ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА ПИГМЕНТНОЙ ДВУОКИСИ ТИТАНА И ПУТИ ЕГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ

Барсукова Анна Владимировна

аспирант, СумГУ, г. Сумы

E-mail: rodik-1983@mail.ru

Вакал Сергей Васильевич

канд. техн. наук, директор ГП «СГ НИИ «МинДиП», г. Сумы

E-mail: 

POTENTIAL HAZARD OF PIGMENT TITANIUM DIOXIDE PRODUCTION WASTES AND WAYS OF ITS NEUTRALIZATION

Anna Barsukova

Graduate student, Sumy State University, Sumy

Sergey Vakal

Candidate of Technical Sciences, directorof Sumy State Scientific-Research Institute of Mineral Fertilizers and Pigments (Gos NII MINDIP), Sumy

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены основные источники образования отходов в Сумском районе, где лидирующее место занимает ОАО «Сумыхимпром». Здесь рассмотрено негативное воздействие железного купороса как основного отхода титанового производства на окружающую среду: на атмосферу (образование «кислотных дождей»), на гидросферу (повышенное содержание железа в поверхностных водах), на литосферу (изменение физико-химических свойств почв) и на здоровье человека. Основное вниманиеуделено проблемам утилизации, а также возможным путям обезвреживания железного купороса.

ABSTRACT

This article summarizes the main sources of waste in the Sumy region, where a leader is JSC "Sumyhimprom". Here we consider the negative impact of iron sulphate as the main waste of titanium production on the environment: the atmosphere (the formation of "acid rain"), the hydrosphere (high content of iron in surface waters), the lithosphere (the change of physical and chemical properties of the soil) and on human health. The main attention is focused onrecycling and utilization problems, and possible ways of iron sulphate neutralization.

Ключевые слова: железный купорос; кислотный дождь; опасность окружающей среде; железорудные окатыши.

Key words: waste; iron sulfate; the danger to the environment; the iron ore pellets

Цель.

Среди ряда экологических проблем, которые касаются Сумской области,особенноостро стоитпроблемаотходов. Отходы, накапливаясьна территориях предприятий, в отвалах, шламонакопителях, тем самым наносят значительное воздействиена окружающую среду.

Актуальность данной статьи состоит в том, что самый «безвредный» отход является потенциально опаснымдля биогеоценозов. Ситуация на сегодняшний день усложняетсятем, что сохраняется значительный разрыв между объемами накапливания отходови объемами их обезвреживанияи использования.

Поэтомуосновной задачей является нахождениепутей обезвреживания отходовс минимальной нагрузкойна окружающую среду.

Метод.

Наибольшая доля накопленных отходов около28 млн. т. принадлежит ОАО «Сумыхимпром. Образованные отходыв 2012 году имеют следующийсостав:

134,292 тыс. т. железного купороса(3-й класс опасности);

275,543 тыс. т. — фосфогипса(4-й класс опасности);

179,200 тыс. т — шламов после станции нейтрализации кислых сточных вод (4-й класс опасности).

На ОАО «Сумыхимпром» накоплено1596786,194 т. железного купороса(3-й класс опасности).По классификации опасности отходов железныйкупорос считается не опасным. Однакоон состоит из потенциально неблагоприятных составных. Это чистое железои группа — SO₂. Поскольку отход сернокислотной переработки титаносодержащих шламов складируется в терриконпод открытымнебом, то под воздействием осадков, солнца, ветра и т. п. происходит следующее превращение:

2FeSO₄ →SO₂↑ + SO₃↑+ Fe₂O₃ (1)

12 FeSO₄ + 6H₂O + 3O₂→4Fe₂(SO₄)₃ + 4Fe(OH)₃↓ (2)

Сульфат железа в свою очередь обладает подсушивающим эффектом, который губителен для роста и развития мха. Высокие дозы сульфата железа вызывают ожоги растительного покрова, что проявляется в виде почернения. Так или иначе, сульфат железа под воздействием природных явлений попадает в почву. Как показывают исследования, проводимые с образцами почв, отобранных в зоне загрязнения, можно утверждать следующее:

