ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ КАЗАХСТАНА

OBTAINING SORBENTS BASED ON MINERAL RAW MATERIALS OF KAZAKHSTAN

Moldir Murat

undergraduate student, S. Toraighyrov Pavlodar State University,

Kazakhstan, Pavlodar

Madeniet А. Yelubay

Cand.Sci. (Chem.), associate professor S. Toraighyrov Pavlodar State University,

Kazakhstan, Pavlodar

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены перспетивы использования минерального сырья для получения из них сорбентов. Для этого были определены основные перспективные  материалы для создания сорбентов. Это различные глины, опоки, цеолиты, цеолитсодержащие породы и т.д. Преимуществом таких материалов, по сравнению с другими сорбентами является, прежде всего, их природное происхождение, дешевизна, доступность добычи и обработки, значительные запасы в Казахстане и  других странах, таких как  Китай, Россия. Они показали ряд уникальных технологических свойств – сорбционных, ионообменных, молекулярно-ситовых, а также возможность их модифицирования, утилизации, регенерации делает данные материалы незаменимыми в сорбционной технологии.Такие материалы могут быть использованы в качестве решения проблемы очистки природных, сточных и питьевых вод.

ABSTRACT

This article presents the prospects of using mineral raw materials to obtain sorbents from them. To do this, the main promising materials for creating sorbents were identified. These are various clays, flasks, zeolites, zeolite-containing rocks, etc. The advantage of such materials in comparison with other sorbents is, first of all, their natural origin, cheapness, availability of extraction and processing, significant reserves in Kazakhstan and other countries such as China and Russia. They have shown a number of unique technological properties – sorption, ion exchange, molecular sieve, as well as the possibility of their modification, utilization, regeneration makes these materials indispensable in sorption technology. Such materials can be used as a solution to the problem of natural, waste and drinking water treatment.

Ключевые слова: сорбент, минеральное сырье, очистка, ионы тяжелых металлов, сточные воды.

Keywords: sorbent, mineral raw materials, purification, heavy metal ions, waste water.

ВВЕДЕНИЕ

Создание новых материалов на основе безотходных технологий, рационального использования природных ресурсов, а также вовлечения в переработку возобновляемого сырья становятся все более актуальной задачей экономического развития многих стран мира. В настоящее время развитые страны получают доходы от подобной деятельности в десятки раз выше, чем развивающиеся, так как продают не сырье, а продукты глубокой переработки, стоимость которых несоизмеримо выше [1]. Поэтому повышение эффективности использования минерального сырья – важнейшая общегосударственная задача. Выпуск новых материалов с заданными свойствами на основе безотходных технологий и рационального использования природных ресурсов путем вовлечения в переработку возобновляемого сырья является одной из актуальных задач науки и производства в целом. Так, растущие потребности различных отраслей промышленности Казахстана в углеродсодержащих материалах могут быть удовлетворены посредством использования отходов переработки углерод-минерального сырья Республики Казахстан. Данное возобновляемое вторичное сырье в Казахстане имеется в достаточных количествах для промышленного использования. Объемы мирового и казахстанского потребления различных форм углерода за последние годы значительно выросли. Однако предприятия пищевой и химической отраслей страны испытывают дефицит отечественных углеродных материалов, в связи с отсутствием собственного Казахстанского производства многих из них, и вынуждены импортировать их из-за рубежа [2].

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Углеродные наноструктурированные материалы находят широкое применение в различных отраслях промышленности и медицине. В частности, в процессах очистки от вредных примесей и рекуперации ценных веществ из жидких и газообразных сред, создании конструкционных материалов с заданными свойствами, получение биологически активных добавок, мазей и т.д. В связи с этим актуальна проблема выпуска углеродных материалов (сорбентов, наполнителей резиновых смесей и других композиционных материалов и др.) на основе передовых экологически чистых и экономически выгодных технологий производства при использовании дешевых видов сырья. Большинство известных сорбционных материалов, используемых в РК завозится из-за рубежа, вследствие чего имеют высокую стоимость, сравнительно незначительный срок службы, не могут использоваться многократно.

В то же время, в Казахстане имеется практически невостребованное углерод-минеральное сырье – шунгитовые породы, именуемое так по названию содержащегося в них углеродного минерала – шунгита. Шунгитовые породы образуют природные толщи, однако большая их часть находится в отвалах в виде отходов после обогащения полиметаллических руд, занимая значительные территории. Среднее содержание шунгита в отвалах составляет 10-15%. Основу минеральной части составляют кварцит и различные алюмосиликаты [3].

В качестве углерод-минерального сырья можно использовать шунгитовые породы месторождения Бакырчик Восточно-Казахстанской области, предварительно дробленные до фракции менее 71 мкм.

