ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕРПЕНТИНИТА ХАЛИЛОВСКОГО

МЕСТОРОЖДЕНИЯ МАГНЕЗИТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

В.Н.Макаров¹, И.П. Кременецкая¹, Т.Н. Васильева¹, С.И. Мазухина², А.Г. Касиков¹, О.Н. Скубаков³, О.П. Корытная¹

¹Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья

им.И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН

²Институт проблем промышленной экологии севера Кольского научного центра РАН

³Торгово-промышленная палата г. Новотроицк, Оренбургская обл.

            При разработке Халиловского магнезитового месторождения (Оренбургская обл.) вмещающей породой является серпентинсодержащий материал (серпентинит халиловский), который в настоящее время используется в незначительном объеме. Серпентиновые минералы представляют собой ценное сырье для производства различных наполнителей, вяжущих магнезиальных материалов,  карбоната магния,оксида магния и пористого кремнезема. Способы их получения  предусматривают предварительное обогащение и   термоактивацию исходного сырья. Наши исследования показали, что термоактивированные серпентиновые минералы могут быть также использованы для очистки воды от тяжелых металлов (ТМ) /1/. В настоящей работе представлены предварительные результаты изучения возможности использования халиловского серпентинита для очистки воды.

            Применение в качестве реагента термически активированных серпентиновых минералов обусловлено тем, что они отличаются высокой активностью, но малорастворимы в воде, причем в процессе гидратации переходят в устойчивое в гипергенных условиях и безопасное для экосистем соединение. При нагревании, после потери структурной воды существует определенный температурный интервал, в котором серпентиновые минералы переходят в метастабильное состояние. Дегидратация серпентинов - не мгновенный процесс, а термически активная реакция, представляющая собою функцию времени и температуры. Для количественной оценки свойств термоактивированных серпентиновых минералов использован метод потенциометрического титрования. В серпентините содержатся растворимые примеси, затрудняющие получение кривой титрования кислотой. В подобных случаях может применяться титрование кислыми растворами солей, в настоящей работе использован раствор сульфата меди. Получены зависимости рН суспензии серпентинита от соотношения [Cu]/[Mg] в системе. Определены оптимальные параметры процесса термоактивации серпентинита.

            В районах расположения горнометаллургических и  предприятий обычно наблюдается сильное загрязнение природной воды ТМ. Например, в водных источниках вблизи г.г. Новотроицк,Орск,Гай Оренбургской области, зафиксированы высокие концентрации меди, цинка,никеля и хрома, в водоемах и водотоках, испытывающих влияние предприятий Кольской ГМК - меди и никеля. Концентрация ТМ зависит от условий формирования состава природной воды, степени антропогенной нагрузки  и составляет 10^-1-10^-2 мг/л /2/. Количество реагента определяется в зависимости от требований к процессу очистки - времени взаимодействия, остаточной концентрации, степени очистки. Результаты экспериментов по извлечению меди из модельного раствора CuSO₄ с исходной концентрацией  C_Cu = 0.773 мг/л при различном соотношении раствора и термоактивированного серпентинита представлены в табл.1. Остаточные концентрации меди порядка ПДК_рбх получены при расходе реагента 40-50 мг/л.

Таблица 1.  Основные  характеристики  процесса  очистки  раствора  сульфата  меди

(С_исх = 0.773 мг/л) термоактивированным серпентинитом халиловским (время опыта 30 мин).

Расход реа-гента, мг/л	рНсусп	рНр	Концентрация меди СCu, мг/л	Извлечение, %	Сорбция, мг/г
0	-	6.85	0.773	-	-
20	7.3	7.13	0.009	98.8	38
20	7.13	7.25	0.010	98.7	38
30	7.9	7.08	0.010	98.7	25
40	9.73	7.65	0.005	99.4	19
50	9.2	7.8	0.004	99.5	15

Примечание. рН_сусп - рН суспензии серпентинита; рН_р - рН раствора после отделения серпентинита.

