ПОЛУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ КОАГУЛЯНТОВ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОЙ ДЕГИДРАТАЦИИ
Аннотация
Основная цель проведенного исследования – разработка технологии получения комплексных титансодержащих коагулятов. Продукт пирометаллургической переработки кварц-лейкоксена – псевдобрукит может стать недорогим источником соединений титана для производства подобных реагентов. Для снижения себестоимости процесса получения коагулянтов предложено отказаться от традиционной сушки в пользу химической дегидратации растворов. Установлено, что при введении в сернокислые титансодержащие растворы (продукт сернокислотного выщелачивания псевдобрукита) суспензий гидроксида или оксида алюминия возможно самопроизвольное затвердевание реакционной смеси за счет реакции образования 18-водных кристаллогидратов сульфата алюминия. Оптимальная концентрация серной кислоты для получения кристаллогидратов с минимальным содержанием несвязанной влаги составляет 55 – 60%, при этом время процесса не превышает 25 мин, а температура реакционной смеси поддерживается в диапазоне 90 – 95 °С. Наиболее удобным с технологической точки зрения представляется процесс химической дегидратации с использованием гидроксида алюминия, позволяющий проводить реакцию отверждения в более мягких условиях (пониженная температура, сокращение времени процесса). Установлено, что варьируя соотношения псевдобрукит:серная кислота на стадии вскрытия возможно получение комплексных коагулянтов с содержанием модифицирующей добавки соединений титана от 1,5 до 6,5% масс. Проведена оценка эффективности традиционных и синтезированных Ti-содержащих коагулянтов в процессах очистки сточных вод установок газоочистки металлургического производства. Исследуемый в процессах очистки воды образец комплексного титансодержащего коагулянта представлял из себя смесь Al2(SO4)3·18H2O - 78%; Fe2(SO4)3·6H2O - 17,2%; TiOSO4·H2O – 4,8 %. Доказано, что комплексные титансодержащие реагенты по своей эффективности превосходят бинарные (смесевые) коагулянты, а также индивидуальные коагулянты на основе солей алюминия (сульфат алюминия). Установлена возможность интенсификации процессов фильтрации коагуляционных шламов при использовании свежесинтезированных образцов комплексного титансодержащего коагулянта.
Литература
Draginsky V.L., Alekseeva L.P., Getmantsev S.V. Co-agulation in natural water purification technology. M.: Nauch. izd. 2005. 576 p. (in Russian).
Getmantsev S.V., Nechaev I.A., Gandurina L.V. Purification of industrial wastewater with coagulants and flocculants. M.: "ASV". 2008. 271 p. (in Russian).
Babenkov E.D. Water purification with coagulants M.: Nauka. 1977. 378 p. (in Russian).
Kuzin E.N., Kruchinina N.E. Preparation of cured forms of aluminum-silicon coagulant and their use in water treatment and water treatment processes. Tsvet.Metally. 2016. N 10. P. 8-13 (in Russian). DOI: 10.17580/tsm.2016.10.01.
Gan Y., Li J., Zhang L., Wu B., Huang W., Li H., Zhang S. Potential of titanium coagulants for water and wastewater treatment: Current status and future perspectives. Chem. Eng. J. 2021. N 126837. DOI: 10.1016/j.cej.2020.126837.
Maciej Thomas, Joanna Bąk, Jadwiga Królikowska. Efficiency of titanium salts as alternative coagulants in water and wastewater treatment: Short review. Desalin. Water Treat. 2020. V. 208. P. 261-272. DOI: 10.5004/dwt.2020.26689.
Wan Y., Huang X., Shi B., Shi J., Hao H., Reduction of organic matter and disinfection byproducts formation potential by titanium, aluminum and ferric salts coagulation for micro-polluted source water treatment. Chemosphere. 2018. V. 219. P. 28-35. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.11.117.
Xu J., Zhao Y., Gao B., Zhao Q. Enhanced algae removal by Ti-based coagulant: comparison with conventional Al- and Fe-based coagulants. Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. N 13. P. 13147–13158. DOI: 10.1007/s11356-018-1482-8.
Zhao Y.X., Gao B.Y., Shon H.K., Cao B.C., Kim J.-H. Coagulation characteristics of titanium (Ti) salt coagulant compared with aluminum (Al) and iron (Fe) salts. J. Hazard. Mater. 2011. V. 185. N 2-3. P. 1536–1542. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.10.084.
