Комплексна технологія утилізації твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет україни

"Київський політехнічний Інститут

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Комплексна технологія утилізації твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону

05.17.01 - технологія неорганічних речовин

Павленко Оксана В'ячеславівна

Київ -2009

Загальна характеристика роботи

манган сульфатнокислотний домішка шлам

Актуальність теми. Розпад СРСР і наступні економічні перетворення порушили пропорційність технологічного ланцюга процесів розвитку й використання мінерально-сировинних ресурсів України й країн СНД. Вони призвели до порушення зв'язків між об'єктами видобутку й споживання мінеральної сировини України й інших країн СНД (залізні й манганові руди, хроміти та ін.), що веде до виснаження, а в перспективі - до вичерпання ресурсів корисних копалин. Одночасно з видобутком ростуть і відвали розкривних порід і некондиційних руд, збільшуються відходи збагачувальних фабрик і сховища шлаків та шламів підприємств металургійної та хімічної промисловості. У результаті на Україні нагромадилися величезні маси відходів підприємств різних галузей промисловості з великими запасами металів і інших корисних компонентів.

Необхідність добування цінних металів, які використовують все частіше, особливо, у високотехнологічних виробництвах, призводить до того, що у відпрацьовування залучають не тільки руди, що містять 60-20% корисного компоненту (як це характерно для руд розповсюджених елементів, таких як залізо, алюміній, манган і ін.), але й так звані «техногенні родовища» - накопичені за довгий час відходи.

Проблема розробки ефективних технологій утилізації промислових шламів, що містять корисні елементи, є надзвичайно актуальною, оскільки кількість шламових накопичень на території України дуже велика, самі ж вони можуть бути токсичними для людини і, крім того, створюють серйозні проблеми для екології навколишнього середовища. Зокрема, відходи виробництва гідрохінону, накопичені в кількості, більш ніж 165 тис.т, у м. Шостці, містять до 18…20 % мангану, який є зажаданим елементом у сучасній промисловості та сільському господарстві.

Одним з можливих напрямків вилучення мангану зі шламів хімічного походження є використання методів вилуження неорганічними реагентами. Найперспективнішим, зважаючи на склад та технологію утворення шламу виробництва гідрохінону, є метод вилуження розчинами сульфатної кислоти. Цей реагент не створює у процесі переробки додаткових домішок та має відносно низьку вартість, що зумовить рентабельність технологічного процесу.

Для обґрунтування ефективної технології переробки манганвмісних шламів потрібне всебічне вивчення їх фізико-хімічних характеристик, основних напрямків взаємодії компонентів з вилужуючим реагентом та можливості утилізації вторинних продуктів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі технології неорганічних речовин та загальної хімічної технології Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за пріоритетним напрямком «Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі» у відповідності до державних програм України, що стосуються охорони навколишнього середовища (Постанова Кабінету Міністрів України № 429 «Про реалізацію пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки» від 22.06.1994 р.) в рамках державної науково-дослідної теми Міністерства освіти і науки України №2032 «Фізико-хімічні закономірності комплексної обробки і кондиціювання забрудненої води і утилізації манганвмісних відходів водоочищення» (01.01.2007 - 31.12.2009 рр. номер державної реєстрації 0107U002381).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є обґрунтування та розроблення технологічного процесу комплексної утилізації твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону з вилученням мангану та використанням вторинних продуктів.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні завдання:

визначити хімічний, фазовий, мінералогічний склад та реологічні властивості манганвмісного шламу виробництва гідрохінону та обґрунтувати метод його переробки, враховуючи склад і властивості шламу;

оцінити термодинамічну можливість та послідовність реакцій взаємодії компонентів відходів з обраним вилужуючим реагентом;

провести дослідження з вивчення впливу домішкових сполук шламу на процес сульфатнокислотного вилуження мангану та встановити механізми і закономірності процесів взаємодії компонентів шламу з сульфатною кислотою як окремо, так і за умов їх спільної присутності;

дослідити вплив технологічних параметрів на процес вилуження мангану зі шламу, а саме: концентрації реагентів, температури, тривалості вилуження, та визначити оптимальні технологічні умови вилучення мангану зі шламу;

запропонувати технологію очищення отриманого манганвмісного розчину від домішок та шляхи їх утилізації, розробити технологію утилізації шламу після вилучення мангану;

розробити принципову технологічну схему комплексної переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону, виготовити дослідну установку, провести дослідно-промислову апробацію технологічних рішень.

Об'єкт дослідження - технологія комплексної переробки твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону.

Предмет дослідження - механізм та закономірності переведення у розчин сполук мангану зі шламу у присутності домішкових сполук, технологічні параметри процесу вилуження та методи утилізації вторинних продуктів.

Методи дослідження - Хімічний та елементний склад шламу та продуктів його переробки вивчали з використанням методів хімічного аналізу: титрометрії, колориметрії, гравіметрії, та з використанням рентгенофлуоресцентного, атомно-емісійного, рентгенофазового та термогравіметричного методів аналізу. Фазовий склад встановлювали за допомогою методів рентгенофазової спектроскопії та термічного аналізу. Дисперсний склад шламу визначали за допомогою фотоседиментографу.

Вимірювання рН розчину здійснювали у процесі вилуження мангану, а також після відділення осаду заліза (вимірювали іономером І-160М з використанням скляного електроду). Розділення органічних складових вели методом адсорбційної колонкової хроматографії. Дослідження органічних складових проводили з використанням методів ІЧ, ПМР та хромато-мас спектроскопії.

Дослідження хімічного складу мангану (ІІ) сульфату здійснювали за стандартними методиками ДСТУ для промислового мангану (ІІ) сульфату.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше визначено склад манганвмісного шламу виробництва гідрохінону та виявлені закономірності і кількісні залежності перебігу процесів утилізаційної переробки манганвмісного шламу виробництва гідрохінону з вилученням мангану, а саме:

технологічні засади переведення у розчин мангану методом сульфатнокислотного вилуження, який є найперспективнішим для твердих відходів виробництва гідрохінону. Перехід мангану у розчин відбувається за рахунок відновлення мангану (IV) оксиду хімічними сполуками, які містяться у шламі, що дає змогу не застосовувати стадії попереднього випалу шламу або введення додаткових відновників.