            Никель - один из наиболее подвижных в окружающей среде элементов. Метод увеличения рН раствора, который обычно применяется для извлечения ТМ из большого объема очищаемой воды, дает удовлетворительные результаты при рН = 10, что неприемлемо в случае очистки природной воды. Для определения условий образования тех или иных минеральных форм при взаимодействии раствора сульфата никеля с компонентами термоактивированного серпентина выполнен расчет равновесного состава твердых фаз и растворов, образующихся в данной системе. Компьютерное термодинамическое моделирование проводилось с помощью программного комплекса 'Селектор'. Результаты расчета показали, что на первой стадии твердая фаза состоит из смешанного никель-магниевого серпентина, при этом рН не превышает 7.5, а остаточная концентрация никеля может быть очень низкой, порядка 10^-4 мг/л.

            Результаты опытов по очистке природной воды рек Кумужья и Травяная, расположенных в зоне влияния комбината 'Североникель', показали высокую эффективность применения серпентинита. Следует отметить, что в природной воде ТМ могут находиться в составе взвесей (размер частиц >0.45 мкм) и в растворенном виде. В растворе ТМ присутствуют в виде гидратированных ионов, коллоидов различного состава и металлоорганических комплексов с растворенным органическим веществом. Очевидно, что для очистки воды от различных форм ТМ необходимо применение методов, имеющих существенные отличия по механизму извлечения примесей. Использование халиловского серпентинита позволяет извлекать ТМ, находящиеся в растворе не только в неорганической, но и в органической форме. Для уточнения механизма взаимодействия различных форм ТМ с серпентинитом необходимы дополнительные исследования.

Литература

            1. Патент 2136608 РФ С 02 F 1/62, 1/28, 1/66 Способ очистки воды открытых водоемов от закисления и ионов тяжелых металлов. Макаров В.Н., Кременецкая И.П., Васильева Т.Н., Корытная О.П. ИХТРЭМС КНЦ РАН, ? 98106699/25. Заявл.09.04.98. Опубл. 10.09.99. Б.И. 25. - 1999.

            2. Состояние окружающей среды Мурманской области в 2000 году. - Мурманск, 2001. -186 с.

'ЭКОМАГ'

ТУ 5716-001-46754784-2003

Магний содержащее удобрение - мелиорант для очистки почвы и  воды от закисления и тяжелых металлов, экологически чистое природное  удобрение.

    Результат применения:

Ø    Устраняет магниевое голодание растений;

Ø    Повышает урожайность  до 20 %;

Ø    При применении на кислых почвах устраняет недобор урожая до 25-40 %;

Ø    Очищает воду и почву от тяжелых металлов Ni;Cu;Zn;Pb;Cr.

Ø    Удобрение пролонгированного действия (одно внесение  на 3-4 года);

Ø    Способствует лучшему усвоению растениями  других удобрений.

Состав:

Ø    до  70-90 %- серпентинит 3МgO*2SiO*2H₂O;

Ø    до  10-20 %- карбонат магния   МgCO₃;

Ø    до   2-5    % - карбонат кальция  CaCO₃;

Ø    макро и микроэлементы - остальное.

     Норма внесения:

Ø    150 г/м2 - весной перед посадкой (на один год);

Ø    450 г/м2 -осенью после сбора урожая (на три года).

Мелиорант  получен путем дробления классификации сушки и измельчения агроруды - серпентинито-магнезита.

Данный тип природных, экологически чистых удобрений - мелиорантов широко используются в Новой Зеландии, Дании , Нидерландах и др.странах.

Санитарно-Эпидемиологическое заключение:?56.26.05571.П.000004.02.03

 Упаковка: Контейнер 600 кг, мешки 20 кг.

Продукт произведен при содействии ТПП г.Новотроицка и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им.Танаева Кольского научного Центра РАН, награжденного за данную разработку дипломом и серебряной медалью 'Конкурса биотехнологических проектов для повышения качества жизни человека' и серебряной медалью выставки форума 'РОССИЯ ЕДИНАЯ -2003'.