиритный огарок и сухой борсодержащий шлам химического завода (г. Алга, Актюбинская область), монохроматный хлам (АО «АЗХС»), «хвосты» производств (АО «АЗФ»).

Результаты испытаний полученных мастик приводятся в таблице 1.

Таблица 1.

Составы и характеристики серных мастик на основе различных отходов

производств

Сера ТГПЗ, вес.%	Пиритный огарок, вес. %	Борсодержащий отход, вес. %	Монохроматный шлам, вес. %	Хвосты, вес. %	Плотность, кг/м^3	Прочность при сжатии, МПа	Прочность при изгибе, МПа
40	60	-	-	-	2300	35-40	12-14
40	-	60		-	2400	33-36	10-12
40	-	-	60	-	2400	35-38	10-12
40	-	-		60	2350	34-39	11-13

Из данных таблицы следует, что более прочным получаются серные мастики на основе пиритного огарка.

Необходимо отметить, что соединения бора, содержащиеся в составе отходов, являются антипиренами, положительно влияющими на огнестойкость серы в составе бетона и в целом на прочность получаемого серного бетона.

Данные составов и полученные результаты по определению физико-механических свойств опытных образцов серобетона приводятся в таблице 2.

Таблица 2

Составы и физико-механические свойства опытных образцов серного

бетона

Сера, вес. %	Наполнитель			Заполнитель			Плотность, кг/м^3	Прочность при сжатии, МПа	Прочность при изгибе, МПа
	Пиритный огарок, вес. %	Борсодержащий отход, вес. %	Монохроматный шлам, вес. %	Хвосты, вес. %	Кварцевый песок, вес. %	Гранитный щебень, вес, %
18	26	-	-	-	18	38	2400	45-48	11-15
18	-	24	-	-	19	39	2400	45-48	13-15
17	-	-	26	-	19	38	2300	42-45	11-13
19	-	-	-	28	20	33	2380	44-47	12-14

Результаты проведенных исследований показывают, что на основе тенгизской серы и промышленных отходов возможно получение материалов и изделий строительно-технического назначения. Предлагаемая технология получения материалов на основе серы с применением в качестве наполнителей промышленных отходов отличается простотой и может быть внедрена с использованием серийного оборудования. Полученные материалы обладают рядом положительных свойств: высокой прочностью, низким водопоглощением, быстрым набором прочности, связанных только с остыванием серобетонной смеси.

В связи с этим полученные нами сравнительно дешевые стройматериалы представляют большой практический интерес для сооружения защитной защитной «стены в грунте» с целью изоляции поверхностных вод и рек от токсичных химических веществ, накопленных в старых отработанных шламонакопителях и отвалах. Необходимо также отметить, что сухой хромосодержащий шлам АЗХС при сплавлении с серой значительно уменьшает свою токсичность и растворимость, вследствие перехода Cr (VI) в Cr (III)

Известны также технологии концентрирования и использования соединений хрома из подземных и сточных вод АЗХС [6].

Интересным направлением является изготовление из растительных отходов (опилки, скорлупы, косточки плодов, шелуха, стебли и др.) модифицированных целлюлозных сорбентов путем их мерсеризации щелочами. Отработанные сорбенты целесообразно утилизировать в составе легких арболитобетонов для получения строительных изделий с повышенной тепло- и звуконепроницаемостью.

Предлагаемые в наших работах технико-технологические решения рассматриваемых проблем позволяют в совокупности, на региональном уровне, уменьшить рассеяние загрязнений в окружающей среде, а в ряде случаев – переработать отходы на товарный продукт. Стоимость этого продукта с учетом снижения ущерба от загрязнения окружающей среды будет иметь значительно меньшую величину вследствие использования местного сырья и материалов, уменьшения транспортных расходов и т.д.

Литература:

1. Канбетов А.Ш., Зайцев В.Ф., Крючков В.Н. // Вестник Атырауского института нефти и газа. – 2004. – №5. – 230-232.

2. Базарбаева С.М. Комплексное использование промышленных отходов и полупродуктов Западного Казахстана. Актобе: РГП КазГосИНТИ. – 2006. – 202 с.

3. Дадин А.Д. Оценка антропогенного воздействия загрязнителей АЗХС на почву. Автореф. канд. наук. Алматы. – 2005. – 24 с.

4. Оспанова М.Ш., Сулейменов Ж.Т. Полимерсерные бетоны. Тараз: изд. ТарГУ. – 2001. – 265 с.

5. Сарсенов А.М. и др. Пат РК, № 54174. – 2006.

6. Сарсенов А.М. Экологическая безопасность и ресурсосбережение при переработке хромитовых и боратовых руд. Алматы: Высшая школа. – 2000. – 233 с.