Получение железосодержащего коагулянта для очистки сточных вод от органических взвессей

промышленности. К одному из таких отходов можно отнести пыль электродуговых сталеплавильных печей (ЭДСП) на примере Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) Белгородской области. Пыль ЭДСП содержит как соединения железа, так и соли кремниевой кислоты, обеспечивая тем самым протекание как коагуляционных, так и флокуляционных процессов [3].

Цель работы: получение железосодержащего коагулянта-флокулянта (ЖКФ) на основе пыли ЭДСП и подтвердить эффективность препаратов ЖКФ для очистки сточных вод от органических взвешенных веществ, например, от жировых частиц.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

Согласно проведенным исследованиям физико-химических свойств пыли ЭДСП, ее состав и структура указывают на возможность использования пыли для получения коагулянта-флокулянта, пригодного к использованию в водоочистке. Пыль ЭДСП, образующаяся при плавке железной руды в электродуговых печах, представляет собой тонкодисперсную систему, содержащую Fe2O3 до 50 % и ряд оксидов металлов (табл. 1).

Физико-химические свойства пыли ЭДСП представлены в табл. 2.

Дисперсный анализ показал, что размер частиц пыли не превышает 80 мкм. Удельная поверхность пыли (Sуд), определенная в соответствии с теорией БЭТ методом низкотемпературной адсорбции азота, составила 64±4,5 м2/г.

Анализ микрофотографий РЭМ пыли ЭДСП свидетельствует о развитой рыхлой поверхности частиц (рис. 1).

Результаты рентгенофазового анализа (рис. 2) позволяет сделать вывод, что в состав пыли ЭДСП входят такие вещества, как магнетит FeO ^. Fe₂O₃d(А⁰) = 2,979; 2,543; 2,108; 1,691;

Таблица 1. Оксидный состав пыли ЭДСП

Ингредиент

О о Уч

О cd и

о cd Z

6 СП

о й N

о

о &о

о й S

О СП

и

о

о Сй

о .й

6 и

о й и

6 Сй

о н

О СП

о тй и

о Z

б ;>

m

Содержание

оГ

tn

ГД СЛ

CN

чО

tn

О of

tn tn

со o'

tn MD o'

ГМ ^ o'

tn o'

o'

CN o'

CN o'

tn о^ o'

tn о^ o'

CN О^ o'

сд о^ o'

О^ o'

о^ o'

Таблица 2. Физико-химические свойства пыли ЭДСП

№	Показатели	Значение
1	Насыпная плотность, кг/м3	9400
2	Истинная плотность, кг/м3	3640
3	Растворимость в воде, %	6,4±0,5
4	рН водной вытяжки	10,9
5	Влажность, %	1,5-2,5

Рис. 1. Микрофотография пыли ЭДСП

1,484; вюстит FeOd(А0) = 2,48; 2,141; 1,519; портландитCa(OH)2d(А0) = 4,924; 4,575; 2,622; 1,989; 1,918; 1,784; 1,692 и кремнезем SiO2d(А0) = 3,51; 2,276; ,813; 1,539.

При кислотной обработке пыли происходит частичное растворение оксидов металлов и их силикатов:

FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O;

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O;

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂;

Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

CaSiO₄ + 2H₂O → 2Ca(OH)₂ + H₄SiO₄

Соли образующихся ионов Fe3+ и Fe2+ являются хорошими коагулянтами, в результате гидролиза которых образуются крупные заряженные частицы, интенсифицирующие процесс седиментации взвесей. В кислой среде образуются ионы FeOH2+, [Fe(OH)2]+, FeOH+. Поскольку в состав пыли ЭДСП входит значительное количество оксида кальция в виде соединений, то при повышении рН среды вследствие их растворения возможно образование следующих ионов: [Fe(OH)4]-, [Fe(OH)5]2-, [Fe(OH)6]3- и др[4-5]. Особенностью кислотной обработки пыли ЭДСП является растворение силикатов, входящих в ее состав. При растворении силикатов в раствор переходят кремниевые кислоты. При этом возможен процесс поликонденсации которых можно рассмотреть на примере ортокремниевой кислоты H4SiO4 (см. графическую иллюстрацию протекающей реакции, с. 364).