закономірності хімічної взаємодії мангану (IV) оксиду з компонентами шламу під час вилуження. Вперше показана можливість низькотемпературного відновлення мангану (IV) оксиду активованим вугіллям у розчині сульфатної кислоти. Це положення є принципово новим у хімічній технології мангану.

кінетичні характеристики процесу сульфатнокислотного вилуження манганвмісного шламу виробництва гідрохінону. Процес вилучення складається з трьох етапів, які характеризуються різними механізмами реакцій.

кількісні залежності впливу технологічних параметрів (температури, концентрації сульфатної кислоти, тривалості вилуження) на ступінь вилучення мангану.

Виявлені закономірності склали основу для створення технологічного процесу утилізаційної переробки манганвмісних шламів виробництва гідрохінону.

Практичне значення одержаних результатів. На базі одержаних експериментальних даних, математичних розрахунків і визначення раціональних умов реалізації досліджених процесів запропоновано технологію переробки твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону з отриманням п'ятиводного мангану (ІІ) сульфату та повною утилізацією вторинних продуктів. Результати роботи захищені патентом України.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі літератури за темою досліджень, опрацюванні методик експерименту, підготовці об'єктів дослідження, плануванні та проведенні експериментів, обробці та аналізі одержаних результатів, участь у підготовці публікації одержаних результатів та апробації результатів роботи на наукових конференціях. Визначення завдань та обговорення результатів досліджень виконано спільно з науковим керівником, д.т.н., професором Астреліним І.М., к.т.н., доцентом Толстопаловою Н.М. (Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут») та к.т.н., доцентом Мараховською О.Ю. (Шосткінський інститут Сумського державного університету).

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідали та обговорювали на конференціях: VІІІ Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, Україна, 2005), ІХ Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, Україна, 2006), III Всеукраїнській науково-технічній конференції з технології неорганічних речовин «Сучасні проблеми технології неорганічних речовин» (Київ, Україна, 2006), І Міжнародній науково-практичній конференції «Перший Всеукраїнський з'їзд екологів (ECOLOGY-2006)» (Вінниця, Україна, 2006), Конференції молодих вчених «Охорона водного басейну та контроль якості води» (Київ, Україна, 2006), І Науково-технічній конференції «Енергозберігаючі технології» (Суми, Україна, 2007), ХІ Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, Україна, 2008), І Міжнародній (ІІІ Всеукраїнській) науково-практичній конференції з хімії та хімічної технології (Київ, Україна, 2008).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 5 статей в наукових фахових журналах, тези 10 доповідей на вітчизняних та міжнародних конференціях, 1 патент України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 8 розділів, висновків, списку використаних джерел літератури та додатків. Роботу викладено на 176 сторінках друкованого тексту, основного тексту 138 сторінок. Вона містить 71 рисунок, 18 таблиць. Перелік використаних джерел літератури включає 177 найменувань на 18 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано її мету та завдання, представлено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі наведений огляд літератури за темою дисертації, в якому проаналізований сучасний стан проблеми переробки твердих манганвмісних відходів. Проведено аналіз сучасних способів одержання мангану (IV) оксиду, методів вилучення й утилізації сполук мангану з бідних руд, металургійних шламів, морських конкрецій і промислових розчинів, а також способів очищення і відділення мангану від заліза й інших металів, визначено їх переваги та недоліки. Раціональними методами вилучення сполук мангану мінеральної сировини і відходів визнано хімічні: хлоридно-, нітратно-, сульфатнокислотне вилуження з наступним осадженням чи сорбцією. Встановлено, що ступінь вилучення мангану з твердих відходів у розчин може становити 94…99,9%. Здійснений аналіз даних наукової літератури свідчить, що найперспективнішим способом вилучення мангану(IV) оксиду з шламів хімічних виробництв, зокрема, шламу виробництва гідрохінону, варто вважати вилуження мангану сульфатними розчинами. Для осадження мангану й інших присутніх елементів у якості осаджувача запроновано використовувати карбонати та лужні реагенти у присутності окиснювачів. Критичний аналіз сучасного стану проблеми твердих промислових відходів, зокрема манганвмісних, дає змогу визначити актуальність досліджень і обґрунтувати технології утилізаційної переробки останніх.

У другому розділі визначено об'єкт досліджень - манганвмісний шлам виробництва гідрохінону, наведено опис приладів, реактивів та методів дослідження -аналітичних методів аналізу складу шламу, спектроскопічних методів дослідження органічних складових (ІЧ-, ПМР та мас-спектроскопія), методів рентгенофазової та рентгенофлуоресцентної спектроскопії, термічних методів дослідження, описано установку для сульфатнокислотного вилучення мангану зі шламу та очищення розчину мангану (ІІ) сульфату від домішок.

У розділі наведені методики проведення процесів вилучення мангану та осадження домішкових сполук з технологічного розчину. Представлені методи дослідження властивостей залізовмісного осаду як вторинного продукту, що може бути використаний у якості залізокальцієвого пігменту. Визначені методи дослідження залишку після вилуження мангану у якості добавки для виробництва будівельної кераміки.

У цьому розділі представлено аналітичний метод визначення концентрації мангану у технологічному розчині після вилуження сульфатною кислотою. В основу методу було покладено перманганатометричне титрування сполук мангану (ІІ) у кислому середовищі.

У третьому розділі наведено результати дослідження хімічного, сольового та мінералогічного (таблиця 1) складу шламу виробництва гідрохінону. Аналізом результатів хімічних, термогравіметричних, рентгенофазових та рентгенофлуоресцентних досліджень встановлено, що манган у складі шламу знаходиться, в основному, у вигляді мангану (IV) оксиду а також частково у вигляді мангану (ІІ) сульфату і мангану (II) оксиду. Залізо входить до складу шламу у вигляді феруму (II), (ІІІ) оксидів, сульфатів та металевого заліза. Органічні домішки у шламі представлені гідрохіноном та продуктами його поліконденсації. Показано, що значний вміст у шламових відходах мангану, заліза та органічних домішок зумовлює, з одного боку, серйозні екологічні проблеми при відкритому складуванні шламу через їх міграцію в ґрунтові води і вітрову дефляцію, а, з іншого боку, - економічну доцільність утилізаційного використання шламу у якості вторинних матеріальних ресурсів. На підставі розділення та комплексного вивчення органічних складових шламу ІЧ-, ПМР-, та хромато-мас-спектроскопічним методами встановлено їх будову. Доведено наявність у шламі сполук, здатних бути відновниками у процесі вилуження сульфатною кислотою, а саме - металевого феруму, вугілля та гідрохінону.

