Вестник МГТУ, 2021, Т. 24, № 1.

Кременецкая И. П. и др. Раздельное осаждение металлов из высококонцентрированных растворов. УДК 502.36:66.067.8 Раздельное осаждение металлов из высококонцентрированных растворов гранулированным магнезиально-силикатным реагентом И. П. Кременецкая*, Т. К. Иванова, Б. И. Гуревич, А. И. Новиков, В. В. Семушин *Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Мурманская обл., Россия; e-mail: i.kremenetskaia@ksc.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3531-8273 Реферат Исследованы закономерности многоступенчатого осаждения металлов из сульфатного раствора с высоким содержанием железа, алюминия, меди, цинка и никеля. Концентрации компонентов соответствуют составу подотвальных вод Гайского ГОКа. В качестве щелочного реагента использован гранулированный магнезиально-силикатный реагент на основе серпентинитомагнезита (Халиловское месторождение магнезита, Оренбургская обл.). Способность магнезиально-силикатного реагента снижать кислотность растворов обусловлена наличием в нем продуктов разрушения исходного серпентинового минерала, преимущественно оксида магния. Смоделирован процесс многоступенчатой очистки растворов от металлов. Установлено, что реагент при однократном контакте с раствором не исчерпывает полностью свою активность, в связи с этим изучена возможность его многократного применения - во 2-й и 3-й разы. По мере нейтрализации раствора в соответствии с известным рядом рН начала осаждения соединений металлов происходит осаждение сначала железа, затем алюминия. Для меди и никеля наблюдается эффект соосаждения до достижения рН осаждения малорастворимых соединений. Основным компонентом осадков на 1-й, 2-й и 3-й ступенях, которым соответствует рН = 2,4-3,7, является железо. При рН = 4,0 (четвертая ступень) осадок состоит преимущественно из соединений алюминия. Содержание в осадках меди и никеля увеличивается в результате как уменьшения концентрации макрокомпонентов (алюминия и железа), так и повышения рН. Удаление цинка из раствора происходит не в осадок, а на поверхность гранул. Термоактивированные серпентиновые минералы могут быть использованы в качестве щелочного реагента для нейтрализации и очистки техногенных растворов. Получены осадки, обогащенные по алюминию и железу. Для меди, цинка и никеля наблюдаются процессы сорбции и соосаждения, что препятствует процессу образования данными металлами индивидуальных осадков. Кременецкая И. П. и др. Раздельное осаждение металлов из высококонцентрированных растворов гранулированным магнезиально-силикатным реагентом. Вестник МГТУ. 2021. Т. 24, № 1. С. 118-130. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2021-24-1-118-130. Separate deposition of metals from highly concentrated solutions with granulated magnesia-silicate reagent Irina P. Kremenetskaya*, Tatyana K. Ivanova, Basya I. Gurevich, Andrei I. Novikov, Vasily V. Semushin *Institute o f Chemistry and Technology o fRare Elements and Mineral Raw Materials KSC RAS, Apatity, Murmansk region, Russia; e-mail: i.kremenetskaia@ksc.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3531-8273 Abstract Multi-stage deposition of metals from a sulfate solution with a high concentration of iron, aluminum, copper, zinc, and nickel has been studied. The concentrations of the components correspond to the composition of the sub-basement waters of the Gaisky GOK. Granular magnesia-silicate reagent based on serpentinite (Khalilovsk magnesite deposit, the Orenburg region, Russia) has been used as an alkaline agent. The magnesia-silicate reagent's ability to reduce the acidity of solutions is due to the presence of products of destruction of the original serpentine mineral, mainly magnesium oxide. The results of the solutions multi-stage purification from metals simulation have been presented. It has been found that the reagent did not wholly exhaust its activity during a single contact with the solution. Therefore, the possibility of its repeated use for the 2nd and 3rd time has been studied. As the solution is neutralized according to the known pH range of the beginning and complete deposition of metal compounds, first iron, and then aluminum are deposited. For copper and nickel, the effect of co-precipitation is observed until the pH of precipitation of poorly soluble compounds is reached. Iron is the main component of precipitations at the 1st, 2nd, and 3rd stages, which corresponds to pH = 2.4-3.7. At the 4th stage (pH = 4.0), the precipitations consisted mainly of aluminum compounds. The copper and nickel content in precipitations increase due to decreased concentration of major components (aluminum and iron) and a pH increase. The deposition of zinc from the solution occurs not to the precipitations, but on the granules surfaces. Precipitations enriched in aluminum and iron have been obtained. Sorption and co-precipitation processes have been observed for copper, zinc, and nickel, which prevents individual precipitation by these metals. Thermally activated serpentine minerals can be considered a promising alkaline reagent for technogenic solutions neutralization and purification. Kremenetskaya, I. P. et al. 2021. Separate deposition of metals from highly concentrated solutions with granulated magnesia-silicate reagent. Vestnik o f MSTU, 24(1), pp. 118-130. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2021-24-1-118-130. Article info Received 04.02.2020; received in revised 27.11.2020 Key words: protection of underground and surface waters, Gaisky GOK, subsurface waters, highly concentrated solutions, purification of technogenic solutions, heavy metals, separate deposition of metals, magnesia-silicate reagent, serpentine For citation Информация о статье Поступила в редакцию 04.02.2020; получена после доработки 27.11.2020 Ключевые слова: охрана подземных и поверхностных вод, Гайский ГОК, подотвальные воды, высококонцентрированные растворы, очистка техногенных растворов, тяжелые металлы, раздельное осаждение металлов, магнезиально­ силикатный реагент, серпентин Для цитирования 118