О ФАКТОРАХ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПОДВИЖНОСТЬ поллютантов
отходов калийного производства
Присутствие в отходах калийного производства микропримесей, относящихся к категории экотоксикантов, является важным аспектом оценки их экологической опасности. Категория таких поллютантов объединяет две группы соединений: рассеянные микроэлементы, включая тяжелые металлы (ТМ), и органические вещества. Наиболее высокий уровень загрязнения характерен для глинисто-солевых шламов и техногенных рассолов, содержащих широкий спектр органических поллютантов и ТМ в концентрациях, превышающих естественные фоновые значения природных геосистем [1]. Вместе с тем, при оценке степени экологической опасности важно знать не столько общее количество содержащихся в них вредных веществ, сколько возможную массу их перехода по цепочке «отходы → техногенные потоки загрязнителей → окружающая среда». Поэтому применяемые методические подходы, основанные на суммировании вредных эффектов от валового содержания в отходах индивидуальных нормируемых компонентов, могут дать мнимое представление о высоком уровне загрязнения отходов ТМ и их экологической опасности для окружающей природной среды. Применительно к отходам калийного производства реальную опасность для окружающей среды представляют лишь геохимически подвижные соединения, сольвофильные по отношению к хлоридным рассолам.
Валовое содержание микроэлементов в глинисто-солевых шламах контролируется преимущественно минеральным составом галогенных формаций, и особенно галопелитов. Как показывают результаты исследований, часть ТМ присутствует в виде собственных минералов, другая – в виде примеси, изоморфно замещая основной катион, чем и определяется их растворимость. Так, большая часть (87-99%) сидерофильных (Fe, Ni) и литофильных (Mn, V, Ti) элементов присутствует в виде таких труднорастворимые минералов, как хлорит, гематит, пирит, гидрослюда, карбонатные и силикатные минералы. Вместе с доломитами, ангидритом, кварцем, полевым шпатом и слоистыми силикатами они образуют нерастворимый остаток. Значительная доля (40-75%) халькофильных элементов (Cu, Zn, Pb) может находиться в виде растворимых сульфатов.
В процессе рудоподготовки и обогащения при контакте с оборотными рассолами и щелоками происходит значительная перестройка минеральной матрицы калийных руд, обуславливающая изменение форм нахождения ТМ и их перераспределение между жидкой и твердой фазами. Водорастворимые формы ТМ выщелачиваются и переходят в технологические растворы, приводя тем самым к снижению их концентраций в глинисто-солевых шламах. В тоже время данные техногенно-минеральные образования обогащаются по сравнению с галопеллитами менее подвижными формами металлов (рис. 1). Не исключено, что значительную роль в этих процессах играют применяемые органические флотореагенты, приводящие к формированию гидрофобных органо-минеральных комплексов [1, 2].
Анализ изменения подвижности микроэлементов в технологическом процессе обогащения калийных руд наиболее рационально производить исходя из теории поверхностных явлений в дисперсных системах. Поверхностные взаимодействия в таких системах обусловлены наличием на поверхности раздела фаз
некомпенсированной энергией разной природы. О том, насколько весомы эти взаимодействия, говорит тот факт, что технология флотационного обогащения полностью базируется на них. Спектр этих взаимодействий весьма широк, а вызываемые ими явления, очевидно, способны влиять на подвижность поллютантов в техногенно-минеральных образованиях.
Величина сил поверхностного взаимодействия в гетерогенных системах тем больше, чем больше удельная поверхность дисперсной фазы (S). В качестве примера можно привести природные галопелиты пл. Кр II БКРУ-2, определение удельной поверхности которых производилось для оценки технологических свойств руды при шламовой флотации [4]. Удельная поверхность исходных галопелитов составляет 83 м2/г, сокращаясь при промывке водой до 18,3 м2/г. Удельная поверхность шламов, которые фактически представляют собой флотационно отделённые галопелиты, составляет 21,3 м2/г. Такое снижение S может быть
объяснено только коагуляцией глинистых минералов, поскольку выщелачивание доли высокодисперсных растворимых минералов, которые могли бы обуславливать высокую дисперсность природного материала, незначительно ввиду обогащения в насыщенных растворах. Сравнивая эти значения, можно заключить, что снижение удельной поверхности контролируется в большей степени коагуляцией при подчинённой роли выщелачивания мелкодисперсных частиц.