Таблиця 1

¶Мінералогічний склад шламу за результатами комплексного аналізу

	Компонент	Вміст у шламі, % мас
Манган	Mn	18
В тому числі:
Мангану (ІІ) сульфат	MnSO4	0,05
Мангану (IV) оксид (піролюзит)	MnO2	26,96
Мангану (ІІ) оксид	MnO	1,13
Плюмбуму (ІІ) сульфат	PbSO4	0,01
Кальцію (ІІ) сульфат (гіпс)	CaSO4	2,45
Вуглець (вугілля)	C	3,29
Барію (ІІ) сульфат	BaSO4	4,14
Силіцію (IV) оксид (кварц)	SiO2	23,37
Залізо металеве	Fe	1,09
Феруму (ІІІ) оксид (гематит)	Fe2O3	14,06
Феруму (ІІ) сульфат	FeSO4	0,01
Цинку (ІІ) оксид	ZnО	0,29
Алюмінію (ІІІ) оксид	Al2O3	2,69
Ніколу (ІІ) оксид	NiO	0,09
Стронцію (ІІ) сульфат	SrSO4	1,07
Титану (IV) оксид	TiO2	0,31
Орг. домішки		2,02
В тому числі:
Гідрохінон	C6H6O2	0,99
Продукти поліконденсації гідрохінону		1,20
Вода загальна	Н2О	18,50

У розділі досліджено фізико-хімічні і фізико-механічні властивості шламу і шламових пульп, такі як: насипна щільність (г_нас) та здатність до ущільнення (у) для повітряно-сухих зразків, відносна щільність (и) та температура змерзання (Т_зм) для вологих зразків, дисперсність (d). На підставі одержаних даних розроблено рекомендації з підбору необхідної апаратури й устаткування для вилучення шламу зі сховищ, транспортування, підготовки до переробки і дозування.

У четвертому розділі викладено фізико-хімічне обґрунтування вибору сульфатнокислотного методу переробки манганвмісних відходів з урахуванням їх властивостей та складу. Існуючі сульфатнокислотні методи переробки оксидних сполук мангану, представлених переважно піролюзитом, як правило, передбачають попередній відновний випал сировини або введення відновників у процесі вилуження. Зважаючи на те, що до складу шламу виробництва гідрохінону входять такі відновники як металеве залізо та його сполуки, гідрохінон та його похідні, а також активоване вугілля, вилучення можна здійснювати без відновного випалу та без додаткового введення до суспензії хімічних сполук як відновників, що має важливе енергозаощаджуюче й екологічне значення, приймаючи до уваги великі витрати енергії на стадії випалу і утворення при цьому значної кількості газових викидів.

У розділі наведено закономірності процесів взаємодії розчину сульфатної кислоти з основними компонентами вихідного шламу. Шляхом термодинамічного аналізу можливих хімічних реакцій визначена вірогідність їх перебігу. Встановлено, що перехід мангану у розчин відбувається за рахунок відновлення мангану (IV) оксиду хімічними сполуками, які містяться у шламі.

Процеси вилучення мангану у присутності феруму та його сполук засновані на реакції відновлення мангану (IV) оксиду іонами Fe²⁺: При цьому процес відбувається за реакцією

MnО₂ + 2FeSO₄ + 2H₂SO₄ > MnSO₄+ Fe₂О₃·3SO₃+2H₂О. (1)

Під час перемішування шламу з розчином сульфатної кислоти присутні у складі шламу заліза оксиди відновлюються металевим залізом з утворенням феруму (ІІ) сульфату:

Fe₂O₃ + Fe + 3H₂SO₄ >3FeSO₄ + 3H₂O. (2)

Отже, процес відбувається переважно за рахунок розчинення металевого заліза.

Зважаючи на присутність у складі шламу активованого вугілля, яке може виступати відновником у цій системі, термодинамічно ймовірні й реакції

2MnO₂ + C + 2H₂SO₄ > 2MnSO₄ + CO₂^ + 2H₂O; (3)

Перебіг реакції (3) підтверджується наявністю в газових фазах оксиду карбону.

Присутній у шламах гідрохінон у розчинах сульфатної кислоти у температурних умовах процесу виступає у якості додаткового відновника для мангану та феруму оксидів за реакціями:

MnO₂ + C₆H₆O₂ + H₂SO₄ > MnSO₄ + C₆H₄O₂ + 2H₂O; (4)

Fe₂О₃ + C₆H₆O₂ + 2H₂SO₄ > 2FeSO₄ + C₆H₄O₂ + 3H₂O. (5)

За результатами термодинамічного аналізу можливих взаємодій у досліджуваній системі встановлено, що процеси відновлення мангану (IV) оксиду відбуваються переважно за рахунок взаємодії з феруму (ІІ) сульфатом, гідрохіноном та вуглецем.

Для визначення закономірностей та послідовності процесів, що відбуваються, було здійснено комплекс лабораторних дослідницьких робіт з вилучення мангану з модельних сумішей. Як зразок був узятий чистий піролюзит, а також суміші піролюзиту з реагентами-відновниками, такими як залізо та його сполуки, вугілля і адсорбовані ним органічні складові шламу. З метою дотримування співвідношень у якості інертної домішки, що є у шламі, використовували силіцію (IV) оксид.

За результатами експериментів з використанням модельних сумішей з ферумвмісними сполуками встановлено, що одночасна присутність у складі шламу металевого заліза, оксиду та феруму (ІІ) сульфату у тому співвідношенні, в якому вони присутні в шламі, сприяє переведенню у розчин лише 10 % мангану від наявного у шламі.

На рисунках 1 і 2 наведено залежність ступеню вилучення мангану з модельних сумішей від температури та концентрації розчину сульфатної кислоти. Результати доводять, що відновної дії сполук заліза за реакціями 1 і 2 недостатньо для переведення у розчин всього мангану.