Отвалы шунгитовых пород являются отходами процесса добычи полиметаллических руд, вследствие чего исследование, переработка шунгитовых пород, а также получение полезного продукта на его основе позволит обеспечить рациональное использование данного сырьевого ресурса Республики Казахстан. При этом одновременно улучшится экологическая обстановка путем решения вопроса утилизации уже имеющихся отвалов шунгитовых пород и исключением необходимости отторжения новых земель под отвалы [4].

В качестве примера таких сорбентов можно привести работу авторов [5]. Используемым минеральным сырьем являлся шунгит. Концентрирование по углероду и стабилизацию химического состава шунгитовой руды проводили методом пенной флотации. Содержание углерода в полученном концентрате составило 40 ± 2 % =. Из полученного концентрата готовили цилиндрические гранулы путем брикетирования через фильеру диаметром 2 мм и подвергали их термической обработке в инертной атмосфере аргона при температуре 800 0С, затем активировали острым водяным паром при температуре 800–850 0С, в результате чего их удельная поверхность увеличилась с 30 до 250 м2/г. Увеличение удельной поверхности происходит за счет  выгорания  аморфного  углерода  и  развития  углеродной  матрицы во время активации.

Определение физико-химических характеристик полученных углеродных сорбентов (активированных углей). Удельную площадь поверхности и суммарный объем пор полученных сорбентов определяли методом Брунауэра — Эммета — Теллера (БЭТ) по стандартной методике, исходя из данных по измерению изотерм адсорбции — десорбции азота при 77 К (-196,15 0С) с использованием анализатора площади поверхности и размеров пор “NOVA 3200E” (Quantachrome Instruments).

Структуру поверхности полученных углеродных сорбентов изучали методом растровой электронной микроскопии на оптическом микроскопе “MEIJI” и электронном микроскопе “Quanta 3D 200i”. На рисунке 1 представлены результаты сканирующей электронной микроскопии полученного углеродного сорбента, а в таблице 1 представлены результаты физико-химических характеристик полученного углеродного сорбента.

Рисунок 1. Микроснимок углеродного сорбента на основе шунгита

Таблица 1.

Физико-химические характеристики сорбента на основе шунгита

ВЫВОДЫ

Из полученных результатов (таблица 1) видно, что полученный углеродный сорбент обладает высокой удельной поверхностью и развитым суммарным объемом пор. Было показано что сорбенты из минерального сырья Казахстана обладают хорошими сорбционными качествами. Они являются перспективным направлением в Казахстане, а именно использование шунгитовых руд, различных глин, цеолитсодержащих пород. В виду того что шунгитовые руды являются отходным элементом, их дальнейшая переработка является перспективной. Также есть возможность использовать их совместно с растительным сырьем коими являются различные отходы сельского хозяйства образуя так называемые композиционные сорбенты, Такие сорбенты позволяют получить композиционный сорбент с большими объемами микропор и мезопор, что обеспечивает возможность его использования при очистке воды и почвы от ионов тяжелых металлов, радионуклидов и органических красителей.

Список литературы:

1. Калинников, В. Т., Николаев, А. И. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева: шаги в будущее/ В. Т. Калинников, А. И. Николаев // Вест. Кольского научного центра РАН, 2010. – № 1. – С. 104–109.
2. Вафин Р. А., Нечипуренко С. В., Ефремов С. А., Наурызбаев М. К. Получение углеродного концентрата на основе отходов золотодобывающей промышленности и использование его в технологических процессах / Р. А. Вафин, С. В. Нечипуренко, С. А. Ефремов , М. К. Наурызбаев // Материалы международной  конференции «Экологические проблемы глобального мира», Москва, 26-27 октября 2010 г. – С. 61–62.
3. Нечипуренко С. В., Казангапова  М. К., Ефремов  С. А., Наурызбаев  М. К. Сорбционные характеристики углерод-минеральных сорбентов на основе шунгитовых пород Казахстана / С. В. Нечипуренко, М. К. Казангапова, С. А. Ефремов, М. К. Наурызбаев // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. – Волгоград, 25-30 сентября, 2011. – Т.2. – С. 468.
4. Нечипуренко  С. В., Духницкий  В. Н., Ефремов  С. А. Технология обогащения углерод-минеральной шунгитовой породы / С. В. Нечипуренко, В. Н. Духницкий, С. А. Ефремов // Материалы 60-й Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по прикладным вопросам химии, Алматы, 2011. – С. 51.
5. Кишибаев К. К., Нечипуренко С. В., Токпаев Р. Р., Атчабарова А.А., Умирбекова Ж.Т., Тасибеков Х. С., Ефремов С. А., Ахметова К. Ш.  Переработка отходов углерод-минерального и растительного сырья Республики Казахстан для процессов извлечения золота / К. К. Кишибаев, С. В. Нечипуренко, Р. Р.Токпаев, А.А. Атчабарова, Ж.Т. Умирбекова, Х. С. Тасибеков, С. А. Ефремов, К. Ш. Ахметова // Вестник КазНУ, 2011. – № 4 (64). – С. 842–847.