В результате образуется гель поликремниевых кислот, обладающий высокоразвитой поверх-

Рис. 2. Рентгенограмма пыли ЭДСП:

• - магнетит Fe s O 4 ; ■ - гематит Fe 2 O s ; о - металлическое железо Fe; ♦ - кварц SiO 2 ; □ - оксид цинка ZnO; О - оксид кальция CaO; Д - пиролюзит MnO 2 ; ▲ - двухкальциевый силикат 2CaO ^ SiO 2

Н-О\ /О-Н Н-О\ /О-Н     Н-О\ ХОХ /О-Н

Si + Si       2Н О Si Si _

Н-О7 ХО-Н Н-О7 ХО-Н   2 Н-О7 ХОХ ХО-Н

"О х /Ох /О

* Si Si +4Н +

-Оz ХОХ ХО-

ностью и проявляющий свойства флокулянта, что способствует повышению эффективности очистки. Причем, гель поликремниевых кислот может содержать полимерные формы линейного и объемного характера, содержащие соединения типа H4Si3O8, H4Si4O12 и др [6].

С целью определения оптимальных условий кислотной обработки пыли, позволяющих большей части ионов железа перейти в раствор, навески пыли ЭДСП обрабатывали растворами HCl при разных соотношениях Т:Ж и условиях обработки. После обработки пыли растворами кислоты суспензию фильтровали и в фильтрате определяли концентрацию ионов Fe2+, Fe3+ и соединений кремния в пересчете на SiO2.

Как показано на рис. 3, 4, как увеличение концентрации кислоты, так и длительность обработки положительно влияют на процесс растворения пыли и переход ионов Fe2+ и Fe3+ из твердой фазы в жидкую[7].

При этом полнота перехода железа общего в раствор составила 87,8 % для концентрации соляной кислоты 3н и длительности обработки 10 мин.

При обработке пыли 1н соляной кислотой в течение 30 минут полнота перехода железа в раствор составила 98,8 %. Поэтому можно сделать вывод, что для получения концентрированного раствора коагулянта рациональными можно считать следующие условия: навеска пыли ЭДСП – 1 г; объем 1н HCl – 21 мл; длительность обработки – 30 мин [8].

Препарат, полученный после обработки пыли ЭДСП соляной кислотой, назвали ЖКФ – железосодержащий коагулянт-флокулянт.

Для определения эффективности препарата ЖКФ использовали молокосодержащие эмульсии, полученные путем разбавления цельного молока в воде. К модельным эмульсиям добавляли препарат ЖКФ, перемешивали, содержимое лабораторной емкости фильтровали через бумажный фильтр. Загрязненность эмульсий до и после очистки оценивали турбидиметрическим методом по показателю NTU - нефелометрической единице мутности, а также по снижению показателя химического потребления кислорода (ХПК) [9].

Кинетика снижения показателя NTU и ХПК показана на рис. 5, 6.

Рис. 3. Зависимость концентрации ионов железа Fe³⁺ и Fe_общ в растворе от концентрации HCl. Длительность кислотной обработки 10 мин

т, мин

Рис. 4. Зависимость концентрации ионов железа Fe³⁺ в растворе от длительности кипячения пыли ЭДСП с 1н и 3н растворами HCl

Рис. 5. Кинетика снижения мутности молокосодержащей эмульсии в ходе отстаивания при воздействии ЖКФ

Рис. 6. Кинетика снижения ХПК в молокосодержащих эмульсиях при воздействии ЖКФ (добавка ЖКФ на 250 мл эмульсии)

Из графиков, представленных на рис. 5, 6, следует, что наиболее интенсивно очистка моло-   ^4.

косодержащих эмульсий протекает при добавке ЖКФ в объеме 2 см3 на 250 см3 эмульсии.

ВЫВОД

Использование препарата ЖКФ может обеспечить эффективную очистку сточных вод, загрязненных взвешенными неорганическими и органическими веществами. Такого рода загрязнения наблюдаются в сточных водах молокоперерабатывающих и маслоэкстракционных ₇ предприятий, автозаправочных станций, пред-    ^.

приятий по производству строительных материалов, в ливневых водах и др.