Окрім того, вірогідним виступає можливість відновлення мангану карбоном, яке може відбуватися протягом довготривалого зберігання шламу у шламонакопичувачі за реакціями:

MnO₂ + С > MnO + СО, (6)

2MnO₂ + С > 2MnO + СO₂ (7)

При цьому утворюється вугольно-мангановий комплекс MnOOC, який надалі розщеплюється під дією H₂SO₄ на MnO та СO.

Процес відновного вилуження сульфатною кислотою манганвмісного шламу, до складу якого входить вугілля, може перебігати за реакцією прямої взаємодії (3). Виходячи з наших термодинамічних розрахунків, ймовірність цього у наведених вище температурних умовах достатньо висока.

З метою уточнення механізму було проведено дослідження вилуження мангану сульфатною кислотою з модельних сумішей у присутності активованого вугілля за різних умов приготування суміші.

З наведених на цьому рисунку залежностей можна зробити висновок, що вплив умов приготування сумішей мангану (IV) оксиду та активованого вугілля на процес вилучення мангану не є достатнім для підтвердження механізму саме твердофазної взаємодії компонентів під час зберігання.

Результати дослідження доводять, що відновлення мангану вугіллям має розвиток тільки у ході вилуження сульфатною кислотою. Проте, для взаємодії мангану (IV) оксиду та активованого вугілля за реакцією (3) необхідна наявність сполуки, яка б переносила кисень від мангану (IV) оксиду до активних центрів вугілля, зважаючи на те, що вірогідність твердофазної реакції під час зіткнення двох твердих часток у суспензії дуже мала. У розділі запропоновано механізм відновлення мангану (IV) оксиду під час обробки сульфатною кислотою, який базується на частковому відновленні на поверхні часток вугілля сульфатної кислоти до сульфітної за реакцією:

2H₂SO₄ + C >2H₂SO₃ + CO₂ (8)

Утворена таким чином сульфітна кислота, своєю чергою, відновлює мангану (IV) оксид, утворюючи мангану (ІІ) оксид та сульфатну кислоту, які надалі взаємодіють з утворенням мангану (ІІ) сульфату:

H₂SO₃ + MnO₂ > MnO + H₂SO₄, (9)

MnO + H₂SO₄ > MnSO₄ + H₂O. (10)

Термодинамічний аналіз цих процесів свідчить про відносно невелику ймовірність перебігу реакції відновлення сульфатної кислоти у заданих умовах, проте така ймовірність існує. Реакція взаємодії сульфітної кислоти з мангану (ІІ) оксидом відома та відбувається з великою швидкістю. Виходячи з цього і зважаючи на постійне виведення з реакційної суміші продукту реакції, а саме сульфітної кислоти, рівновага реакції (8) суттєво зміщена у сторону її отримання. Отже, можна наполягати на такому механізмі вилуження мангану (IV) оксиду у присутності вугілля.

Проте, цей процес утруднюється в реальних умовах тим, що вугілля до складу шламу потрапляло зі стадії очищення гідрохінону від смолистих домішок і на його поверхні адсорбована переважна кількість органічних речовин, які присутні у шламі. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що наявність адсорбованих домішок зменшує поверхню взаємодії, а відтак й швидкість вилуження мангану. Виняток становить адсорбований на поверхні вугілля гідрохінон, який сприяє зростанню швидкості реакції.

З використанням модельних сумішей та реальних шламів було здійснено низку дослідів з метою вивчення кінетики процесу вилуження мангану з відходів виробництва гідрохінону та проведено математичну обробку отриманих результатів. Встановлено, що процес вилучення складається з трьох етапів, які характеризуються різними механізмами реакцій. Причому на останній стадії швидкість реакції з часом збільшується, що характерно для ланцюгових та топохімічних реакцій. Топохімічні процеси характеризуються локалізацією початку реакції на деяких елементах поверхні кристалів та часток твердої речовини з подальшим розвитком реакції на границі розподілу двох твердих фаз (початкової та кінцевої). За цими ознаками до топохімічних процесів відноситься й процес відновлення мангану (IV) оксиду сульфітною кислотою на поверхні часток піролюзиту за реакцією (9). Рівняння Колмогорова-Єрофєєва для топохімічних реакцій в інтегральній формі має вигляд

x = 1 - exp (- k•фⁿ). (11)

Після подвійного логарифмування:

ln (- ln(1-x)) = ln k + n • ln ф, (12)

Y = ln k + n • Z, (13)

де Y = ln ( - ln(1-x)); Z = ln ф.

З метою визначення кінетичних параметрів процесу було проведено дослідження вилучення мангану з реального шламу за різних температур. За експериментальними даними було побудовано залежності Y = f(Z) за рівняннями (12), (13) (рис. 5…8). Кількість прямих відрізків на залежності Y = f(Z) відображає кількість стадій перебігу реакції за різними механізмами (різними k та n). На першій стадії процесу вилучення відбувається за рахунок відновлення мангану (IV) оксиду металевим залізом, вуглецем активних ділянок вугілля та адсорбованим гідрохіноном. На другій стадії кількість відновників, здатних реагувати, значно зменшується (внаслідок їх витрати) і швидкість вилучення знижується.

Третя стадія процесу, стадія подальшого росту швидкості, наступає після розчинення органічних сполук, адсорбованих на поверхні вугілля та піролюзиту, сульфатною кислотою. При цьому вивільнюється активна поверхня вугілля, яка знову виступає відновником. Відновлення на третій стадії процесу відбувається переважно за топохімічним механізмом на поверхні часток піролюзиту.

Нами після апроксимації було визначено порядок n для кожного відрізку графіку Y = f(Z) та розраховано значення константи k для кожного етапу процесу (таблиця 2).

Таблиця 2

Кінетичні параметри процесу сульфатнокислотного вилуження мангану з реального шламу

T, К	313	333	353	390
n1	0,69	0,55	0,63	0,68
n2	0,39	0,39	0,32	0,24
n3	1,95	2,02	2,29	2,26
k1	0,040844	0,094894	0,106693	0,138733563
k2	0,174122	0,231703	0,384812	0,584323799
k3	0,000169	0,000184	0,0000877	0,000174637

Для визначення оптимальних умов здійснення процесу вилучення використано метод планування експерименту. За параметр оптимізації Y на підставі попередньої інформації щодо процесу і цільових настанов технології прийняли ступінь вилучення мангану в розчин (%). Методом випадкового балансу встановлено незалежні фактори, що впливають на процес: х₁ - температура процесу, К; х₂ - тривалість процесу, хв.; х₃ - концентрація H₂SO₄, %, мас.

