Исследование химического состава промышленных отходов Кадамжайского сурьмяного комбината

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 504.062.2: 632.15                              

В последнее десятилетие проблемы загрязнения природных систем токсичными отходами техногенного происхождения, привлекает все большее внимание в силу нарастающего влияния, их источников на окружающую среду и через трофические цепи на организм человека. Однако, в связи с развитием горнодобывающей и металлургической промышленности, загрязнение природных поверхностных и грунтовых вод, почва, рудничными водами, дренажными потоками с отвалов и хвостохранилищ, жидкими металлургическими стоками, мигрирующими пылевыми и аэрозольными ореолами даже в районах, удаленных от областей локализации техногенных объектов возрастает. Защита среды обитания от последствий деятельности человека является актуальной задачей, приобретающий первостепенное значение среди наук о земле [1].

Установленные закономерности позволили предложить метод очистки техногенных стоков с помощью водной растительности, которая является весьма эффективным аккумулятором токсичных элементов. Способность к аккумуляции в данных отложениях и гидробионтах, как известно, возрастает в ряду As, Pb, Hg, Cd, Cu, Zn, Ni и поэтому считаем нужным подчеркнуть то, что помимо непосредственного токсического действия на биоты, тяжелые металлы имеют тенденцию накапливаться в отдельных звеньях цепи «поверхностные вода иловые растворы → донные осадки → высшее растение → почвы → животный мир → человек». Это усиливает их долговременную опасность, которая может реализоваться при любом изменении условий существования системы в стационарном состоянии [2].

Проблемы влияния складированных отходов горнорудной промышленности на окружающую среду и человека была сформулирована несколько десятилетий назад. По мере детального изучения, процессов происходящих в пределах искусственных геологических (техногенных) объектов и внешних связей последних с природными компонентами: атмосферой, реками, внутренними водоемами, почвами и т. д., это влияние воспринимается как реальная опасность. Актуальность исследования взаимодействия техногенной и природной систем, обусловлена необходимостью составления ближайшего и долговременного прогноза состояния окружающей среды в условиях повышенной антропогенной нагрузки. Правильность и надежность эколого-геохимического прогноза зависит от комплексности изучения специфических особенностей конкретных объектов, локализирующих в различных геологических условиях. Потенциально, любая промышленная технология содержит угрозу здоровью человека и экологии, но безопасна, пока вредные воздействия не превышают пределов установленных нормой. Отходы горнодобывающей и металлургической промышленности, считающихся низкотоксичными, до настоящего времени складируются и хранятся в различных накоплениях, зачастую без соблюдения соответствующих экологических норм и требований. Постоянно возрастающие объемы складируемых отходов формируют новые техногенные ландшафты. С ростом высоты отвалов и терриконов, с увеличением площади осушенных территорий они становятся все более интенсивными источниками пылеобразования и дренажных стоков содержащих металлы, мышьяк и другие токсические элементы. К сожалению не учитывается долговременность действия таких источников.

В результате почва, подземные и поверхностные воды многих регионов подвержены интенсивному загрязнению в течение десятков лет, усиливающемуся в период поводков и других разрушающих событий. Для экологически обоснованного и сбалансированного использования и охраны земельных ресурсов необходимо формирование оптимальной структуры землепользования, минимизация негативного воздействия на земли разноплановой хозяйственной деятельности [3–4].

В случае электрохимического процесса ионы мышьяка и железо сильно мешают и поэтому при выщелачивании сурьмяных отходов необходимо проведение предварительной очистки и осаждение соединений мышьяка и железа химическим методом. В процессе осадительной реакции в реакторе осаждаются соединение мышьяка и железа и эти вещества после фильтрации автоматически можно сливать на специальные отвалы. После проведения осадительного процесса в электролите содержится очень малое количество ионов мышьяка, а ионы Fe2+ и Fe3+ отсутствуют [5].

Известно, что горнорудная промышленность является одним из мощных источников антропогенного преобразования, окружающей среды. Добыча и обогащение, складирование транспортировки горных пород, захоронение окружающей среды промышленными отходами и тяжелыми металлами, что может привести к деградации природных экосистем региона [6].

В настоящее время на территории Кадамжайского сурьмяного комбината (КСК) имеются десятки миллионов тонн промышленных отходов [7]. Как известно, в результате осадительной плавки получаются черновая сурьма, штейн, шлак, и газ. Химический состав штейна и шлака, образованные в процессе осадительной плавки [8] показаны в Таблице1.

Таблица1.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ КАДАМЖАЙСКОГО СУРЬМЯНОГО КОМБИНАТА (КСК)

Наименование отходов	Химическое соединение	Химический состав, в %	Сурьма, в %
Штейн отвальный	FeO	34–40	3–6
	Na 2 O	8–15
	S	25–35
	As	0,75–3,00
Шлак отвальный	SiO 2	35–60	0,45–1,00
	S	2–4
	FeO	25–35
	Na 2 O	12–17
	Al 2 O 3	6–10
	CaO	8–15
	MgO	1–3
	As	0,75

Экспериментальная часть

В экспериментальной части исследованы и определены химический состав техногенных отходов, шлак намагниченный, шлак в виде песка, флотационный хвостовой отход и природная глина Кадамжайского сурьмяного комбината химическим методом, (Таблицы 2–4).

Также исследованы и определены атомный состав элементов техногенных отходов атомно-эмиссионным методом, что приближено к количественным методам испарения пробы с применением угольного электрода ОМГ6-01 спектр-87 (Таблица 5).

