Физико-химические аспекты комплексного использования осадков промывных вод

Библиографический список

1. Формирование и эксплуатация подземных вод Обь-Томского междуречья / В.К. Попов,

В.А. Коробкин, Г.М. Рогов, О.Д. Лукашевич и др. Томск: Изд-во Томс. гос. архит.-строит. ун-та, 2002. - 143 с.

2. Оценка защищенности пластовых вод Обь-Томского междуречья от загрязнения и разработка рекомендаций по безопасному водопользованию / В.К. Попов, О. Д. Лукашевич,

Н.М. Максимова, Л.П. Рихванов и др. // Геоэкология. - 1997. - № 6. - С. 38-42.

3. Попов В.К., Лукашевич О.Д. Радиоэкогеохимические особенности формирования и эксплуатации природных вод юга Томской области // ЭКВАТЭК-98. Вода: экология и технология. Материалы 3 Межд. конгресса. - М.: 1988. - С. 109-110.

4. Владимиров В.А., Измалков В.И. Катастрофы и экология. - М., 2000. - 380 с.

Материал поступил в редакцию 07.06.04.

O.D. LUKASHEVICH, G.M. ROGOV, V.V. ZOLOTAREVA

ECOLOGICAL-ECONOMIC ESTIMATION OF NATURAL WATER USE ON THE EXAMPLE OF THE OB AND TOM RIVERS COUNTRY

Change of natural water quality due to technogenetic effects demands use of new expensive technologies of water treatment before it can be used as fresh water and for sanitary purposes. This way of natural water consumption doesn’t meet the demands of its sustainable development. The problems of increasing the water treatment efficiency and supplying of good quality fresh water for the people have to be solved in the context of minimization of natural and financial resources use. It should be noted that improvement of natural water quality with respect to the improvement of environment becomes a critical task.

УДК 628.162.1.004.68:691

О.Д. ЛУКАШЕВИЧ, канд. хим. наук, доцент,

И. В. АЛГУНОВА, асп.,

Ю. С. САРКИСОВ, д-р техн. наук, профессор

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКОВ ПРОМЫВНЫХ ВОД

Для решения проблемы комплексной утилизации железосодержащих промывных вод фильтровальных сооружений станций водоподготовки разработана экологически чистая технология. Сырьевая смесь из осадка, молотых отходов стекла, глины служит для получения путем обжига таких керамических материалов, как кирпич, клинкерная плитка, кровельная черепица и т.п. Исследованы характеристики полученных материалов комплексом физико-химических методов (дериватография, ИК-спектроскопия, рентгенофазовый анализ). Установлен химический и минералогический состав керамики, изучены физико-механические свойства.

Проблема комплексной утилизации осадков промывных вод, образующихся в больших количествах при очистке подземных вод, является одной из актуальных ввиду природоохранных мероприятий по защите водных ресурсов

от загрязнений [1-2]. Известно [3], что основными загрязнителями подземных вод Западно-Сибирского региона являются железо, марганец, органические вещества, а также аммонийный азот.

Присутствие их в воде обуславливает повышенные, по сравнению с допустимыми значениями, показатели мутности, цветности, окисляемости, кроме этого, они придают воде специфический запах и вкус. Однако обезжелези-вание - это основной этап в технологиях очистки и подготовки воды из подземных источников.

Ранее нами [3] показано, что одним из путей использования железосодержащего осадка промывных вод может быть его переработка при производстве керамических фильтрующих материалов. Проведенные исследования показали, что предложенная композиция, включающая железосодержащий осадок 4-10 масс. %, молотый стеклянный порошок - 4%, глина - остальное [4], отвечает требованиям ГОСТ Р 51641 - 2000 [5].

Очевидно, что возможности применения осадков промывных вод могут быть значительно расширены, например при создании строительных материалов различного технического назначения, при получении пигментов, красок и т.д. Научное обоснование путей решения этой задачи и явилось предметом настоящей работы.

С этой целью нами проведены детальные физико-химические исследования исходных компонентов и продуктов их взаимодействия при различных условиях.

