Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева, ФИЦ «Кольский научный центр РАН» (ИХТРЭМС ФИЦ КНЦ РАН), Апатиты, Россия:

В. И. Иваненко, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией химии и технологии редкоземельного сырья, эл. почта: ivanenko@chemy.kolasc.net.ru
Р. И. Корнейков, научный сотрудник лаборатории химии и технологии редкоземельного сырья
К. А. Кесарев, аспирант, младший научный сотрудник лаборатории химии и технологии редкоземельного сырья
Н. В. Жаров, аспирант

Изучена возможность очистки технологических растворов, содержащих катионы токсичных металлов (медь, цинк, никель, свинец, кадмий, железо) и мышьяка с использованием методов осаждения и сорбции. В качестве реагента-осадителя использован Na₂S·nH₂O, образующий с катионами тяжелых металлов и мышьяка труднорастворимые соединения. При сульфидном осаждении возможна очистка раствора до необходимых значений предельно допустимых концентраций (ПДК) токсичных компонентов. Однако из-за введения избыточного количества осадителя возникает опасность вторичного загрязнения очищаемых растворов сульфидионом. С целью предотвращения вторичного загрязнения очищаемых растворов сульфидионами изучен вариант комбинированного извлечения катионов тяжелых металлов и мышьяка. Метод предусматривает сульфидное осаждение и сорбционную доочистку. При выборе сорбционного коллектора извлекаемых элементов апробированы ионообменники на основе гидратированных оксогидрофосфатов Ti (IV), проявляющие высокое сродство к катионам тяжелых металлов. На растворах, содержащих токсичные элементы технологических стоков, проведено исследование предлагаемого подхода и показана его эффективность. Осаждение катионов тяжелых металлов и мышьяка с последующей сорбцией приводит к эффективной очистке технологических стоков, исключает риск вторичного загрязнения токсичными ионами осадителя. Остаточное содержание токсикантов в растворе не превышает ПДК для питьевого и хозяйственного водоснабжения и практически полностью соответствует требованиям к ПДК для водоемов рыбохозяйственного пользования. На основании коэффициентов распределения (Kd), полученных при сорбционном доизвлечении катионов тяжелых металлов и мышьяка, установлен ряд селективности: Cd (II) > Fe (III) > Zn (II) > Cu (II) > Ni (II) > Pb (II) > As (III). Термическая обработка отработанного (насыщенного катионами токсичных металлов) сорбционного материала приводит к образованию устойчивых кристаллических соединений, прочно удерживающих в своей структуре токсичный сорбат и обеспечивающих его надежную иммобилизацию.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) в рамках научного проекта № 17-19-01522.