1.  изменение структурно-агрегатного состава верхнего слоя почв в зоне интенсивного загрязнения (до 3 км от ОАО «Сумыхимпром»). Содержание агрономически ценной части почвы (от 0,25 до 10 мм) падает до 29—50 %, в это время глыбистые агрегаты достигают 40—70 %, а на расстоянии 10 км содержание глыбистой части уменьшается до 20 %, а агрономически ценной части почвы увеличивается до 73—78 %;

2.  изменение коэффициента структурности. Коэффициент структурности близ накопления отходов уменьшается с 2,7—3,1 до 0,4—1,4;

3.  снижение способности почвы длительное время сохранять благоприятное для жизни растений сложение. Такой показатель характеризуется коэффициентом водоупорности почвенных агрегатов, который снижается с 0,4—0,5 до 0,2—0,3;

4.  ухудшение структурно-агрегатного состава почвы приводит к возрастанию плотности верхнего слоя. Это связано с влиянием на него «кислых осадков», поэтому кислотно-основные свойства почв сдвинуты в сторону подкисления.

Таким образом, избыточное количество железного купороса приводит к изменению физических и химических свойств почвы. Следовательно, такая почва становится не плодородной, мало пригодной для выращивания и произрастания каких-либо культур. В почве железный купорос не задерживается и попадает в поверхностные воды. После чего наблюдается повышенное содержание железа в питьевой воде. Это приводит к ущербу технического оборудования и систем водного хозяйства, увеличивая затраты на их содержание и снижая срок их службы, что может привести к росту расходов у жителей. В течение длительного периода времени из такой некачественной воды в напорных резервуарах, водонагревателях и установках с медленным водотоком начинают образовываться железные бактерии, покрывают коррозией трубопроводы и их соединения, а также забивая водную систему образовавшимися красно-коричневыми слизистообразными осаждениями. Такую воду человек использует в своем быту, в том числе и пьет. А значит, такая вода является причиной ряда появившихся заболеваний у человека.

Из уравнения (2) видно как образуются сернистые ангидриды. Сернистые ангидриды — это основная причина образования кислотных дождей. В экологии уделяют пристальное внимание проблеме кислотных дождей. Эти осадки образуются в результате загрязнения воздуха, при этом соединяются атмосферная влага и кислотообразующие газы (оксиды серы).

2SO₂ + 2H₂O → 2H₂SO₃(3)

2SO₃ + 2H₂O →2 H₂SO₄(4)

В полученных уравнениях (3,4) образуются сернистая и серная кислоты соответственно. Кислотные дожди опасны тем, что наносят непоправимый вред окружающей среде и могут переноситься на тысячи километров. Эти осадки являются причиной гибели лесной и водной экосистем. Эрозия почвы, замедление роста деревьев, сокращение животных, снижение урожайности в сельскохозяйственной отрасли являются следствием кислотных дождей. Окисление почвы приводит к уничтожению питательных веществ, необходимых растениям, деградации флоры и фауны. При увеличении кислотности почва становится бедной на обменные основания. В естественных условиях чистое освобождение оснований из обменной формы происходит в почве вследствие обмена водородными ионами H⁺. H⁺ могут быть получены из внешних источников или вследствие происходящих в почве процессов. Почвы глинистого механического состава, содержащие повышенное количество гумуса и обменного кальция, обладают высокой сопротивляемостью к процессам подкисления. При этом возникает реакция типа:

Ca²⁺ + H₂SO₄→ 2H⁺+ CaSO₄(5)

Именно реакции такого типа (5) в почвах ведут к потере ими Ca²⁺ ,Mg²⁺ ,K⁺ ,Na⁺и т. д. и приводит к развитию кислотности в почвах. Так содержание Ca²⁺ в черноземе типичном возле источника загрязнения в 3 раза меньше нормы, а Mg²⁺  — в 2,5 раза. Степень насыщения почв основаниями на территории ОАО «Сумыхимпром» снижается с 98 % до 75 %, что дает основания для известкования почв.