Дифференциально-термические и термографические исследования фазовых превращений проводили на дериватографе Паулик-Паулик-Эрдеи (Венгрия) в интервале температур от 100 до 1000 °С со скоростью 10о/мин, чувствительностью ДТА - 1/10; ДТО - 1/10; ТО - 10-6 кг. В качестве эталонного образца использовался прокаленный оксид алюминия.

Качественный и количественный рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре «Дрон-3» на медном излучении Сика со скоростью 4о/мин, в режиме V - 35 кУ, I - 20 шЛ, 8 = 1, что обеспечило четкую идентификацию отдельных индивидуальных фаз исследуемой системы. Связывание компонентов изучали по ослаблению или усилению интенсивности соответствующего пика по общепринятой методике.

ИК-спектры снимали на установке иЯ-10 (двухлучевой спектрометр с призмами №С1 и ЫБ) в области частот (3-40)-104 м-1 как в прессованных таблетках КБг, так и в вазелиновом масле. Толщина слоя - 5-10"5 м. Точность определения частот ±2-102 м-1. Предварительные опыты показали вполне удовлетворительную идентичность спектров поглощения исследуемых систем в таблетках КБг и в вазелиновом масле.

Электронно-микроскопические исследования проводили как на просвечивающем сканирующем электронном микроскопе ЕБ-4 с разрешающей способностью 15-10" м, так и на растровом микроскопе «1ео1 Т-20» (Япония) с разрешающей способностью 200-10-10 м. В первом случае использован метод двухступенчатой платино-угольной реплики, а во втором - метод напыления золотом. Необходимость использования двух микроскопов объясняется более детальным изучением как поверхности, так и структуры исследуемых объектов. Электронно-микроскопические снимки получены с увеличением в 500, 1000, 5000 и 10000 раз.

Характер глинистой фракции характеризуется присутствием каолинита, монтмориллонита, гидрослюды. На дифрактограммах обнаружены четкие пики, принадлежащие кварцу и ортоклазу (ё (А): 4,25; 3,34; 3,08; 1,81 и др.). В состав также входят такие типичные глинистые минералы, как хлориты, иллит, глауконит, гетит, марказит (табл. 1).

Таблица 1

Результаты рентгенофазового анализа глины

№ п/п Интенсивность пика (от. ед.) Межплоско-стные расстояния (А) Фаза (минерал) Формула

1 2 15,03 диабантит (хл) (Ре,Мп)6(8і010)(0,0И)8

2 2 12,30 сепиолит Мя4(8і015)(0И)2 • 6И20

3 2 10,40 галлуазит Л128і205(0И)4

4 2 9,90 иллит (К,И30)(Л1,Мв,Ре)2 (Л1,81)40,пГ(0И),,И,01

5 3 7,08 хлорит (рипидолит) (Мё,Ре)4,5Л11,5(^12,5Л11,5 010) • (0И)8

6 3 4,50 монтморилло- нит Л12(0И)2Г8і40101 • пИ20

7 3 4,46 рипидолит, иллит СМ§^е)4,5Л11,5(8і2,5Л11,5 010) • (0И)8, (К,И30)(Л1,Мв,Ре)2, (Л1,8і)40юГ(0И)2,И201

