Разработан метод очистки растворов от мышьяка с помощью отходов алюминиевого производства

Ученые Уральского федерального университета нашли эффективный способ извлечения мышьяка из воды и растворов для его дальнейшей переработки. Статья ученых опубликована в журнале Minerals.

Мышьяк, один из самых сильных ядов и канцерогенов, является побочным продуктом производства тяжелых цветных металлов, например меди, содержится в металлургических отходах — шлаках, пыли — и представляет опасность для людей и окружающей среды. На юге Индии и в Бангладеш мышьяк, в высокой концентрации содержащийся в питьевой воде, является причиной смерти более чем 20% населения. Таким образом, остро стоит задача нахождения способов извлечения мышьяка из воды и растворов для его дальнейшей переработки.

В качестве материала для адсорбции мышьяка ученые предложили красные шламы. Это тоже отходы, в данном случае — переработки бокситовой руды для получения глинозема, сырья для производства алюминия (красный цвет шламам придает оксид железа).

Бокситы лишь наполовину состоят из компонентов, полезных для алюминиевой промышленности, остальные примеси переходят в отходы. Поэтому один алюминиевый завод ежегодно вырабатывает более миллиона тонн красных шламов. При этом их утилизация технологически сложна и экономически неэффективна из-за насыщенности щелочными металлами, кальцием и натрием, участвующими в выделении глинозема из боксита. Поэтому шламоотвалы занимают огромные территории, представляя собой потенциальную экологическую угрозу (так, в 2010 году в Венгрии прорыв шламоотвала привел к утечке более миллиона тонн красного шлама, гибели 10 человек и загрязнению Дуная).

«Решая проблему повышения эффективности переработки бокситов, мы обнаружили, что, варьируя температуру процесса обработки боксита каустической щелочью, можно получить красные шламы с различными физическими свойствами, например магнитными; кроме того, увеличивается удельная площадь поверхности, то есть частицы становятся мельче. Появилось предположение, что перед нами нанодисперсные частицы маггемита, магнитной модификации оксида железа, одной из составляющих красных шламов», — рассказывает руководитель исследовательской группы УрФУ Андрей Шопперт.

В растворе, в том числе воде, мышьяк присутствует в виде анионов, отрицательно заряженных частиц, а частицы маггемита заряжены положительно, поэтому они притягивают и удерживают частицы мышьяка. Поскольку маггемит обладает магнитными свойствами, не нужно прибегать к фильтрации раствора — можно отделять от него образующиеся соединения маггемита и мышьяка с помощью внешнего источника магнитного поля. Таким образом процесс адсорбции мышьяка упрощается и удешевляется.

«У маггемита есть так называемая "точка нулевого заряда". В кислой среде, когда водородный показатель кислотности pH ниже данного значения, маггемит притягивает мышьяк, а если pH выше точки нулевого заряда (то есть в щелочной среде), маггемит отдает мышьяк в раствор и регенерируется. Благодаря этой особенности можно сначала концентрировать мышьяк в растворе, а затем переводить в нерастворимую форму для последующей утилизации. А регенерированный шлам пригоден для повторного использования. И так в течение примерно десяти циклов», — описывает Шопперт.

Уральские ученые установили, что наибольшую эффективность в удалении мышьяка показали красные шламы, полученные путем сплавления бокситов с каустической щелочью при температуре 300 и 500 градусов Цельсия: в этих режимах 1 грамм красного шлама поглощает более 30 миллиграммов мышьяка, что сравнимо с эффективностью специально синтезируемых дорогостоящих сорбентов. Зарубежные рецензенты положительно оценили метод, предложенный учеными УрФУ.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.