Основні рівні факторів і інтервали їхнього варіювання за результатами попередніх (пошукових) досліджень були обрані такими: х₁ (К) - 353 ± 15; х₂ (хв.) - 45 ± 15; х₃ (%) - 15 ± 5.

У результаті статистичної обробки результатів реалізації ПФЕ отримано нелінійну інтерполяційну математичну модель в кодованих перемінних, що адекватно описує досліджуваний процес в експериментальній області. Отримане рівняння регресії має вигляд

(16)

За результатами реалізації планів екстремальних експериментів були визначені оптимальні умови сульфатнокислотної переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону у досліджуваному діапазоні. Найбільша ступінь вилучення мангану у розчин досягається за обробки шламу 20% розчином сульфатної кислоти у співвідношенні Т:Р = 1:3,5, протягом 90 хв. за температур 363…368 К.

У п'ятому розділі містяться результати досліджень процесу очищення від домішок розчину мангану (ІІ) сульфату. Встановлено, що найефективнішим та економічним для розчину мангану (ІІ) сульфату, отриманого в результаті переробки відходів гідрохінону, є метод осадження сполук заліза та інших домішок шляхом регулювання рН середовища з попереднім доокисненням феруму (ІІ) сульфату.

У лабораторних умовах вивчено процес окиснення іонів Fe²⁺ з використанням низки окиснювачів (рис. 9, таблиця 3). Під час дослідження умов очищення від домішок реального технологічного розчину останній отримували вилуженням шламу виробництва гідрохінону сульфатною кислотою. Розчин містив (г/дм³): Мn - 52, Fе_заг - 11, Рb - 0,13. Величина рH розчину становила 0,87. Після 60 хвилин окиснення розчином H₂O₂ вміст феруму (ІІ) сульфату у розчині становив менше 0,02 г/дм³, що дає змогу провести осадження заліза методом зміни рН розчину.

Проведено дослідження процесу осадження сполук заліза та супутніх домішок з використанням кальцієвмісних осаджувачів (вапно, крейда).

У результаті нейтралізації до рН = 3…4 утворюється осад Fe(OH)₃, який характеризується розвиненою поверхнею та здатністю оклюдувати домішки Са, Mg та ін., які перейшли в розчин. У межах рН 3…4,5 осаджуються майже всі кольорові метали (Zn, Pb та ін.), які потрапили у розчин зі шламу. Встановлено, що повне осадження домішок відбувається за значення рН = 4,5. Обґрунтовано доцільність використання у якості осаджуючого реагенту суспензії крейди, родовище якої знаходиться поблизу від шламонакопичувачу.

На основі проведених досліджень і стандартних випробувань доведено доцільність використання осаду, отриманого в результаті очищення від домішок розчину мангану (ІІ) сульфату, у якості мінерального залізокальцієвого пігменту, який за основними показниками відповідає продукту «штучна охра», а за дисперсністю та однорідністю кольору - перевищує їх.

Таблиця 3

Результати окиснення та осадження заліза з розчину, отриманого вилуженням реального шламу

рН	Розчин без окиснення	Після окиснення H2O2	Після окиснення MnO2
	Вміст у розчині, г/дм3
	Mn	Fe	Mn	Fe	Mn	Fe
0,9	51,82	32,42	51,82	32,42	51,82	32,42
2,2	51,81	31,98	51,68	30,23	52,64	31,67
2,5	51,61	30,87	51,60	20,52	52,63	18,52
3	51,48	25,52	51,48	9,52	52,57	10,48
3,5	51,12	10,88	51,12	1,23	52,12	4,45
3,7	50,52	9,87	50,92	0,95	51,62	1,70
4	49,42	9,76	49,97	0,38	50,67	0,52
4,5	48,34	9,66	49,34	0,054	48,97	0,097
5	47,40	9,65	48,50	0,007	48,63	0,009
5,5	47,36	9,64	47,78	-	48,22	-
6	47,28	9,55	47,28	-	48,12	-

У шостому розділі містяться результати дослідження фізичних та хімічних характеристик вторинного шламу після переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону. Встановлено, що шлам складається переважно з феруму та силіцію оксидів. За результатами досліджень і відповідних випробувань обґрунтовано доцільність використання вторинного шламу у якості добавки до складу глинистої суміші у виробництві будівельної кераміки (рис. 11, таблиці 4 - 6).

Таблиця 4

Компоненти	Вміст компонентів (мас. %) у зразках 1-6
	1	2	3	4	5	6
Спонділова глина	100	95	90	85	70	90
Вторинний шлам	-	5	10	15	30	-
Кварцовий пісок	-	-	-	-	-	10

Склад зразків глинистої сировини

З метою підтвердження висунутої пропозиції та вибору оптимальних режимів було виготовлено зразки керамічних виробів з добавкою вищевказаного шламу та здійснено дослідження їх властивостей.

Таблиця 5

Пластичні та сушильні властивості глинистих сумішей

Зразок	1	2	3	4	5	6
Абсолютна формовочна вологість, %	21,7	21,1	20,5	19,9	19,3	19,9
Відносна формовочна вологість, %	18,0	17,5	17,0	16,5	16,0	16,5
Число пластичності	7,0	7,5	10,0	10,0	8,5	8,0
Клас пластичності	п/п*	п/п	п/п	п/п	п/п	п/п
Повітряна усадка, %	10,0	7,6	5,0	2,8	2,6	5,0
Чутливість до сушіння	1,9	1,7	1,47	1,4	1,35	1,5

*п/п - помірно-пластичні

У результаті досліджень встановлено, що з додаванням вторинного шламу у цегляну шихту добрі результати можна одержати за пластичної підготовки вихідних сировинних матеріалів. Одержувана цегла відповідає вимогам ДСТУ 530-95 і ДСТУ 7484-78 «Цегла й камені керамічні лицьові». Марки цегли - 100, 125 і 150.

