В АО «Шубарколь комир», входящем в группу компаний ERG, ведутся исследования по созданию технологии выпуска полифункциональных сорбентов из местных выветрелых углей
В пересчете на органическую массу выветрелые угли Шубаркольского месторождения содержат до 91% гумусовых кислот, являющихся продуктами переработки древней органики. В свою очередь, гумусовые кислоты подразделяются на гуминовые и фульвокислоты, причем, если последние находят свое применение в аграрном секторе, то гуминовые продукты могут быть использованы при очистке промышленных стоков от тяжелых металлов.
Эффективность воздействия фульвокислот на мелкоделяночные посевы зерновых подтверждена, к примеру, полевыми опытами ТОО «Научно-производственный центр зернового хозяйства» (НПЦЗХ) им. А. Бараева. Установлено, что в результате комплексообразования с фульвокислотами в природных водах резко увеличивается миграционная способность различных микроэлементов, что позволяет использовать эту способность для подкормки растений.
Используя свойства фульвокислот по транспортировке таких микроэлементов как Fe, Zn, Cu, Mo, Mn, Co, B, Si, путем модификации гуматов химики-технологи синтезировали гуминовые препараты, получившие общее название «Полигум». Для разработки способов и доз их применения, а также – определения влияния на свойства почвы и продуктивность пшеницы на южных черноземах Северного Казахстана, в ТОО «НПЦЗХ» им. А. Бараева (пос. Шортанды, Акмолинская область) были заложены полевые мелкоделяночные и вегетационные опыты.
Почвы, на которых закладывались опыты, представляют собой малогумусные южные карбонатные черноземы тяжелого механического состава. Глубина гумусового горизонта в среднем до 50 см. В опытах были использованы четыре препарата: Полигум-21, Полигум-22, Полигум-23, Полигум-24. Полученный гуминовый концентрат содержал 5%-ную концентрацию по гумату. Обработку семян пшеницы и ячменя перед посевом проводили 0,015% раствором.
В полевых условиях опыты были осуществлены в июне 2015 года. При этом учет всхожести пшеницы выявил некоторые различия по действию препаратов. Выявлена четкая тенденция повышения всхожести зерновых, обработанных гуминовыми препаратами. В сравнении с контрольными показателями максимальная всхожесть была отмечена при варианте с Полигумом-21 (84%) и Полигумом-23 (81%), минимальная (78%) – при варианте с Полигумом-24. При использовании Полигума-22 всхожесть ячменя была на контрольном уровне.
Несколько превысили контрольные цифры варианты с Полигумом-21 и Полигумом-24, на которых всхожесть составляла 57% и 58% соответственно. По предварительным данным, основываясь на всхожести семян ячменя и пшеницы, обработанной полимергуматными препаратами, следует заключить, что в вегетационном опыте с использованием ячменя в качестве тестируемой культуры препарат Полигум-21 и Полигумом-23 способствовали стимулированию роста и развития растений. При варианте с Полигумом-24, несмотря на сравнительно низкую всхожесть 78%, также наблюдался активный рост ячменя.
В среднем урожайность пшеницы при использовании полимергуматных препаратов колебалась от 21,8 ц/га с применением Полигума-22 и двукратной обработки до 36,6 ц/га – с Полигумом-24 и однократной обработки по всходам.
В отличие от фульвокислот, гуминовые кислоты растворимы лишь в высокощелочных растворах. В природных системах такие условия не встречаются, и гуминовые кислоты ведут себя как комплексообразующие сорбенты, удерживая и концентрируя элементы тяжелых металлов в почвах, взвесях вод, донных отложениях, углеродистых породах.
На основе гуминовых кислот в АО «Шубарколь комир» разработана технология получения полифункциональных сорбентов – целого перечня продуктов, которые производятся из выветрелых углей Шубаркольского месторождения.
Полифункциональные сорбенты как заменители анионитов и ионитов представляют собой химически модифицированные аналоги полимеров гуминовых кислот и угля, отличающиеся природой введенных в их состав функциональных групп. В зависимости от выбранного модификатора можно получить амино-, сульфо-, нитрогуминовые кислоты или другие соответствующие производные угля. Методом формирования привитого слоя гуминовых кислот на поверхности алюмосиликатных матриц — вмещающей или горелой пород специалистами АО получены гуминоминеральные сорбенты.
Повышенная функциональность и природа введенных функциональных групп определяют в гуминовых сорбентах их комплексообразующие свойства, прочность, большую устойчивость к изменениям кислотности среды, возможность проведения сорбции в широком диапазоне рН-концентраций, приемлемую гидролитическую и химическую стойкость. Все это обуславливает возможность использования их в качестве заменителей ионитов для очистки сточных вод различных промышленных предприятий.
Повышение эксплуатационных свойств новых сорбентов достигается при незначительном расходе дорогостоящего модификатора. Полученные гуминовые продукты экологически безвредны, так как полностью приготовлены из природного сырья.