8 3 4,40 сепиолит ~Мй,Г0И1,(8і40„) • И?0

9 4 4,33 сепиолит =М^Г0ИМ8і40„) • И?0

10 7 4,25 кварц 8і02

11 4 4,02 ортоклаз (К,№)Л18і308

12 4 3,90 цеолиты Са[Л128і4012] • 6И20

13 4 3,78 ортоклаз (К,№)Л18і308

14 4 3,65 глауконит КМ8(Ре,Л1)3 • Г8і60.8І • И?0

15 4 3,53 рипидолит (хл) (М8,Ре)4,5Л11,5(8і2,5Л11,5 010) • (0И)8

16 4 3,46 дафнит

17 10 3,34 кварц 8і02

18 6 3,18 ортоклаз (К,№)Л18і308

19 4 3,03 кальцит СаС03

20 4 2,99 сепиолит М84(8і015)(0И)? • 6И?0

21 2 2,69 гетит а-Ре00И

22 2 2,56 иллит (К,И30)(Л1,Мв,Ре)2 (Л1,8і)40юГ(0И)2,И201

23 3 2,57 сепиолит, галлуазит Мв4(8і015)(0И)2 • 6И20, Л128і205(0И)4

24 2 2,55 дафнит

25 6 2,45 кварц 8і02

26 2 2,37 дафнит, глауконит (Бе-Л1) КМй(Ре,Л1)3 • Г8і60181 • И?0

27 4 2,27 кварц 8і02

28 2 2,23 кварц, сепиолит 8і02, М84(8і015)(0И)? • 6И?0

Продолжение табл. 1

№ п/п Интенсив ность пика (от. ед.) Межплоскост ные расстояния (А) Фаза (минерал) Формула

29 4 2,12 кварц 8і02

30 2 2,09 кальцит СаС03

31 2 2,00 дафнит

32 2 1,98 иллит (К,И30)(Л1,Мв,Ре)2 (Л1,8і)40юГ(0И)2,И201

33 2 1,97 кварц 8і02

34 2 1,91 кальцит СаС03

35 5 1,81 кварц 8і02

36 1 1,75 марказит Ре82

37 1 1,558 дафнит

38 5 1,54 кварц 8і02

39 2 1,508 иллит, глауконит (К,И30)(Л1,Мв,Ре)2 (Л1,8і)40юГ(0И)2,И201, КМя(Те,Л1)3 • Г8і60181 • И?0

40 3 1,38 кварц 8і02

41 5 1,376 кварц 8і02

42 5 1,370 кварц 8і02

На рентгенограммах отчетливо фиксируется понижение интенсивностей характеристических линий с d (А): 9,901, 8,021, 3,304 по мере повышения содержания в глине окислов железа.

Можно заключить, что глинистые минералы находятся в квазикристал-лическом состоянии, с очень низкой упорядоченностью и с большими дефектами кристаллической решетки. Это подтверждается дериватографическими (рис. 1) и ИК-спектральными исследованиями (рис. 2).

100 200 300 400 500 600 ТОО 800 900 1000

Рис. 1. Термограмма глины с высоким содержанием железа

В породах с высоким содержанием окислов железа слюда гидратирована в большей степени, эндоэффект при 600 °С у такой глины больше, чем у безжелезистых или низкожелезистых глин. Экзоэффект при 900-1000 °С связан, по-видимому, с образованием новых продуктов окисления железа [5].

На спектрах отражения (рис. 2) основные изменения соответствуют колебаниям в диапазоне 600-1000 см-1 и более низкой интенсивности с 1200-1400 см-1. Слабые валентные колебания ОН-групп зафиксированы в области частот 3600-3800 см-1.

96

Ж

еч

32

90

Э2

80

те

7В

Частота, см"1

а)

Частота,см'

б)

Рис. 2. ИК-спектры глины

Валовый химический состав суглинков полагает содержание (%): 8Ю2 -60,81-68,45; А12О3 - 12,51-14,19; СаО - 4,95-5,66; Бе2О3 (БеО) - 1,22-5,56; МеО - 1,67-7,54; 8О3 - 0,84-2,21; (№2О + К2О) - 2,51-3,63, ррп - 6,02-9,32. Повышенное содержание окислов железа придает глине коричневый цвет с содержанием глинистых частиц от 23 до 33%. Число пластичности равно 20-26, что позволяет отнести ее к средне- и высокопластичной глине, пригодной для производства строительных изделий по связующей способности, но высокочувствительной к сушке, глина является легкоплавкой (до 950-1100 °С). Электронно-микроскопический снимок глины показан на рис. 3.

Рис. 3. Образец глины. Увеличение в 1000 раз

В качестве плавня в шихту добавляли стеклобой в измельченном состоянии. Вещественный состав стеклобоя соответствовал содержанию 8Ю2 - 67,6%; Ре20з - 0,36; Бе0 - 2,28; Л120з - 1,1; СаО - 4,7; МеО - 5,6; (№,0 + К2О) - 17,4 по массе на прокаленное вещество. Элементный состав всех исследуемых материалов представлен в табл. 2.