Таблиця 6

Фізико-хімічні характеристики зразків цегли

Зразок	1	2	3	4	5	6
Температура випалу, К	1173	1223	1173	1223	1173	1223	1173	1223	1173	1223	1173	1223
Середня щільність,г/см3	1,28	1,35	1,21	1,23	1,05	1,03	1,13	1,13	1,07	1,06	1,28	1,35
Відкрита пористість, %	24,3	23,4	26,9	24,9	36,1	32,4	28,3	28,9	32,6	32,1	24,3	23,4
Водопоглинення, %	18,9	17,3	22,3	20,2	34,3	31,4	25,1	25,6	30,3	30,3	18,9	17,3
Морозостійкість, цикли	25	23	23	25	34	34	35	34	28	26	33	31
Міцність пр./стиск, МПа	12	18	15	25	34	35	36	37	25	40	20	25

У сьомому розділі містяться результати осадження мангану (ІІ) сульфату з розчину сульфатнокислотного вилуження манганвмісного шламу виробництва гідрохінону. Встановлено, що основною домішковою сполукою у розчині є кальцію (ІІ) сульфат. З огляду на це, вивчено розчинність кальцію (ІІ) сульфату у розчинах мангану (ІІ) сульфату залежно від температури. Встановлено, що зі зростанням температури розчинність гіпсу збільшується. При збільшенні у розчині концентрації солі мангану розчинність кальцію сульфату різко зменшується, досягаючи мінімуму, а потім збільшується та проходить через плавний максимум. Виходячи з отриманих даних, обрано ефективний метод кристалізації мангану (ІІ) сульфату з відділенням первинного осаду кальцію сульфату. Встановлено, що практично весь розчинний кальцій випадає у осад за концентрації мангану (ІІ) сульфату близько 20 % мас.

Досліджено склад отриманого осаду мангану (ІІ) сульфату. За результатами рентгенофлуоресцент-ного, рентгенофазового (рис. 11) та деріватографічного аналізу визначено, що з сульфатнокислих розчинів MnSO₄ кристалізується у формі моногідрату. Для отримання товарного продукту необхідна перекристалізація.

Перекристалізацію здійснювали шляхом витримування пульпи за низької температури протягом 12 годин. Досліджено склад отриманого у результаті перекристалізації осаду п'ятиводного мангану (ІІ) сульфату. Встановлено, що він відповідає вимогам ГОСТ 435-77 кваліфікації «ч» та може бути використаний у виробництві добрив, електролітичного мангану(IV) оксиду та інших манганвмісних сполук.

У восьмому розділі на основі проведених досліджень сформульовані основні рекомендації для розробки технологічного процесу комплексної утилізації манганвмісних шламів, наведено функціональну та технологічну схему (рис. 12) переробки твердих шламів виробництва гідрохінону. Визначені оптимальні технологічні параметри процесу.

Проведені дослідно-промислові випробування розробленої технології для вилучення мангану зі шламу виробництва гідрохінону на Шосткинському заводі хімічних реактивів, де було утилізовано 5 тон манганвмісного шламу з отриманням 3,59 тон п'ятиводного мангану (ІІ) сульфату, що відповідає вимогам госту (таблиця 7).

В ході промислово-дослідних випробувань підтверджена технологічність всіх стадій процесу переробки манганвмісних шламів та стабільність роботи дослідної установки.

Дослідна установка з виробництва мангану (ІІ) сульфату складається із трьох блоків - блоку хімічного вилучення мангану, блоку очищення від домішок та блоку кристалізації (рис. 12). Принцип дії - періодичний.

Блок сульфатнокислотного вилуження включає ємність, оснащену перемішувачем, куди подають шлам та дозують розчин сульфатної кислоти, ємність для приготування робочого розчину сульфатної кислоти (4), ємності для води (1) та концентрованої сульфатної кислоти (2), пристрої для дозування реагентів та шламу. Фільтрацію неочищеного розчину MnSO₄ запропоновано здійснювати на рамних фільтрпресах (5).

Блок очищення розчину включає ємність, оснащену перемішувачем, куди подають розчин мангану (ІІ) сульфату та дозують реагенти (6), ємність для робочого розчину пероксиду гідрогену (7), пристрої для дозування пероксиду гідрогену та кальцію карбонату. Після осадження та відстоювання фільтрація очищеного розчину мангану (ІІ) сульфату відбувається на рамних фільтрпресах (8). Блок кристалізації включає в себе проміжну ємність для розчину (9), ємність з обігрівом гострою парою(10), ємність для солепульпи (11), центрифугу (12), ємність для маткового розчину(13). Кристали мангану (ІІ) сульфату подають на сушіння та пакування.

Результати аналізу отриманих зразків пентагідрату мангану (ІІ) сульфату приведені в таблиці 7.

Таблиця 7

Характеристика отриманого пентагідрату мангану (ІІ) сульфату

в порівнянні з вимогами ГОСТ 435-77 (ч)

Найменування	Вміст, % мас.
	продукт	Вимоги ГОСТ 435-77 (ч)
Мангану (ІІ) сульфат MnSO4•5H2O	97,60	96,0
Нерозчинні речовини	0,00750	0,01
Хлориди, Cl-	0,00003	0,005
Залізо, Fe	0,00093	0,0015
Кальцій та натрій у сумі, Ca+Na	0,1830	0,20
Важкі метали, Pd	-	0,001
Цинк, Zn	0,0013	0,01
Речовини, що відновлюють KMnO4, (O)	-	0,0008

Попередніми еколого-економічними розрахунками встановлено, що економічний ефект переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону становить близько 6 млн. грн.

Практична важливість результатів полягає ще у тому, що розроблена технологія утилізаційної переробки манганвмісних відходів спрямована на запобігання екологічній шкоді від зберігання відповідних відходів у відвалах. Крім того, досягається значне зменшення витрат підприємств, пов'язаних з утриманням відповідних відвалів.

Висновки

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено важливе науково-технічне завдання, що полягало у обґрунтуванні та розробленні технологічного процесу комплексної переробки манганвмісного шламу виробництва гідрохінону з вилученням сполук мангану та утилізацією вторинних продуктів, які утворюються в процесі переробки.

Розроблена комплексна технологія утилізації манганвмісних шламів виробництва гідрохінону заснована на сульфатнокислотному вилуженні мангану з твердих відходів шляхом відновлення мангану (IV) оксиду у розчині сульфатної кислоти сполуками феруму та карбоном вугілля, що входять до складу шламу. Оптимальні умови вилуження: Т - 370 К, концентрація H₂SO₄ - 20 %, тривалість вилуження - 90 хв. Отриманий розчин мангану (ІІ) сульфату очищується від домішок шляхом осадження сполук заліза суспензією CaCO₃ з попереднім окисненням гідроген пероксидом. Після очищення з розчину кристалізується кондиційний мангану (ІІ) сульфат.

