Введение. Как известно отходы – это один из важнейших факторов антропогенного загрязнения. Отходы, образующие из технологического цикла следует рассматривать как техногенные образования, пригодные после определенной переработки для использования в различных отраслях народного хозяйства [1]. Решение проблемы переработки любых отходов и их применение приобретает за последние годы первостепенное значение как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики. Многие развитые страны, например,Япония, США, Германия, Францияпрактически полностью и успешно решают все эти задачи [2].. В условиях рыночной экономики перед исследователями и промышленниками, перед муниципальными властями выдвигается необходимость обеспечить максимально возможную безвредность технологических процессов и полное использование всех отходов производства, то есть приблизиться к созданию безотходных технологий.
Для снижения расходов на транспортировку и другие цели, а также для получения определенных экономических выгод необходимо организация способов утилизации и обезвреживания отходов с получением конкретных товарных продуктов и их сбыт непосредственно с заводов-производителей.
Таким образом, работа в данном направлении позволит разработать новые востребованные ценные препараты на базе техногенного сырья, что позволит внести ощутимый вклад в развитие химической, сельскохозяйственной и других отраслей промышленности республики Казахстан.
В связи с этим проведение научно-исследовательских работ по утилизации производственных отходов с установлением конкретных областей их применения является актуальной.
Целью является утилизация серосодержащего отхода сернокислотного производства с получением новых инсектицидных составов и их применение для борьбы с вредителями растений.
Объекты и методы исследований. Объектом исследования являются фильтрационный отход сернокислотного производства и продукты его утилизации. На сернокислотном заводе ТОО «СКЗ-U» с целью очистки серного сырья от золы и других посторонних нежелательных примесей, способствующих снижению активности ванадиевого катализатора (V2O5), используемого в стадии получения оксида серы (VI), пары расплавленной серы пропускают через фильтрационный материал для отделения золы. Затем фильтрационный осадок высушивается при помощи пара. В качестве исходного фильтрационного материала применяется смесь перлита, карбоната и гидроксида кальция. После технологического цикла фильтрационный материал превращается в спекшую серую кускообразную массу и в своем составе кроме основных исходных компонентов содержит различные соединения серы.
Химический состав фильтрационного отхода и состав жидкой фазы, полученной после его обработки кипяченой водой, установлены с применением известных классических методов анализа [3-4].
Результаты и обсуждение.Нами для установления химического состава фильтрационный отход (ФО) предварительно измельчен на дробильной установке (дробилка валковая DVG), а затем путем растирания на агатовой ступке переведен в пудрообразное состояние. На основе отобранных средних проб проведен химический анализ фильтрационного отхода до обработки водой (таблица 1).
Таблица 1 – Состав фильтрационного отхода
|
Название компонентов (индекс опасности) |
Содержание, % |
Название компонентов (индекс опасности) |
Содержание, % |
|
Гипс (2,63) |
4,9 |
Органика (0,29) |
1,4 |
|
Зольный остаток (6,16) |
29,5 |
Перлит (0,58) |
1,5 |
|
Известь (0,76) |
2,7 |
Соединения серы (46,58( |
60 |
Для извлечения растворимых соединений из ФО проведена обработка дистиллированной водой при различных температурах в течение 15 минут (массовые соотношенияФО:Н2О=1:5). Составы полученных фильтратов представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Содержание основных компонентов в фильтратах, полученных при термической обработке фильтрационного отхода водой, мг/дм3