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №12. 2020

Таблица 2.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОТОБРАННЫХ ПРОБ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ КАДАМЖАЙСКОГО СУРЬМЯНОГО КОМБИНАТА (КСК)

I о

Шлак (намагниченный)	60,63   4,66   3,63   4,30   2,45	0,4   20,4	—   0,24  1,63	0,24  —   —   1,69  100
Шлак (в виде песка)	60,78   4,06  4,69   5,48   1,20	0,44   20,1	—   0,4   1,10	0,36  —   —  2,39  100
Флотационный хвостовой отход	30    4,14   5,2   56,1    1,4	— —	0,5    1,41	1,04  —   —   1,42  100
Природная глина	27,9    10,7   8,2    6,5    2,4	1,0   —	2,0   —   4,0	6,0    22    1,8    7,5    100
Таблица 3. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУДЫ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОЙ В ОБОГАТИТЕЛЬНОМ ЦЕХЕ
Наименование	Рудовмещающие породы		Полезные компоненты
сырья	Кремнистые Глинистые соединения,   углистые %       сланцы, %	Известняки, % СaCO 3	Антимо-  Валентинит   Прочие, нит        Sb 2 O 3         % Sb 2 S 3
Руда сурьмяная рядовая	70–90        30–10	10	0,60	0,38          0,02
Таблица 4. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РУДЫ, ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОЙ В ОБОГАТИТЕЛЬНОМ ЦЕХЕ
Наименование		Содержание, %
сырья	As    Pb    Cu   SiO 2	FeO	Al 2 O 3     CaO	MgO   Na 2 O   S общ.
Руда сурьмяная рядовая	0,038   0,12   0,08    70	0,64	5,90     17,39	1,12    1,05     2,69
Таблица 5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ (ШЛАК ОТВАЛЬНАЯ) КСК ИССЛЕДОВАНО РЕНТГЕНО-ФЛУОРОСЦЕНТНЫМ МЕТОДОМ
№п/п  №   Mn    Ni     Co     Ti проб		V	Cr     Mo	W    Zr    Nb
1        1     12	.102   7.103    1.2.103    3.101	0.9.10-3	15.10-3   0.9.10-	10-2    1,5.10-2    10.-3
In     Cu	Pb      Ag       Sb	Bi	As       Zn	Cd    Sn    Ge
10-3    40.10-3	70.10-3    1.3.10-4   >100.10-2	10-3	3.10-2   >100.10-2	10-2    9.10-2    10-3
Ga      Yb	Y    La    P    Be	Sr	Ba     Li	Ta     Th     U
0.5.10-3    0.3.10-	3    3.10-3    10-2     10-1     10-4	3.10-2	12.10-2     10-3	10-1       10-2      10-1
Au       Sc	SiO 2        Al 2 O 3	MgO	Fe 2 O 3      CaO	Na 2 O     K 2 O
10-3          10-3	>50%     5%	3%	7%     4%	1.2%     0.15%

Результаты спектрального анализа показали, что в техногенном отходе Кадамжайского сурьмяного комбината, содержатся очень ценные редкоземельные элементы как иттербий, иттрий, лантан, и скандий (Ya, Y, La, Sс), кроме того содержатся ценные элементы как титан, ванадий, вольфрам, ниобий, индий, германий, галлий, тантал, молибден, стронций, фермий, цирконий, кобальт и др.

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №12. 2020 Таблица 6. МЕТОДИКА XRF-SPECTROMORNS, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ХL3T-960 № п/п Химические элементы Шлак отвальный, мг/кг № п/п Химические элементы Шлак отвальный, мг/кг 1 As 7,0×10-3 24 U 101 2 Pb 69×10-3 25 Ga 0,4×10-3 3 Sb >100×10-2 26 Yb 0,4×10-3 4 Cr 16×10-3 27 Y 3,2×10-3 5 Zn >90×10-2 28 La 10-2 6 Cu 41×10-3 29 P 10-1 7 V 0,9×10-3 30 Sr 2,7×10-2 8 Ni 7,2×10-3 31 Ta 10-1 9 Mn 14×10-2 32 Th 10-3 10 Be 10-4 33 Bi 10-3 11 Ti 3,2×10-1 34 Li 10-3 12 Rb 10-3 35 Ag 1,5×10-3 13 Cr 10-3 36 In 10-3 14 Zr 1,4×10-2 37 Mo 10×10-3 15 Te 10-3 38 S iO2 59,0 % 16 Cs 10-3 39 Al2O3 5,6% 17 Ba 12,5×10-2 40 Na2O 1,0% 18 Cd 10-2 41 K2O 0,17% 19 Sn 8×10-2 42 MgO 2,8% 20 W 10-2 43 CaO 6,0% 21 Au 11×10-3 44 Fe2O3 4,0% 22 Co 1,4×10-3 45 FeO 20% 23 Ge 10-3

Результаты полученных данных позволили сделать следующие выводы:

Исследованы и определены особо ценные редкоземельные элементы техногенных отходов КСК: иттербий, иттрий, лантан, скандий.

Исследованы и определены ценные элементы: титан, ванадий, вольфрам, ниобий, индий, германий, галий, тантал, молибден, стронций, бериллий, цирконий, кобальт и др.

Определены оксиды элементов для использования в качестве сырья производства портландцемента и строительных материалов техногенных отходов КСК: SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, CaO, Fe 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O, S, FeO.