Здійснений аналіз даних наукової літератури свідчить, що найперспективнішим способом вилучення мангану(IV) оксиду з шламів хімічних виробництв, зокрема, шламу виробництва гідрохінону, враховуючи склад та особливості утворення шламу, варто вважати вилуження мангану сульфатними розчинами.

Досліджено кінетику і хімізм процесу вилуження мангану у вигляді мангану (ІІ) сульфату з відходів виробництва гідрохінону та, за результатами математичної обробки отриманих даних, встановлено, що хімізм процесу характеризується послідовним перебігом взаємодій у три стадії за показником швидкості за різними механізмами відновлення MnO₂ сполуками заліза, гідрохіноном та карбоном активованого вугілля. На першій стадії процесу вилучення відбувається за рахунок відновлення мангану (IV) оксиду металевим залізом, карбоном активних ділянок вугілля та адсорбованим гідрохіноном. На другій стадії кількість відновників, здатних реагувати, значно зменшується (внаслідок їх витрати) і швидкість вилучення знижується. Третя стадія процесу, стадія подальшого росту швидкості, наступає після розкладення органічних сполук, адсорбованих на поверхні вугілля та піролюзиту, сульфатною кислотою. При цьому вивільнюється активна поверхня вугілля, яка знову виступає у ролі відновника. Відновлення на третій стадії процесу відбувається переважно за топохімічним механізмом на поверхні часток піролюзиту.

Відновлення мангану (IV) оксиду активованим вугіллям відбувається у розчині сульфатної кислоти за низької температури (370 К). Це положення є принципово новим моментом у вивченні хімії і технології мангану.

Як ефективний метод очищення розчину мангану (ІІ) сульфату від домішок запропоновано осадження з нього на 99 % сполук феруму та інших домішок шляхом регулювання рН середовища до значення 3,5…4,5 дозуванням СаСО₃ з попереднім доокисненням феруму (ІІ) сульфату гідроген пероксидом. Технологічні параметри процесу окиснення: тривалість окиснення - 2 год. температура розчину 343 К, кількість гідроген пероксиду розраховується відповідно до кількості двовалентного феруму.

Осад, отриманий в результаті очищення від домішок розчину мангану (ІІ) сульфату, який складається з кальцію (ІІ) сульфату у вигляді бассаніту (СаSO₄ • Ѕ H₂O) та гідратованого оксиду феруму FeOOH у співвідношенні 8:1, доцільно використовувати у якості мінерального залізокальцієвого пігменту ясно-жовтого кольору. Отриманий у даній роботі пігмент є майже повним аналогом штучної охри та має кращі показники дисперсності та однорідності кольору.

Вторинний шлам (залишок після сульфатнокислотного вилуження) манганвмісних відходів виробництва гідрохінону, що складається переважно з феруму та силіцію оксидів, доцільно використовувати як добавку у кількості 5 - 15 % до складу шихти у виробництві будівельної кераміки. Отримані в роботі методом пластичного формування зразки будівельної кераміки з додаванням вторинного шламу відповідають вимогам ДСТУ 530-95 і ДСТУ 7484-78 «Цегла й камені керамічні лицьові». Марки цегли - 100, 125 і 150, морозостійкість - не менш 25 циклів.

Товарний п'ятиводний мангану (ІІ) сульфат можна одержати перекристалізацією з суспензії одноводного мангану (ІІ) сульфату при Т = 290 К протягом 10 годин. Одержаний продукт (а саме MnSO₄·5H₂O) відповідає вимогам ГОСТ 435-77 кваліфікації «ч» та може бути використаний у виробництві добрив, електролітичного мангану(IV) оксиду та інших манганвмісних сполук.

Запропонована функціональна та технологічна схема переробки манганвмісних шламів виробництва гідрохінону передбачає використання стандартного обладнання існуючих виробництв. Промислові випробування розробленої схеми з використанням обладнання Шосткінського заводу хімічних реактивів підтверджують функціональність технологічного процесу. Отримані 3,6 т кондиційного товарного продукту п'ятиводного мангану (ІІ) сульфату за стандартними показниками відповідають вимогам ГОСТ 435-77 кваліфікації «ч». Вихід продукту складає 95%. За попередніми еколого-економічними розрахунками, економічний ефект переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону з отриманням мангану (ІІ) сульфату складає близько 6 млн. грн. Завдяки запропонованій схемі використання вторинних продуктів суттєвий соціальний ефект досягається поліпшенням екологічної ситуації за рахунок значного зменшення маси відповідних відходів у відвалах.

Список публікацій за темою дисертації

Павленко О.В. Методи вилучення мангану з твердих манганвмісних відходів / О.В.Павленко, І.М. Астрелін, Ю.А.Омельчук // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2006. - № 1. - С. 110-114.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні літературного пошуку, аналізі та узагальненні результатів, участі у підготовці рукопису статті.

Павленко О.В. Сульфатнокислотная переработка марганецсодержащих отходов / О.В.Павленко, І.М. Астрелін // Экотехнологии и ресурсосбережение . - 2007. - № 2. - С. 30 - 34.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів з використанням сульфатної кислоти, аналізі та узагальненні результатів, участі у підготовці рукопису статті.

Павленко О.В. Влияние железосодержащих примесей на степень извлечения марганца из отходов / О.В. Павленко, І.М. Астрелін // Вопросы химии и химической технологии - 2007. - №1. - С. 51 - 53.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів з вивчення впливу сполук феруму на ступінь вилуження мангану, аналізі та узагальненні результатів участі у підготовці рукопису статті.

Павленко О.В. Розробка комплексної технології утилізації твердих відходів виробництва гідрохінону / О.В. Павленко // Вісник СумДУ - 2008. - № 2. - С. 102 - 105.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень, аналізі та узагальненні результатів, розробці технології, підготовці рукопису статті.