На кривой ДТА стеклобоя отмечено два эффекта: экзотермический при 110-120 °С, связанный, по-видимому, с инверсионными изменениями триди-мита, и основной - эндотермический - при 540-570 °С, связанный с изменением кварца.

Данные рентгеновских исследований подтверждают, что основными составляющими являются кварц 8і02, ортоклаз (К, Ка)Л^і308, а также бемит Л10(0Н), тридимит 8і02, сульфат №^04, кальцит СаС03, флюорит СаБ2. Обнаруживаются следы оксида бария Ва0, энстатита Mg2Si206 и гипса Са804.

Таблица 2

Элементный состав исследуемых материалов

Образец Элементы

Si S р Са К Бе

1. Стекло 73,58- 76,40 0,00- 0,07 - 22,24- 24,58 0,57- 0,60 0,75- 1,19

2. Глина 74,35- 76,14 0,00- 0,03 - 9,57- 10,22 6,82- 7,09 7,47- 8,31

3. Железистый осадок 3,10- 3,39 0,00 12,41- 12,91 23,57- 24,20 0,00- 0,49 59,31- 60,63

4. До обжига 54,96- 55,31 0,00 0,63- 1,04 15,25- 15,53 6,29- 6,85 22,17- 22,31

5. После обжига 71,45- 71,91 0,00 0,44- 0,64 11,75- 12,53 5,53- 6,03 10,05- 10,67

На электронно-микроскопических снимках хорошо фиксируются кристаллы кварца и ортоклаза (рис. 4).

Рис. 4. Образец стекла. Увеличение в 800 раз

Основная часть осадка промывных вод представлена окислами железа в виде лепидокрокита, гидрогетита, гидрогематита, окислами марганца в виде манганита, биксбиита, а также карбонатами и сульфатами железа, марганца,

кальция и магния. В состав также входят оксиды кремния, алюминия, фосфаты железа (штренгит РеРО4-2Н2О) (табл. 3).

Таблица 3

Результаты рентгенофазового анализа осадка промывных вод

№ п/п Интенсивность пика (от. ед.) Межплос- костные расстоя- ния (А) Фаза (минерал) Формула

1 1Q,92 Green Rust II глинистые минералы Fe3^  FeQ,9(O,OH,SO4)9

2 1Q,Q3 в-сепиолит Mg3(Si4Oll)[OH2l3  H2O

3 5,99 сульфат Ca CaSO4

4 5,32 муллит 3M2O3  2SiO2

5 5,2б гигрогематит в  Fe2O3  H2O

4,91 штренгит FePO4  2H2O

б 4,71 елизаветинскит (Mn,Co)O[OHl

7 4,5Q в-сепиолит Mg3(Si4Oll)[OH2l3  H2O

8 4,3б масканьит [NH4l2SO4

9 4,19 гетит, гидрогетит a-FeOOH, HFeO2  nH2O

1Q 4,Q9 гидраргилит Al(OH)3

11 4,Q4 кристобаллит SiO2

12 3,б5 глауконит KMg(Fe,Al)3  [SieOlSj  H2O

13 3,53 анатаз TiO2

14 3,21 в-сепиолит Mg4(SiOl5)(OH)2  6H2O

15 3,11 масканьит [nh4]2so4

1б 3,Q8 ярозит K2Feб[SO4l4  (OH)l2

17 3,Q1 Mn-кальцит, сульфат кальция (Ca,Mn)CO3, CaSO4

18 2,81 сульфат кальция CaSO4

19 2,7Q гетит, гематит, биксбиит a-FeOOH, Fe2O3, (Fe,Mn)2O3

2Q 2,5б гидрогематит в  Fe2O3  H2O

21 2,54 муллит, в-сепиолит ЗМ2О3  2SiO2, Mg4(SiOl5)(OH)2  бН2О

22 2,45 гидрогетит HFeO2  nH2O

23 2,35 елизаветинскит (Mn,Co)O[OH]

