Красноярские ученые нашли способ очищать промышленные стоки от алюминия с помощью мела
Исследователи обнаружили, что для очистки промышленных сточных вод от соединений алюминия можно эффективно использовать природные карбонаты кальция — известняк, мрамор и обычный мел, чьи запасы в России практически неисчерпаемы
Этот несложный и экономичный метод позволяет всего за несколько минут понизить содержание металла до безопасного уровня, что особенно важно для регионов с развитой горнодобывающей промышленностью. Итоги этой работы были представлены в журнале «Горный информационно-аналитический бюллетень».
Несмотря на то что алюминий не относят к веществам первого класса опасности, его избыточное накопление в живых организмах способно провоцировать выведение кальция и фосфора, что в перспективе грозит повышенной ломкостью костной ткани. С развитием индустрии этот металл все чаще проникает в окружающую среду вместе со сточными и шахтными водами, а также с отходами хвостохранилищ и промышленных зон.
Специалисты Красноярского научного центра СО РАН предложили бюджетный вариант очистки подобных стоков от алюминия. В его основе лежит использование легкодоступного природного материала — карбоната кальция, проще говоря, обычного мела. Данная технология способна за считаные минуты довести концентрацию металла в жидкости до допустимых показателей, что имеет большое значение для районов добычи полезных ископаемых.
В ходе лабораторных опытов ученые обрабатывали измельченным карбонатом кальция специально подготовленные растворы, где содержание алюминия составляло от 100 до 500 миллиграммов на литр. Именно такие показатели считаются критическими для экосистем и часто встречаются в реальных стоках горных выработок и некоторых производств.
Химическая реакция начинается с постепенного растворения частиц мела: при этом уровень pH жидкости повышается, и когда среда достигает нужной кислотности, происходит активное выпадение алюминия в осадок. Примечательно, что алюминий осаждается не в виде гидроксида или карбоната, как предполагали исследователи, а преобразуется в основный сульфат — минерал под названием басалюминит.
Эта форма является стабильной и экологически безопасной, поскольку не растворяется в воде даже при изменении внешних условий. Таким образом, алюминий надежно фиксируется и больше не угрожает окружающей среде. Уже в течение первых пяти минут реакции свыше 90% металла связывается в этот безвредный минерал. Параллельно сера, часто присутствующая в грязных стоках, вступает в реакцию с кальцием из мела и тоже оседает, образуя гипс. Полученный гипс не токсичен, его легко отделить от очищенной воды, и в дальнейшем он может найти применение, например, при производстве стройматериалов или в сельском хозяйстве для мелиорации почв.
«Такой подход дает нам возможность использовать уже заложенные природой механизмы для очистки промышленных стоков. Использование кальцита в качестве сорбента для растворенного алюминия позволит отказаться от энергозатратного разбавления стоков и перейти на недорогое и повсеместно доступное сырье — природный известняк, заместив им синтетическую известь. На основе разработанной технологии можно создать недорогие и эффективные фильтрационные системы, так называемые искусственные карбонатные геохимические барьеры, и устанавливать их непосредственно на полигонах хранения промышленных и горно-геологических отходов для очистки сточных вод прямо в месте их образования», — пояснил кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Анатолий Жижаев, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.