Павленко О.В. Очищення від домішок розчину мангану (ІІ) сульфату отриманого зі шламу виробництва гідрохінону / О.В. Павленко, І.М. Астрелін // Вопросы химии и химической технологи. - 2008. - № 2. - С. 136 - 139.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів з вивчення очищення розчину від сполук феруму та супутніх домішок, аналізі та узагальненні результатів, участі у підготовці рукопису статті.

Пат. 30448 Україна, МПК (2006) С22В 47/00 Спосіб переробки твердих манганвмісних відходів / Павленко О.В., Астрелін І.М., Толстопалова Н.М., Обушенко Т.І., Косогіна І.В., Кримець Г.В. заявник та власник НТУУ «КПІ». № u 2007 12420; заявл. 08.11.2007; опублік. 25.02.2008. Бюл. № 4.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів, участі у аналізі та обґрунтуванні результатів, оформленні заявки на патент.

Павленко О.В. Отходы производства гидрохинона - перспективное вторичное сырьё /О.В. Павленко, А.Ю. Мараховская // Екологія. Людина. Суспільство: VIII міжнар. наук.-практ. конф., 11-13 тр. 2005 р.: тези доповідей. - К., 2005. - С. 122.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість використання манганвмісних відходів виробництва гідрохінону у якості техногенної сировини для отримання мангану.

Павленко О.В. Дослідження процесу вилуження манганвмісних відходів виробництва гідрохінону в сульфатнокислих розчинах / О.В. Павленко // Сучасні наукові дослідження - 2006: II міжнар. наук.-практ. конф., 2006 р.: тези доповідей. Т. 41. Хімія та хімічні технології - Дніпропетровськ, 2005. - С. 75-78.

Здобувачем проведено експериментальне дослідження процесу вилуження манганвмісного шламу з використанням сульфатної кислоти.

Павленко О.В. Основные положения технологии извлечения марганца из отходов производства гидрохинона / О.В. Павленко // Екологія. Людина. Суспільство: ІХ міжнар. наук.-практ. конф., 17-19 тр. 2006 р.: тези доповідей. - К., 2006. - С. 115.

Здобувачем запропоновано та перевірено сульфатнокислотний метод переробки манганвмісного шламу виробництва гідрохінону.

Павленко О.В. Влияние железосодержащих примесей на степень извлечения марганца из отходов / О.В. Павленко, І.М. Астрелін // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: III укр. наук.-техн. конф. з технології неорганічних речовин, 20-22 вер. 2006 р.: тези доповідей. - Дніпропетровськ, 2006. - С. 226-227.

Здобувачем проведено експериментальне вивчення процесу сульфатнокислотного вилуження модельних сумішей, що містять мангану (IV) оксид та сполуки феруму.

Павленко О.В. Відходи гідрохінону - особливості складу та шляхи переробки / О.В.Павленко, І.М. Астрелін // Перший Всеукраїнський з'їзд екологів (ECOLOGY-2006). міжнар. наук.-практ. конф., 4-7 жовт. 2006 р.: тези доповідей. - Вінниця, 2006. - С. 35.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість дії органічних складових манганвмісних відходів виробництва гідрохінону у якості відновників мангану (IV) оксиду.

Павленко О.В. Дослідження можливості розділення та ідентифікації органічних домішок у шламі виробництва гідрохінону / О.В. Павленко // Наук.-техн. конф., 11-13 кв. 2007 р.: тези доповідей. - Суми, 2007. - С. 122.

Здобувачем проведено експериментальне розділення та ідентифікація органічних складових манганвмісного шламу з метою визначення їх впливу на процес сульфатнокислотного вилуження мангану.

Павленко О.В. Комплексна технологія переробки манганвмісних шламів / О.В.Павленко // Екологія. Людина. Суспільство: ХІ міжнар. наук.-практ. конф., 13-18 тр. 2008 р.: тези доповідей. - К., 2008. - С. 194.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість комплексного використання продуктів переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону у якості техногенної сировини.

Павленко О.В. Можливість використання твердого залишку переробки манганвмісних відходів у виробництві будівельної кераміки / О.В. Павленко, // І міжнар. (ІІІ всеукр.) наук.-практ. конф. з хімії та хім. технології, 23-25 кв. 2008 р.: тези доповідей. - К., 2008. - С. 180

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість використання вторинного шламу після вилучення мангану у якості техногенної сировини для отримання будівельної кераміки.

Павленко О.В. Неорганічний пігмент з промислових відходів / О.В. Павленко // Титан 2008: производство и применение: І укр. наук.-практ. конф., 13-18 тр. 2008 р.: тези доповідей. - К., 2008. - С. 194.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість використання шламу від очищення розчину мангану (ІІ) сульфату у якості техногенної сировини для отримання мінерального пігменту.

Павленко О.В. Дослідження процесу сульфатнокислотного вилуження манганвмісного шламу з використанням методу факторного планування / О.В. Павленко // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: IV укр. наук.-техн. конф. з технології неорганічних речовин, 20-22 вер. 2008 р.: тези доповідей. - Дніпродзержинськ, 2008. - С. 42.

Здобувачем проведено експериментальне вивчення процесу вилуження манганвмісного шламу з використанням методу факторного планування.

Анотації

Павленко О.В. Комплексна технологія утилізації твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01. - Технологія неорганічних речовин. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2009.

Робота присвячена розробці комплексної технології переробки твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону з вилученням мангану та повною утилізацією вторинних продуктів.

Розраховані термодинамічні показники хімічних взаємодій компонентів шламу з вилужуючим реагентом - сульфатною кислотою. Доведено можливість переведення мангану у вигляді мангану (ІІ) сульфату у сульфатнокислий розчин з попереднім відновленням вихідного мангану (IV) оксиду до мангану (ІІ) оксиду сполуками, що входять до складу шламу.

Визначено, що хімізм процесу вилуження характеризується перебігом взаємодій у три стадії за показниками швидкості відновлення мангану (ІV) оксиду сполуками феруму, гідрохіноном та карбоном активованого вугілля. Встановлені кінетичні параметри вилуження та визначені оптимальні технологічні умови процесу.

Розроблено метод очищення розчину мангану (ІІ) сульфату від домішок осадженням суспензією кальцію (ІІ) карбонату та утилізації отриманого осаду як неорганічного пігменту. Доведено доцільність використання вторинного шламу у виробництві будівельної кераміки.