24 2,31 масканьит [NH4I2SO4

25 2,27 Mn-кальцит, ярозит (Ca,Mn)CO3, K2Feб[SO4l4  (OH)l2

2б 2,21 муллит ЗМ2О3  2SiO2

27 2,17 гидрогетит, масканьит HFeO2  nH2O, [NH4I2SO4

28 2,Q7 гидраргилит Al(OH)3

29 2,Q4 гидраргилит Al(OH)3

3Q 1,938 лепидокрокит Y-FeO

Продолжение табл. 3

№ п/п Интенсивность пика (от. ед.) Межплос-костные расстояни я (А) Фаза (минерал) Формула

31 1,90 Мп-кальцит (Са,Мп)СОэ

32 1,877 елизаветинскит (Мп,Со)О[ОН]

33 1,855 Мп-кальцит (Са,Мп)СОэ,

34 1,81 ярозит ^6^4  (ОН)12

35 1,77 манганит МпО

36 1,746 сидерит Ре

37 1,70 гетит, гематит, анатаз а-РеООН, Ре2О3, ТІО2

38 1,68 гематит РЄ2О3

39 1,67 гидробиотит, анатаз К(Мя,Ре)э(ОН)2((А1,Ре) 8І3Ою}  пН2О, ТІО2

40 1,66 биксбиит (Ре,Мп)2О3

41 1,60 гидрогематит 3  Ре2Оэ  Н2О

42 1,55 гидрогетит НРеО2  пН2О

43 1,53 гидробиотит К(Мя,Ре)э(ОН)2((А1,Ре) 8івОю}  пН^О

44 1,485 гематит, гидрослюда Ре2О3, К  АІ2(ОН)2{А18івОю}  пН2О

45 1,44 елизаветинскит (Мп,Со)О[ОН]

46 1,42 манганит МпО

47 1,40 биксбиит, вад (Ре,Мп)2О3, МпО2  (0-1)МпО  пН2О

На рентгенограммах осадка обнаруживаются линии высокой интенсивности с ^А): 4,19, 4,09, 2,56, 2,45, 1,70, принадлежащие соединениям железа. Физико-химические исследования (табл. 3, рис. 5) показали, что основу осадка промывных вод составляет немагнитная фаза а - оксогидроксида железа -гетит (а- РеООИ). Порошок осадка обладает большой удельной поверхностью, размеры частиц изменяются в широком диапазоне от 0,02 до 10 мкм. Электронно-микроскопическими исследованиями показано, что в фрмирова-нии частиц участвовали бактерии Ьер1ю1:Ых, ОеЬгаое8, 8раегойП8 Ка1аш и др. Электростатические свойства поверхности коллоидных частиц осадка характеризуются величиной дзетта-потенциала 0,18-0,23 мв [6].

Дифракционные максимумы сырьевой смеси до обжига представлены в табл. 4, из которой видно, что линии наибольшей интенсивности соответствуют кварцу (^А, 3,34).

В состав входят также полевые шпаты, минералы глин, слюды, сульфаты, карбонаты, хлориты, фосфаты кальция, магния, железа и марганца. Нами обнаружен (заслуживающий дальнейшего детального изучения) эффект образования уже на стадии перемешивания смеси цеолитов.

Таблица 4

Результаты рентгенофазового анализа сырьевой смеси до обжига

№ п/п Ин- тен- сив- ность пика (от. ед.) Меж- пло- скост- ные рас- стоя- ния (А) Фаза (минерал) Формула

1 2 9,33 шабазит - гмелинит (цеолит) Са [А128і4О12] • 6Н2О

2 2 6,46 аттапульгит (полыгорскит) сепиолитовые глины -М-§2АІ2[ОН]2(8І8О20^ [Н2О]4  4Н2О «МйэГОНЫБйОп)  Н2О

