АНАЛИЗ ИОННОГО СОСТАВА ВОДНОЙ ФАЗЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СУСПЕНЗИЯХ И ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова

Гунич С.В. Янчуковская Е.В. Исследовано формирование ионного состава водной фазы в системах «твердое — жидкое» применительно к технологическим суспензиям (пульпам) флотации, а также к природным водам (поверхностным водным объектам) при взаимодействии с силикатными Fe-содержащими минералами. Выявлены прострaнcтвенно-временные зависимости содержания распространенных ионов щелочных (Na+, K+) щелочно-земельных (Ca2+, Mg2+) и тяжелых (Feобщ, Сu2+) металлов, которые представляют ценность в моделировании и прогнозировании процессов миграции, химических превращений загрязнителей водных объектов. Статья в формате PDF 192 KB количественный анализтяжелые металлысиликатные минералыquantify ***isysheavy metalssilicate minerals Цель исследований. Изучение содержания, процессов миграции и трaнcформации химических соединений в водных геосистемах является актуальной проблемой взаимодействия в системе «человек прострaнcтво окружающая среда», которые в последнее время становятся предметом исследований в различных разделах экологии и естествознания. Многочисленными исследованиями было показано, что загрязняющие вещества (ЗВ), в особенности металлы и органические вещества, при попадании в окружающую среду превращаются в более токсичные формы по сравнению с исходными [1]. В связи с этим представляет интерес анализ формирования ионного состава водной среды как в технологических процессах, так и в условиях природного гидрогеохимического режима.

Объектами исследований являются водные суспензии кварца и амфибола (паргасита), относящихся к классу широко распространенных в земной коре силикатных минералов. Первым этапом исследований, представленных в данной статье, является извлечение катионов с поверхности минерала в водную фазу, называемое выщелачиванием. Выщелачивание катионов связано непосредственно с растворимостью минералов, поэтому для исследований был взят паргасит, который более растворим в воде, чем кварц. На втором этапе анализа проводилась статистическая обработка многолетних данных и собственные определения по содержанию тяжелых металлов в поверхностном водном объекте - реке Ия (Иркутская область).

Методология исследований. Было изучено выщелачивание катионов калия, кальция, магния, железа, алюминия, кремния, являющихся основными составными  компонентами минерала, в зависимости от времени при рН = 6, 8, 10. Для этого 5 г паргасита растворяли в 100 мл деминерализованной воды, для регулирования рН использован 0,5 М водный раствор NaOH. После 24 часов жидкая фаза была  отфильтрована и направлена на атомно-абсорбционный химический анализ. Оставшаяся твердая фаза после фильтрации была снова растворена в 100 мл деминерализованной воды при рН = 6, 8, 10. Через 15 суток и через 30 суток жидкая фаза была также отфильтрована и направлена на атомноабсорбционный анализ.

Рис. 1. Относительное выщелачивание катионов из 1 г минерала

Обсуждение результатов. Результаты определения концентраций катионного состава K^+, Ca ^2+, Mg ²⁺ , Fe, Al ³⁺ , Si ⁴⁺ представлены на рис. 1. Обнаружено, что извлечение катионов происходит разнообразно и связано с неоднородностью контакта межфазной поверхности. Главными катионами минерала, имеющими наибольшее воздействие на ионный состав водной фазы, являются калий, кальций и особенно в щелочных условиях кремний. Ионы алюминия выщелачивались относительно слабо. В условиях, близких к нейтральным, наблюдалось повышенное извлечение щелочно-земельных металлов и железа общего.

Нами также систематизированы и с помощью программного  обеспечения «Microsoft Excel 2003» статистически обработаны многолетние гидрохимические данные (2003 - 2008 годы) по ходу водоразборной сети реки Ия. Пробоотбор осуществлялся в 6 пунктах водозаборных сооружений. Определение суммарных содержаний Cu, Fе_общ проводились с помощью фотоколориметрического метода, значения рН определялись потенциометрическим методом [5].

Диаграмма (рис. 2) демонстрирует существенное понижение содержания общего железа в поверхностной воде после очистки на фильтрационной установке и в пункте «Резервуар подъема» с 0,27 до 0,05 мг/м3. Это позволяет сделать вывод о том, что железо в воде до этих пунктов находилось в виде нерастворимых осадков (FeO3) и затем было удалено в процессе фильтрации. Было выявлено, что в пунктах «Водозабор вокзала», «Башня»,

«Котельная» средние концентрации ионов Fe пропорциональны величине рН (рис. 3), за исключением водозаборных сооружений, в которых осуществляются процессы фильтрации, обезжелезивания и обеззараживания воды [5].

Рис. 2. Динамика распределения концентраций Fe (мг/дм3) по створам наблюдений р. Ия за 5-летний период

Рис. 3. Прострaнcтвенная динамика содержания ионов Fe и значений рН (2008 г.)

Рис. 4. Прострaнcтвенная динамика содержания ионов Cu и величины рН (2008 г.)

 

Выводы. В результате проведенного эксперимента по извлечению катионов с поверхности силикатных минералов и адсорбции додециламмония ацетата было определено:

• главными катионами, способными к выщелачиванию с поверхности амфибола, являются щелочные, щелочно-земельные металлы и кремний;
• при значениях рН, близких к нейтральным, увеличивается извлечение двухвалентных катионов кальция, магния и железа;
• влияние рН на ионный состав природной воды хорошо согласуется с данными, полученными для технологических суспензий минералов;
• на основе проведенных опытов возможно составление математической модели и определение корреляционных зависимостей ионного состава, при этом значимость модели состоит в прогнозировании процессов миграции и трaнcформации наиболее распространенных химических соединений в водной среде (в частности, ионов тяжелых металлов).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Гунич С.В. Извлечение катионов с поверхности силикатных минералов и адсорбция додециламмония ацетата. - Отчет о научно-исследовательской работе «Синергетические эффекты между гетерополярными и неионогенными адсорбентами на границе раздела «твердое - жидкое» применительно к флотации руд», ARCUS (Россия - Франция). www.arcus.msisa.ru.
2. Кравец Е.А. Структурирование и обработка информации для целей комплексного анализа загрязнения окружающей среды // Геоинформатика, 2006. - № 2. - с. 23-28
3. Королева Г.П. Геохимический мониторинг  загрязнения  металлами-экотоксикантами / Г.П. Королева // Инженерная экология, 2005. - № 3. - с. 22-36
4. Молчанова Л.П. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. -М.: Форум, 2007. 190 с.
5. Сарапулова Г.И. Изучение поведения загрязнителей на примере поверхностного водоема р. Ия / Г.И. Сарапулова, С.В. Гунич // Материалы докладов научно-пpaктической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств». - Иркутск: ИрГТУ. - с. 249 - 252.
6. Demir C. Flotation separation of Nafeldspar from K-feldspar by monovalent salts. / C. Demir, A.A. Abramov, M. S. Celik // Minerals Engineering 14-I (2001), 733-740.
7. Kongolo Mukendi. The comparison between amine thioacetate and amyl xanthate collector performances for pyrite flotation and its application to tailings desulphurization. / Kongolo Mukendi, Benzaazoua Mostafa, Donato Philippe, Drouet Benoit, Barr Odile // Minerals Engineering 17 (2004) 505 -515.
8. Vidyadhar A. Mechanisms of amine-quartz interaction in the absence and presence of alcohols studied by spectroscopic methods / A. Vidyadhar, Rao K. Hanumantha, I. V. Chernyshova, Pradip, K. S. E. Forssberg // Journal of Colloid and Interface Science 256 (2002) 59-72.

---