Также нельзя забывать, что под действием «кислых осадков» из горных пород вымывается свинец, ртуть и алюминий, которые попадают в поверхностные воды. Эти тяжелые металлы вызывают онкологические патологии, серьёзные заболевания печени, нервной системы, почек и желудка. Развитие астмы и заболеваний дыхательных путей также может быть следствием кислотных дождей.

Кислотные дожди опасны не только для живой природы, но и для многовековых памятников архитектуры, металлических и бетонных конструкций. Прочные строительные сооружения также подвержены влиянию кислотных дождей, так как оксид серы вступает в реакцию с магнием и кальцием, которые входят в состав строительных сооружений.

Оказывается, такое «безвредное соединение» как железный купорос может быть потенциально опасен. Поэтому утилизация железного купороса просто необходима и актуальна на сегодняшний день.

Результат.

В 2012 году39009 т. отходов железного купороса было использовано на ОАО «Сумыхимпром» в производстве пигментови коагулянтов,30848 т. железного купороса былопродано другим производствам. На предприятии создана опытно-исследовательскаяустановка производства коагулянтовдля систем очистки воды [3, с. 15].

Ведутся работы по изучению возможности использования отходов производства титановых белил в качестве сырья для производства железохромовых катализаторов конверсии оксида углерода на базе УкрГАЖТ кафедрой охраны труда и окружающей среды [1, с. 360]. Проблемой уменьшения экологической нагрузки на окружающую среду занимаются представители кафедры ХТНВ НУ «Львовская политехника» [4, с. 26]. Также данной проблематикой снижения количества не утилизируемых отходов железного купороса занимается Государственный НИИ минеральных удобрений и пигментов г. Сумы, который разработал технологию обезвреживания данного вида отходов при их взаимодействии с аммиаком и получении продуктов, имеющих товарную ценность [2, с. 178].Однако вопрос полной утилизации железного купоросане решен.

На сегодняшний день рентабельно и с точки зрения экологии целесообразно перерабатывать основной отход титанового производства на железорудные окатыши. Благодаря такому методу обезвреживания отход становится не опасным, так как убирается вредная группа-SO₂. Железорудный окатыш может быть передан на предприятия черной металлургии. По данной технологии можно перерабатывать до 10 т. железного купороса в час.

Выводы.

На Украине производство пигментной двуокиси титана осуществляется сульфатным способом, основанным на взаимодействии титансодержащего сырья с серной кислотой, выщелачивании полученных плавов, очистке суспензий от шлама, осаждении гидратированного диоксида титана из раствора с последующей многостадийной обработкой его для получения пигмента с определенными свойствами. Одной из важнейших проблем в производстве двуокиси титана до настоящего времени остается проблема образования такого много многотоннажного отхода как железный купорос, который создает потенциальную опасность окружающей природной среде даже при его складировании на оборудованных территориях.

Учитывая на перспективы увеличения производства двуокиси титана в Украине актуально вовлекать железный купорос в качестве техногенного сырья. Таким решением является получение железорудных окатышей для металлургической промышленности, что позволит сократить добычу железной руды, и улучшить экологические показатели регионов, где расположены предприятия по выпуску двуокиси титана.

На сегодня предыдущие экспериментальные исследования показали возможность реализации данной технологии со значительным экологическим эффектом.

Список литературы:

1. Гармаш Б.К. Проблемы утилизации твердых промышленных отходов: статья. Х.: — УкрГАЖТ, — 360 с.
2. Карпович Э.А. О возможности комплексной утилизации железного купороса: збірник наукових праць Міжнародної науково-практичної конференції «Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин», Ч.: — 2004. — 178 с.
3. Сапов Ю.Н. Предварительные соображения по организации производства сернокислого окисного железа для коагуляции воды на Сумском химкомбинате: научн. работа. Л.: Ленингипрохим, 1969. — 15 с.
4. Яворський В.Т. Дослідження процесу кристалізації кристалогідратів заліза(II) сульфату із гідролізної кислоти: збірник матеріалів конф. «Сучасні проблеми технології неорганічних речовин», Д.: — 2008. — 26 с.