3 1 5,57 шабазит Са [А^О^] • 6Н2О

4 1 5,35 сульфаты: торреит, квасцы калиевые КаІ [8іО4]2  12Н2О

5 1 5,31 сульфаты: торреит, квасцы калиевые КаІ [8іО4]2  12Н2О

6 1 5,17 гмелинит (цеолит) Са [АІ28і4О12] • 6Н2О

7 1 4,76 гмелинит (цеолит) Са[А128і4О12] • 6Н2О

8 4,59 пирофиллит АІ2(ОН)2[8і4Ою]

9 1 4,50 глауконит КМя(Ре,А1)э  [8і6О!8]  Н2О

10 1 4,49 иллит, аттапульгит (полыгорскит) К(А1,Мя,Ре)2, (А1,8і)4Ою[(ОН)2,Н2О], ММ2АІ2[ОН]2(8і8О20)^ [Н2О]4  4Н2О

11 1 4,29 квасцы калиевые КА1[8іО4]2  12Н2О

12 4 4,23 кварц 8іО2

13 2 4,00 гмелинит, квасцы калиевые, ортоклаз Са[А128і4О12] • 6Н2О КА1[8іО4]2  12Н2О, (К,Ма)А18івО8

14 1 3,79 ортоклаз (К,Ма)А18івО8

15 2 3,644 глауконит КМя(Ре,А1)э  [8і6О!8]  Н2О

16 2 3,46 амезит (Мя,Ре)4А12(ОН)8{ 8і2А12Ою}

17 10 3,34 кварц 8іО2

18 2 3,22 аттапульгит (полыгорскит), микроклин ММ2А12[ОН]2(8і8О20)  [Н2О]4  4Н2О, К2О  А12О3  68іО2

19 3 3,18 ортоклаз (К, №)А18і3О8

20 1 3,06 пирофиллит А12(ОН)2[8і4Ою]

21 1 3,02 кальцит СаСОэ

22 1 2,93 шабазит Са[А^О12] • 6Н2О

23 1 2,777 квасцы калиевые КА1[8іО4]2  12Н2О

24 1 2,66 эпсомит Мя8О4  7Н2О

Продолжение табл. 4

№ п/п Ин- тен- сив- ность пика (от. ед.) Меж- плоско стные рассто яния (А) Фаза (минерал) Формула

25 2 2,57 галлуазит, иллит А^Оз (ОН)4, (К, Н3О) (А1, Бе)2 (А, Б1)4Ою[(ОН)2, Н2О]

26 1 2,55 иллит (К, Н3О) (А1, М, Ре)2 (А1, Б1)4Ою[(ОН)2, Н2О]

27 2 2,53 лабрадор

28 3 2,45 кварц 8ІО2

29 3 2,27 кварц 8ІО2

30 3 2,23 кварц 8ІО2

31 3 2,12 кварц 8ІО2

32 2 2,00 микроклин К2О * АІ2О3 * 68ІО2

33 2 1,97 кварц 8ІО2

34 1 1,91 кальцит СаСОэ

35 1 1,87 кальцит СаСОэ

36 5 1,80 кварц 8ІО2

37 2 1,775 лабрадор

38 3 1,67 кварц 8ІО2

39 4 1,537 кварц 8ІО2

40 1 1,508 глауконит КМя (Бе, А1)3 -[8І6О18] • Н2О

41 1 1,49 пирофиллит АІ2(ОН)2[8І4Ою]

42 2 1,45 лабрадор

43 1 1,436 кахчолонг (кристобаллит) С'І ІО 8І

44 1 1,428 акдалаит 4А12О3 • Н2О

45 1 1,418 манганит МпО

46 2 1,39 клинохлор, акдалаит 4А12О3 • Н2О

47 4 1,38 кварц 8іО2

48 5 1,37 кварц 8іО2

Образец после обжига (при 1100 °С) представлен новыми соединениями - продуктами превращений исходных компонентов (табл. 5, рис. 7).

Здесь обнаруживаются такие минералы, как монотермит, ксонотлит, ранкинит, гиперстен, гематит, стеатит. Основную часть (до 80 %) составляют кварц, гематит, ортоклаз, гидрогетит, манганит, пирофиллит.