Zhao Y.X., Gao B.Y., Zhang G.Z., Phuntsho S., Wang Y., Yue Q.Y., Li Q., Shon H.K. Comparative study of floc characteristics with titanium tetrachloride against conventional coagulants: Effect of coagulant dose, solution pH, shear force and breakup period. Chem. Eng. J. 2013. V. 233 P. 70–79. DOI: 10.1016/j.cej.2013.08.017.
Mamchenko A.V., Gerasimenko N.G., Deshko I.I. Pakhar T.A. The investigation of the efficiency of coagu-lants based on titanium when purifying water. J. Water Chem. Technol. 2010. V. 32. P. 167–175. DOI: 10.3103/S1063455X10030069.
Chekli L., Eripret C., Park S.H., Tabatabai S.A.A., Vronska O., Tamburic B., Kim J.H., Shon H.K. Coagula-tion performance and floc characteristics of polytitanium tetrachloride (PTC) compared with titanium tetrachloride (TiCl4) and ferric chloride (FeCl3) in algal turbid water. Sep. Purif. Technol. 2017. V. 175. P. 99–106. DOI: 10.1016/j.seppur.2016.11.019.
Zhao, Y. X., Gao, B. Y., Cao, B. C., Yang, Z. L., Yue, Q. Y., Shon, H. K., Kim, J.-H. Comparison of coagulation Be-havior and floc characteristics of titanium tetrachloride (TiCl4) and polyaluminum chloride (PACl) with surface wa-ter treatment. Chem. Eng. J. 2011. V. 166. N 2. P. 544–550. DOI: 10.1016/j.cej.2010.11.014.
Okour Y., Saliby I.El., Shon H.K., Vigneswaran S., Kim J.H., Cho J., Kim I.S. Recovery of sludge produced from Ti-salt flocculation as pretreatment to seawater reverse osmоsis. Desalination 2009. V. 247. P. 53–63. DOI: 10.1016/j.desal.2008.12.012.
Chekli L., Galloux J., Zhao Y.X., Gao B.Y., Shon H.K. Coagulation performance and floc characteristics of polytitanium tetrachloride (PTC) compared with titanium tetrachloride (TiCl4) and iron salts in humic acid-kaolin synthetic water treatment. Sep. Purif. Technol. 2015. V. 142. P. 155–161. DOI: 10.1016/j.seppur.2014.12.043.
Galloux J., Chekli L., Phuntsho S., Tijing L. D., Jeong S., Zhao Y. X., Shon H. K. Coagulation performance and floc characteristics of polytitanium tetrachloride and titanium tetrachloride compared with ferric chloride for coal mining wastewater treatment. Sep. Purif. Technol. 2015 V. 152. P. 94–100. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.08.009.
Zhao Y.X., Gao B.Y., Shon H.K., Kim J.H., Yue Q.Y., Wang Y. Floc characteristics of titanium tetrachloride (TiCl4) compared with aluminum and iron salts in humic acid-kaolin synthetic water treatment. Sep. Purif. Technol. 2011. V. 81. P. 332–338. DOI: 10.1016/j.seppur.2011.07.041.
Hussaina S., Awada J., Sarkarc B., Chowa C.W.K., Duana J., Leeuwena J.V. Coagulation of dissolved organic matter in surface water by novel titanium (III) chloride: Mechanistic surface chemical and spectroscopic characterization. Sep. Purif. Technol. 2019. V. 213. P. 213–223. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.12.038.
Zhao Y.X., Gao B.Y., Shon H.K., Qi Q.B., Phuntsho S., Wang Y., Kim J.-H. Characterization of coagulation behav-ior of titanium tetrachloride coagulant for high and low molecule weight natural organic matter removal: The effect of second dosing. Chem. Eng. J. 2013. V. 228. P. 516–525. DOI: 10.1016/j.cej.2013.05.042.
Zhao Y.X., Shon H.K., Phuntsho S., Gao B.Y. Removal of natural organic matter by titanium tetrachloride: The effect of total hardness and ionic strength. J. Environ. Manage. 2014. V. 134. P. 20–29. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.01.002.
Zhao Y.X., Gao B.Y., Qi Q.B., Wang Y., Phuntsho S., Kim J.H., Yue Q.Y., Li Q., Shon H.K. Cationic poly-acrylamide as coagulant aid with titanium tetrachloride for low molecule organic matter removal. J. Hazard. Mater. 2013. V. 258–259. P. 84–92. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2013.04.044.