Сорбенты являются эффективными заменителями синтетических полимерных ионитов, которые имеют высокую стоимость (в 1,5-2 раза выше) и в Казахстане не производятся. По сравнению с синтетическими ионитами (КУ-2-8, КБ-4-П2, КУ-1Г) предлагаемые природные сорбенты доступны, дешевы и получены по простой технологии.
При более низкой стоимости гуминовых сорбентов, их технические показатели в сравнении с синтетическими аналогами находятся на одинаковом уровне (сорбционные емкости по ионам металлов – в пределах 0,8-3,0 мг-экв/г). Продукты модификации выветрелых углей различными химическими соединениями и области их применения в качестве сорбентов многофункционального назначения являются новыми и не имеют отечественных и зарубежных аналогов.
По результатам исследований в АО разработана технология получения ряда сорбентов на полимерной и минеральной основе: гуминосиликатных, гуминополимерных, аминогуминополимерных и гуминоминеральных. Проверка эффективности полученных сорбентов производилась на очистных сооружениях крупных горно-металлургических предприятий республики.
К примеру, исходные сточные воды ТОО «Казцинк» содержали щелочные, щелочноземельные, тяжелые, цветные и редкие металлы. В наибольшем количестве в стоках предприятия присутствовали ионы цинка и свинца, железа и небольшое количество других элементов (алюминия, никеля, меди, молибдена, кадмия, мышьяка и других). Как видно из таблицы 2, в исходных промышленных стоках наблюдалось значительное превышение по ПДК ионов кадмия (96 ПДК) и свинца (30 ПДК). Отмечалась средняя загрязненность мышьяком и марганцем (железо к токсичным металлам не относится).
Результаты испытаний новых гуминовых сорбентов при очистке сточных вод ТОО «Казцинк» и Аксуского завода ферросплавов – филиала АО «ТНК «Казхром», входящего в Евразийскую Группу, приведены в таблицах 1 и 2.
Испытания гуминовых сорбентов показали, что в результате очистки в исходной воде снижается содержание (токсичность) всех ионов многокомпонентного раствора. Концентрация ионов свинца, железа, мышьяка и марганца в очищаемой воде уменьшается до значений ПДК ниже уровня. При этом степень сорбции составляет в основном 60-99%.
Высокая эффективность применения гуминовых сорбентов доказана испытаниями по очистке сточных вод Аксуского завода ферросплавов сорбентами на основе окисленного угля (ОУ), гуминосиликата (Гусил) и гуминоалюмосиликата (ГМ). Степень очистки колеблется в пределах 54-99% в зависимости от природы сорбента, концентрации и ионного состояния металла в многокомпонентном растворе. Очистка воды происходит до концентрации ионов металла ниже ПДК.
Очистка загрязненных почв промышленных предприятий гуминовыми сорбентами, способствующими связыванию токсичных элементов в нерастворимые и безвредные комплексы, также актуальна. Специалистами АО «Шубарколь комир» отмечены существенные превышения ПДК ряда тяжелых металлов в почвах ТОО «Казцинк» и Аксуского завода ферросплавов. Так, содержание солей тяжелых металлов (железа, свинца, цинка, меди, мышьяка, кадмия) варьируется от 10 до 140 ПДК. В то время как количество подвижных форм значительно меньше. Наблюдается превышение содержания железа (7,7 ПДК), марганца (1,9 ПДК) и хрома (2,9 ПДК). Остается высокой концентрация подвижных высокотоксичных хрома (3 ПДК) и кадмия (15,2 ПДК). Почва загрязнена веществами, относящимися к первому и второму классу опасности.
Для испытаний по очистке таких загрязненных почв были выбраны восемь видов гуминовых сорбентов разной природы, содержащие активные центры в органической и неорганической части, на которых происходит взаимодействие.
В качестве сорбентов использовались гумат натрия (ГNa), зарекомендовавший себя хорошим сорбентом для загрязненных почв; окисленный уголь (ОУ); гуминосиликатный (Гусил) и обработанный ультразвуком (Гусил УЗ); полимергуминовые сорбенты (ОУМ-1, ОУМ-2 и АУМ), содержашие азот- и кислородсодержащие комплексообразующие центры и имеющие достаточно высокую функциональность, а также гуминоминеральные сорбенты на основе горелых пород и гуминовых кислот (ГМ).
Из диаграмм 1 и 2 видно снижение содержания подвижных форм в почве при ее обработке гуминовыми сорбентами разной природы.
Таким образом, проведенные испытания гуминовых сорбентов при очистке многокомпонентных водных стоков и загрязненных почв промышленных предприятий ТОО «Казцинк» и Аксуского завода ферросплавов показали успешность применения сорбентов для извлечения основных загрязняющих металлов (свинца, марганца, цинка, никеля, мышьяка, кадмия и сопутствующих ионов железа и алюминия) из воды и закрепления их в почве. Отмечено, что очистка промстоков и снижение токсичности почв происходит ниже уровня ПДК.
«Горно-металлургическая промышленность» №8-2016 Сергей КИМ вице-президент по техническим вопросам , Владимир ПАРАФИЛОВ – начальник отдела перспектитвного развития