Управлять свойствами образующегося после обжига керамического черепка можно путем направленного изменения параметров среды обжига [7, 8], варьируя давление, температуру обжига и проводя процесс не в атмосферных условиях, а в восстановительной либо окислительной газовой среде.

Рис. 6. Сырьевая смесь до обжига. Увеличение в 1000 раз

№

п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

Таблица 5

Результаты рентгенофазового анализа образца после обжига

Ин- тен- сив- ность пика (от. ед.) Меж-плоскостные расстояния (А) Фаза (минерал) Формула

1 5,23 гидрогематит в • БЄ2О3 • Н2О

1 4,79 пеннин (х), А1(ОН)3, норд-страндин

1 4,71 кеммерерит, клинохлор

1 4,43 монотермит (нов.) КаА12(ОН){(8і, А1)4Ою>

5 4,234 кварц 8ІО2

5 4,02 ортоклаз (К, №)А18і3О8

1 3,90 ксонотлит (нов.) Саб8І6Оп(ОН)2

1 3,84 биксбиит (Бе, Мп)2О3

1 3,75 ранкинит Мп-кальцит( нов.) Са38І2О7, (Са,Мп)СО3

4 3,66 олигоклаз, гематит рАЬ • пАп Бе2Оэ

1 3,56 пеннин

1 3,48 прохлорит (рипидолит) (х) (М^ Бе)4,5А11,5(8І2,5А11,5О10) • (ОН)8

10 3,334 кварц 8ІО2

5 3,198 гиперстен (нов.) (М, Бе)2[8І2О6]

5 3,18 ортоклаз (К, №)А18і3О8

2 3,11 стеатит (тальк) (нов.) Мй3[ОН]2{8І4Ою>

2 3,046 пирофиллит (сходен с тальком), Мп-кальцит А14(8І8О20)(ОН)4, (Са, Мп)СО3

1 2,98 ортоклаз (К, №)А18і3О8

2 2,92 олигоклаз рАЬ • пАп

1 2,81 пренит Са2А12(8І3Ою) • (ОН)2

6 2,686 гематит (нов.) Бе2Оэ

6 2,508 гематит (нов.) Бе2Оэ

3 2,45 кварц 8ІО2

1 2,41 пирит Бе82

2 2,28 кварц 8ІО2

2 2,22 кварц 8ІО2

3 2,195 гематит Бе2Оэ

3 2,12 кварц 8ІО2

1 1,96 прохлорит (Мм, Ре)4,5А11,5 (8І2,5А11,5О10) • (ОН)8

1 1,95 гидрогематит в • Бе2О3 • Н2О

1 1,87 Мп-кальцит (Са, Мп)СО3

2 1,845 гематит, Мп-кальцит Ре2О3, (Са, Мп)СО3

Продолжение табл. 5

№ п/п Ин- тен- сив- ность пика (от. ед.) Меж-плоскостные расстояния (А) Фаза (минерал) Формула

33 4 1,834 гематит РЄ203

34 5 1,813 кварц 8ІО2

35 1 1,79 адуляр К

36 2 1,767 манганит МпО

37 2 1,755 марказит Бе82

38 3 1,717 гидрогетит НБе02  пН20

39 2 1,687 гематит Бе203

40 1 1,637 пирит Бе82

41 3 1,54 кварц 8ІО2

42 1 1,48 гематит Бе20э

43 2 1,448 гематит Бе20э

44 1 1,436 крейтонит (слож. окисел Бе) (гп, Бе, М)  (А1Бе)2  О3

45 1 1,42 манганит МпО

46 1 1,40 вад (окисел Мп) Мп02  (0-1)Мп0  пН20

47 2 1,38 кварц 8ІО2

48 3 1,37 кварц 8ІО2

49 2 1,349 гематит Бе20э

Поведение соединений железа при пониженном давлении среды соответствует схеме:

Ре(0Н)3 ^ Ре203 ^ Ре304 ^ РеО

4

Ре(Ые)8Ю4

Газы-восстановители (СО, Н2), а также свободный углерод способствуют протеканию этих превращений, более раннему спеканию (при 900-950 °С) и образованию более прочного черепка.