|
№ фильтрата (Т, 0С) |
рН |
S2- |
SO32- |
S2O32- |
SO42- |
Ca2+ |
Fe (общее) |
|
1 (100) |
10,1 |
824,9 |
36,9 |
2914,6 |
3,8 |
425,3 |
0,2 |
|
2 (80) |
9,8 |
731,5 |
30,8 |
1838,4 |
3,6 |
323,1 |
0,2 |
|
3 (60) |
9,8 |
479,4 |
27,5 |
1121,0 |
3,6 |
261,7 |
0,2 |
|
4 (50) |
9,7 |
378,3 |
25,0 |
1300,0 |
3,7 |
253,6 |
0,1 |
|
5 (40) |
9,5 |
342,4 |
19,2 |
941,6 |
3,6 |
245,4 |
0,1 |
Все фильтраты имеют щелочную среду, что можно объяснить присутствием гидроксида кальция, а также протеканием в системе процесса гидролиза сульфидов кальция и других элементов.В фильтратах сера представлена в виде сульфид, сульфат, сульфит и тиосульфат ионов (таблица 2). Наличие сульфид, полисульфид, тиосульфат ионов в исходном фильтрационном материале (смесь перлита, гидроксида и карбоната кальция) основано на протекании следующих реакции при пропускании паров серы:
6S + 3OH- → ½ S2O32- + S52- + 3/2 H2O
6S + 6OH- → S2O32- + 2S22- + 3 H2O
S2- + CO32- + SO2 → S2O32- + CO2
Выявлено выделение сероводорода при кипячении фильтрационного отхода, что объяснимо протеканием гидролиза полисульфидов согласно нижеследующей реакции:
(S.S4)2- + 3H2O → S2O32- + 3 H2S
С увеличением температуры растворимость серы в щелочной среде возрастает, что объяснимо уменьшением доли полисульфидов, т.е. снижением их устойчивости. Ниже приведена реакция взаимодействия при 100 0С S с Са(ОН)2:
(2n+2) S + 3 Ca(OH)2 → 2 Ca2Sn + Ca2S2O3 + 3 H2O
Нами на основе результатов экспериментальных исследований установлено, что взаимодействие Тенгизской серы с растворами Ca(OH)2 зависит от их массовых соотношений в реакционной среде (таблица 3).
Таблица 3 – Содержание полисульфид, моносульфид и тиосульфатных форм серы при различных соотношениях твердой и жидкой фаз, ℅
|
Твердая фаза : жидкая фаза
|
2М Са(ОН)2 |
||
|
Содержание в ℅ |
|||
|
CaSn |
CaS |
CaS2O3 |
|
|
1: 10 |
70,2 |
25,0 |
4,8
|
|
1 : 5 |
74,5 |
21,5 |
4,0
|
|
1 : 2 |
76,4 |
21,0 |
2,6
|
Как видно из данных, приведенных в таблице 3, с увеличением содержания серы в реакционной среде увеличивается содержание образуемого полисульфида и уменьшаются содержание моносульфидной и тиосульфатной форм серы.
Таким образом при растворении серы опытимальным является следующее соотношение S : Са(ОН)2 = 1 : 5, при этом на долю тиосульфата кальция приходится 4,0 % . Выход полисульфида – 74,5℅, а моносульфида – 21,5℅.
При стоянии в открытом воздухе цвет фильтратов (экстрактов) изменяются от красно-оранжевого до бесцветного. Содержание тиосульфат ионов в фильтратах определено сразу после отделения от твердой фазы и после истечения 20 часов, т.е. в обесцвеченном растворе. Наблюдаемое увеличение содержания тиосульфат ионов при стоянии (обесцвечивание экстрактов) можно объяснить протеканием ряда химических процессов, например, взаимодействием полисульфидов и сульфитов с кислородом воздуха с образованием тиосульфатов на основе следующих реакций:
SO32- + S → S2O32-
2CaS2 + 3O2 → 2CaS2O3
2CaS5 + 3O2 → 2CaS2O3 + 6S
Установленный факт согласуется с известными литературными данными [5-6].
Наличие в значительных количествах тиосульфат, сульфит и сульфид ионов свидетельствует о возможности использования полученных фильтратов для борьбы с различными грибными, вирусными и другими болезнями сельскохозяйственных и садовых культур, а также для лечебных целей в ветеринарии.
Выводы.На основе проведения исследований предложен способ утилизации серосодержащего фильтрационного отхода сернокислотного производства. Установлен химический состав фильтратов, полученных при обработке водой.