1. Keng P.-S., Lee S.-L., Ha S.-T., Hung Y.-T., Ong S.-T. Cheap Materials to Clean Heavy Metal Polluted Waters // Green Materials for Energy, Products and Depollution. Series Environmental Chemistry for a Sustainable World. 2013. Vol. 3. Р. 335–414.
2. Тимофеев К. Л., Набойченко С. С., Лебедь А. Б., Акулич Л. Ф. Сорбционная технология извлечения цветных металлов из шахтных вод // Известия вузов. Цветная металлургия. 2012. № 6. С. 7–10.
3. Маслий А. И., Белобаба А. Г., Бочкарев Г. Р., Пушкарева Г. И., Коваленко К. А. Очистка техногенных вод и технологических растворов от ионов тяжелых металлов и мышьяка // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. № 20. С. 351–356.
4. Mohmood I., Lopes C. B., Lopes I., Ahmad I., Duarte A. C., Pereira E. Nanoscale materials and their use in water contaminants removal — a review // Environmental Science and Pollution Research. 2013. Vol. 20. Р. 1239–1260.
5. Светлов А. В., Макаров Д. В., Потапов С. С., Некипелов Д. А., Селезнев С. Г., Маслобоев В. А. Исследование выщелачивания вкрапленных медно-никелевых руд при их взаимодействии с шахтными водами // Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 1/2. С. 165–176.
6. Ульянова В. В. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов сорбентами на основе модифицированных отходов керамического производства и сельхозпереработки : автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Саратов, 2015. 16 с.
7. Singh A., Prasad S. M. Remediation of heavy metal contaminated ecosystem: an overview on technology advancement // International Journal Environmental Science and Technology. 2015. Vol. 12. Р. 353–366.
8. Trubilov V. S., Klepikov A. S. Integrated approach to mine dumps as the promising source of metals and the ecological hazard // Non-ferrous Metals. 2015. No. 1. Р. 13–17. DOI: http://dx.doi.org/10.17580/nfm.2015.01.03
9. Бахарев С. А. Комплексный акустический метод очистки промышленных сточных вод от различных примесей // Обогащение руд. 2015. № 1. С. 47–52.
10. Максимов И. И., Отрожденнова Л. А., Заварина Р. И., Егорова В. Г., Белов А. Е. Очистка сточных вод, содержащих ионы Cr (VI) и Cr (III), при флотации медных сульфидных руд // Обогащение руд. 2014. № 5. С. 48–51.
11. Javed M., Usmani N. Assessment of heavy metals (Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Zn) pollution in effluent dominated rivulet water and their effect on glycogen metabolism and histology of Mastacembelusarmatus // Springerplus. 2013. Vol. 2. Р. 390–402.
12. Касиков А. Г. Использование промышленных отходов в процессах очистки сточных вод // Экология и промышленность (Украина). 2010. № 2. С. 66–71.
13. Ольшанская Л. Н., Собгайда Н. А., Валиев Р. Ш. Извлечение тяжелых металлов из загрязненных стоков с использованием адсорбентов и фитосорбентов // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19, № 11. С. 18–23.
14. Левин А. М., Брюквин В. А. Об использовании обратноосмотической установки для утилизации никель-кобальтовых промышленных стоков и промывных вод // Цветные металлы. 2010. № 12. С. 32, 33.
15. Тимофеев К. Л. Сорбция тяжелых металлов из стоков горно-металлургических предприятий : автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2013. — 24 с.
16. Тарановская Е. А., Собгайда Н. А., Морев П. А. Композиционные материалы для очистки стоков от ионов тяжелых металлов // Материалы XIII Международной научно-практической конференции «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики». В 5 т. 2016. С. 217–220.
17. ГОСТ 4456–75. Реактивы. Кадмий сернокислый. Технические условия. — Введ. 1975–07–01. — М. : Изд-во стандартов, 1988.
18. ГОСТ 4167–74. Реактивы. Медь двухлористая 2-водная. Технические условия. — Введ. 1975–01–01. — М. : Изд-во стандартов, 1990.
19. ГОСТ 4038–79. Никель (II) хлорид 6-водный. Технические условия. — Введ. 1980–07–01. — М. : ИПК Изд-во стандартов, 1998.
20. ГОСТ 4236–77. Реактивы. Свинец (II) азотнокислый. Технические условия. — Введ. 1979-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1978.
21. ГОСТ 4174–77. Цинк сернокислый 7-водный. Технические условия. — Введ. 1979–01–01. — М. : ИПК Изд-во стандартов, 2002.
22. ГСО 7143–95. СО состава водных растворов ионов мышьяка (III). — Срок свидетельства : 31.05.2022.
23. ГОСТ 4147–74. Реактивы. Железо (III) хлорид 6-водный. Технические условия. — Введ. 1975–07–01. — М. : ИПК Изд-во стандартов, 2004.
24. Краткий справочник химика (третье исправленное и дополненное издание). — Киев : Наукова думка, 1965. — 835 с.
25. ГОСТ 2053–77. Реактивы. Натрий сернистый 9-водный. Технические условия. — Введ. 1978–01–01. — М. : ИПК Изд-во стандартов, 2001.
26. Иваненко В. И., Корнейков Р. И., Локшин Э. П. Иммобилизация катионов металлов титанофосфатными сорбентами // Радиохимия. 2016. Т. 58, № 2. С. 140–146.
27. Пат. 2246985 РФ, МПК⁷ B 01 J 20/02. Способ получения сорбента на основе фосфата титана / Иваненко В. И., Локшин Э. П., Авсарагов Х. Б., Мельник Н. А., Калинников В. Т. ; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кольского науч. центра РАН. — № 2003119673/15 ; заявл. 30.06.03 ; опубл. 27.02.05, Бюл. № 6.
28. Пат. 2401160 РФ, МПК B 01 J 20/02 (2006.01). Способ получения сорбента на основе фосфата титана / Иваненко В. И., Локшин Э. П., Корнейков Р. И., Калинников В. Т. ; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кольчкого науч. центра РАН. — № 2009127217/05 ; заявл. 14.07.09 ; опубл. 10.10.10, Бюл. № 28.
29. СанПиН 2.1.4.1074–01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения. URL : http://docs.cntd.ru/document/901798042
30. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение // Гос. комитет РФ по рыболовству. Приказ от 28 апреля 1999 г. № 96 о рыбохозяйственных нормативах. URL: http://www.geofaq.ru/art/resources/eco/PDK_ryboh_99.doc