Результаты физико-механических испытаний образцов отражены в табл. 6.

Изменение давления среды обжига (в наших экспериментах 10 % от нормального) с использованием восстановительной среды обеспечивает переход железистых соединений в активные формы и улучшает качество полученных изделий. По своим свойствам последние могут быть рекомендованы для производства кирпича, клинкерной плитки, кровельной черепицы. Получение этих строительных материалов не только эффективно, но и экономически оправдано для Западно-Сибирского региона.

Рис. 7. Образец после обжига. Увеличение: а) в 100 раз; б) в 1000 раз; в) в 7000 раз

к <

ГТрГ^Т <Н| и * Ч * ИГ п* # >

в)

Рис. 7. Окончание

Таблица 6

Физико-механические свойства образцов после обжига

Температура обжига, 1, оС Средняя плотность, г/см3 Общая усадка, % Водопоглощение, % Прочность на сжатие, МПа

900 1,74 5,6 18,9 23,5

950 1,86 8,5 16,4 36,2

1000 1,92 9,6 10,0 45,4

В окислительной среде формируются продукты, соответствующие практически стопроцентному переходу Бе2+^ Бе3+. При этом переходят в более высокие степени окисления и другие соединения исследуемой композиции, что очень благоприятно для получения на ее основе пигментов для красок.

Таким образом, проведенные физико-химические исследования показали принципиальную возможность получения на основе осадков промывных вод эффективных материалов различного технического назначения, что способствует, в свою очередь, созданию эффективных безотходных технологий очистки подземных вод от загрязнений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Осипов B.R Геоэкология: понятия, задачи, приоритеты // Геоэкология. 1997. № 1.

С. 3-12.

2. Рогов Г.М. Проблемы использования природных вод бассейна реки Томи для хозяйственно-питьевого водоснабжения / Г.М. Рогов, B.K. Попов, Е.Ю. Осипова. Томск: Изд-во Томск. гос. архит.-строит. уп-та, 2GG3. - 218 с.

3. Лукашевич О.Д. Bопросы ресурсосбережения и охраны природы при использовании осадков промывных вод / О. Д. Лукашевич, А.А. Андрейченко, RB. Алгупова. Bестник ТГАСУ. 2GG3. № 2. С. 252-259.

4. Патент РФ № 3488G. Установка для получения керамического фильтрующего материала с добавлением железистых отходов водоочистных сооружений/ Лукашевич О. Д., Алгупова HB. БИПМ 2GG3. № 35. - С. 656.

5. ГОСТ Р 51641-2GGG. Материалы фильтрующие зернистые. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов. 2GGG. - 14 с.

6. Лисецкий B. Н. Образование и улавливание твердого осадка при очистке воды / B. Н. Лисецкий А.А. Андрейченко, Т. А. Лисецкая // Жилищно-коммунальное хозяйство, 2GG3. № 2. С. 61-62.

7. Павлов B. Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики. -М.: Стройиздат, 1977. - 24G с.

8. Кара-Сал Б.К. Интенсификация спекания глинистых пород с высоким содержанием железа путем изменения параметров среды обжига // Изв. вузов. Строительство, 2GG3. № 1G. С. 43-48.

Материал поступил в редакцию 21.G5.G4.

O.D. LUKASHEVICH, I.V. ALGUNOVA, Yu.S. SARKISOV

PHYSIC-CHEMICAL ASPECTS OF COMPLEX UTILIZATION OF WASHING WATER PRECIPITATES

Ecologically pure technology has been developed for solving the problem of complex utilization of iron containing washing water in filter units at water preparation stations. Raw mixture of precipitates, grinding glass and clay wastes is used here by baking such ceramic materials as brick, clinker slab, roof tile, etc. Characteristics of materials obtained by physic-chemical methods (derivatography, IK-spectrography, X-ray phase analysis) have been investigated. Chemical and mineralogical composition of ceramics has been determined and physic-mechanical properties have been studied.