Вестник МГТУ, 2021, Т. 24, № 1.

Вестник МГТУ. 2021. Т. 24, № 1. С. 118-130. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2021-24-1-118-130 Введение Создание ресурсосберегающих технологий переработки минерального сырья в сочетании с охраной окружающей среды становится одной из наиболее актуальных задач на современном этапе развития промышленности (Чантурия и др., 2008; Медяник и др., 2011). Извлечение металлов из техногенных вод горных предприятий является неотъемлемым условием реализации безотходного производства. Техногенные воды горно-обогатительных комбинатов медноколчеданного комплекса Уральского региона отличаются высокой концентрацией металлов. Например, в подотвальных водах Гайского ГОКа (Оренбургская обл.) отмечаются повышенные концентрации железа, алюминия, меди, цинка и никеля. Содержания металлов в техногенных водах зачастую близки к концентрациям в традиционном гидроминеральном сырье - минерализованных водах и рассолах, что свидетельствует о потенциальной возможности их использования в качестве дополнительного источника получения металлов (Шадрунова и др., 2009; 2015; Чантурия и др., 2010). При реализации технологии очистки высококонцентрированных техногенных вод представляет интерес дробное осаждение с получением продуктов, обогащенных по одному из компонентов. Разделение металлов может быть достигнуто путем постепенного повышения рН с выведением осадков на отдельных этапах взаимодействия реагента с раствором. Значение рН начала и полного осаждения зависит от природы металлов, концентрации их в растворе, содержания примесей. Согласно данным работы (Родионов и др., 1989), ряд рН осаждения металлов может быть представлен в виде следующей последовательности: Fe (3,2—4,1), Al (4,0-5,2), Cu (5,1—7,0), Zn (6,4-8,0), Ni (7,7-9,5). В скобках указаны значения рН начала осаждения (при исходной концентрации осаждаемого иона 10-2 моль/л) и полного осаждения (соответствует остаточной концентрации 10-5 моль/л). При осаждении двух или нескольких металлов при равных рН достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. При этом образуются смешанные соединения, а также происходит адсорбция на поверхности твердой фазы ионов металлов, благодаря чему достигается более полная очистка от некоторых металлов. В качестве щелочного реагента могут быть использованы термоактивированные серпентиновые минералы (Кременецкая и др., 2012). Термическая обработка серпентина при температуре 650-700 °С приводит к тому, что кристаллическая решетка минерала (гидросиликата магния Mg6(OH)8Si4O10) теряет гидроксильную воду без образования новых соединений (Кременецкая и др., 2010; Будников и др., 1967). Растворение магнезиального компонента способствует нейтрализации раствора и осаждению соединений металлов различного состава. В настоящей работе исследованы закономерности многоступенчатой очистки раствора, моделирующего состав подотвальных вод Гайского ГОКа, гранулированным магнезиально-силикатным реагентом на основе серпентинитомагнезита - вскрышной породы Халиловского месторождения магнезита. В работе (Иванова и др., 2020) дана характеристика химического состава пробы подотвальных вод Гайского ГОКа. В той же работе представлены результаты исследований, на основании которых сделан вывод о целесообразности использования термоактивированных серпентиновых минералов в качестве щелочного реагента для нейтрализации и очистки данного техногенного раствора вместо традиционной кальцинированной соды. Следует отметить, что Гайский ГОК и месторождение, на котором добывается серпентиновое сырье (Халиловское месторождение магнезита), расположены на территории Оренбургской области. Задача очистки техногенных вод от металлов является актуальной для данного региона (Шадрунова и др., 2009). Материалы и методы Магнезиально-силикатный реагент В качестве исходного сырья для получения магнезиально-силикатного реагента использован серпентинитомагнезит - попутно добываемая вскрышная порода Халиловского месторождения магнезита (Оренбургская обл.). Серпентинитомагнезит характеризуется высоким содержанием серпентинового минерала ортохризотила, а также наличием магнезита и доломита. Минеральный состав серпентинитомагнезита является благоприятным для получения щелочного реагента как с точки зрения способности ортохризотила к полному разрушению исходной структуры с образованием активной магнезиально-силикатной фазы ( Кременецкая и др., 2010), так и наличием карбонатов кальция и магния, обладающих высокой кислотонейтрализующей способностью (Макаров и др., 2000). Проба серпентинитомагнезита, из которой был получен реагент, имела следующий химический состав, %: MgO - 30,8; CaO - 7,4; Al2O3 - 1,66; Fe 2 O 3 - 7,14; FeO - 1,1; NiO - 0,08; SiO 2 - 33,20; CO 2 - 6,81; H 2 O - 10,7; S = 99,6. Для получения магнезиально-силикатного реагента серпентиновые минералы необходимо термоактивировать, т. е. разрушить кристаллическую решетку исходного минерала при температуре образования метастабильной фазы. Термообработанный материал (метасерпентин) в количестве 25 кг получен прокаливанием в лабораторной электрической вращающейся печи при температуре 650-700 °C. 119