Jeon K.-J., Ahn J.-H. Evaluation of titanium tetrachloride and polytitanium tetrachloride to remove phosphorus from wastewater. Sep. Purif. Technol. 2018. V. 197. P. 197–201. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.01.016.
Zhang J.F., Brutus T.E., Cheng J.M., Meng X.G. Fluоride removal by Al, Ti, and Fe hydroxides and coexisting ion effect. J. Environ. Sci. 2017. V. 57. P. 190–195. DOI: 10.1016/j.jes.2017.03.015.
Azopkov S.V., Kuzin E.N., Kruchinina N.E. Study of the Efficiency of Combined Titanium Coagulants in the Treatment of Formation Waters. Russ. J. Gen. Chem. 2020. V. 90. P. 1811–1816. DOI: 10.1134/S1070363220090364.
Kuzin E.N., Kruchinina N.E., Gromovykh P.S., TyaglovaYa.V. Coagulants in the Processes of Waste Water Treatment in Dairy Complex Industry. Chem. Sust. Develop. 2020. V. 28. P. 388-393 DOI: 10.15372/CSD2020244.
Shon H., Vigneswaran S., Kandasamy J., Zareie M., Kim J., Cho D., Kim J.H. Preparation and characterization of titanium dioxide (TiO2) from sludge produced by TiCl4 flocculation with FeCl3, Al2(SO4)3 and Ca(OH)2 coagulant aids in wastewater. Sep. Sci. Technol. 2009. V. 44. P. 1525–1543. DOI: 10.1080/01496390902775810.
Imramova V.S., Koroleva N.L., Lorentsson A.V., Chernoberezhskii Y.M. Effect of pH value on coagulation and filtration properties of aqueous dispersions of microcrystalline cellulose, TiO2, and products of TiOSO4 hydrolysis. Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. P. 512–515. DOI: 10.1134/S1070427217040036.
Izmailova N.L., Lorentson A.V., Chernoberezhskii Y.N. Composite coagulant based on titanyl sulfate and aluminum sulfate. Russ. J. Appl. Chem. 2015. V. 88. P. 458–462. DOI: 10.1134/S1070427215030155.
Chernoberezhskii Y.M., Mineev D.Y., Dyagileva A.B., Lorentsson A.V., Belova Y.V. Recovery of kraft lignin from aqueous solutions with oxotitanium sulfate, aluminum sulfate, and their mixture. Russ. J. Appl. Chem. 2002. V. 75. P. 1096–1699. DOI: 10.1023/A:1022252423563.
Kuzin E.N., Krutchinina N.E. Evaluation of effectiveness of use of complex coagulants for wastewater treatment processes of mechanical engineering. ChemChemTech [Izv. Vyssh.Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 10. P. 140-146 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196210.5939.
Zanaveskin, K.L., Meshalkin, V.P. Chlorination of Quartz-Leucoxene Concentrate of Yarega Field. Metal. Ma-ter. Trans. 2020. V. 51. P. 906–915. DOI: 10.1007/s11663-020-01810-2.
Kuchumov V.A., Shumkin S.S. Analysis of the chemical composition of the initial alloy in the production of perm-nent magnets from alloys of the Sm-Co system. Scientific-technical department of St. Petersburg State Polytechnic University, Russia. 2017. V. 23. Iss. 1. P. 219–225.
Kuzin E.N., Kruchinina N.E., Fadeev A.B., Nosova T.I. Principles of pyrohydrometallurgical processing of quartz-leucoxene concentrate with the formation of pseudobrucite phase. Obogashchenie Rud. 2021. N 3. P. 33-38 (in Russian). DOI: 10.17580/or.2021.03.06.
Shabanova N.A., Popov V.V., Sarkisov P.D. Chemistry and technology of nanodisperse oxides. M.: IKTs "Akade-mkniga". 2007. 308 p. (in Russian).
Kolesnikov A.V., Savel’ev D.S., Kolesnikov V.A., Davydkova T.V. Electroflotation Extraction of Highly Disperse Titanium Dioxide TiO2 from Water Solutions of Electrolytes. Glass Ceram. 2018. V. 75. P. 237–241. DOI: 10.1007/s10717-018-0063-0.
Meshalkin V.P., Kolesnikov A.V., Saveliev D.S. Analysis of the physico-chemical efficiency of the electroflotation pro-cess of extraction of titanium tetrachloride hydrolysis prod-ucts from technogenic effluents. Dokl. Acad. Nauk. 2019. V. 486. N 6. P. 680-684 (in Russian). DOI: 10.31857/S0869-56524866680-684.