Известно, что коагуляция мелкодисперсных минеральных частиц обусловлена их природной агрегативной неустойчивостью, природа которой кроется в избытке свободной поверхностной энергии. На обогатительных фабриках с целью быстрого осветления щелоков и обесшламливания суспензий этот процесс интенсифицируется введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), в частности
полиакриламида ПАА, который прочно сорбируется глинистыми минералами и переходит в глинисто-солевые шламы, предотвращая их флоккулы при сбросе в шламохранилище от разрушения. Кроме того, введение ПАА придает глинистой суспензии седиментационную неустойчивость.
Для проведения шламовой флотации традиционно применение и других ПАВ – смесь оксиэтилированных жирных кислот (ОЖК). Молекула ОЖК состоит из аниона жирной карбоновой кислоты RCOO –, который придаёт ей типичную для ПАВ дифильность, и присоединённым к ней посредствам кислородной связи эфироподобным радикалом – (С2Н4О)nH, который обнаруживается на хромато-масс-спектрах гексановой вытяжки ОЖК в виде алифатических и циклических полиэфиров [2]. Глинистые частицы активно сорбируют данный реагент, при этом их гидратированность в насыщенном растворе сильных электролитов обуславливает ориентацию молекул ОЖК в адсорбционном слое согласно правилу уравнения полярностей таким образом, что неполярная часть молекулы направлена в сторону раствора. В результате частица оказывается экранированной от раствора гидрофобным слоем, что не только определяет её флотируемость, но и предохраняет её от взаимодействия с некоторыми растворителями.
Необходимо отметить, что промышленная флотация характеризуется применением широкого спектра флотореагентов, которые могут обладать как синергетическим (например, активаторы хемосорбции аминов), так и антагонистическим (регуляторы селективности сорбции) влиянием друг на друга. Кроме того, промышленные реагенты не являются химически чистыми веществами и содержат ряд недекларируемых соединений, которые ещё больше усложняют изучение их совместного взаимодействия [2].
Совершенно очевидно, что описанные процессы способны вносить существенный вклад в формирование геохимических потоков рассеяния поллютантов-микропримесей, скрывая потенциально подвижные элементы внутри флоккул и препятствуя взаимодействию минеральных частиц с растворителем за счет образования сольвофобных адсорбционных оболочек.
Вместе с тем, существует ряд факторов, способных нарушить равновесие в поверхностных взаимодействиях и изменить направленность обусловленных ими процессов. Так, например, опреснение дисперсионной среды повышает её полярность и изменяет ориентацию молекул ПАВ в адсорбционном слое, ослабляя тем самым их связь с минеральными частицами. Обнаружено, что с уменьшением минерализации проб шлама увеличивается извлекаемость растворителями большинства органических веществ (рис. 2). С этими же процессами, по видимому, связан неравномерный характер перехода в водные вытяжки некоторых ТМ [3].
Таким образом, при изучении геохимических потоков рассеяния из отходов обогащения калийных руд необходимо учитывать эффекты поверхностных взаимодействий, оказывающие существенное влияние на характер выноса поллютантов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бачурин -геохимическая характеристика отходов калийного производства / , // Горн. журн. – 2008. – № 10. – С. 88-91.
2. Бачурин вещества в составе техногенно-минеральных образований калийного производства / , , // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении: сб. науч. ст. / ПГУ. – Пермь, 2006. – С. 331-336. – (Науч. чтения памяти ; Вып. 9).
3. Бачурин -минеральные образования горного производства как источники эмиссии тяжелых металлов / , // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении: сб. науч. ст. / ПГУ. – Пермь, 2008. – С. 322-326. – (Науч. чтения памяти ; Вып. 11).
4. Технология флотационного обогащения калийных руд / ,
, ,. – Пермь, 2002. – С. 55-60.
