Техногенные месторождения, способы их формирования и переработки (стр. 13 )

- дезактивацию почв промплощадок, загрязненных радионуклидами, до уровней, превышающих фоновые не более, чем в небольшое число раз, согласно концепции «разумно достижимых нижних уровней»;

- рекультивацию нарушенных земель промплощадок с восстановлением при необходимости их сельскохозяйственной, реакреационной ценности, снятие и захоронение или дезактивацию (очистку) загрязненного слоя почвы, замену при необходимости его свежей почвой, выравнивание поверхности рабочих площадок.

При повышенном содержании в руде сульфидов их бактериальное окисление может привести к образованию серной кислоты даже после водной промывки отработанной руды. В этом случае при перемещении штабеля сульфидсодержащей отработанной руды необходимо добавление в нее известняка.

Если отвалы складированы в виде штабелей (куч) и остаются на поверхности земли, то должна быть обеспечена долговременная стабильность, контроль инфильтрации осадков и выделение радиоактивного и химического загрязнения, интеграция с окружающим ландшафтом.

Использование природных цеолитов для улучшения экологической безопасности па предприятиях кучного выщелачивания

Природные цеолиты — каркасные водные алюмосиликаты общего состава (Li, Na, K)x (Mg, Ca, Sr, Ba)y • (Alx+2Y SizO2X+4Y+2Z) • nН2О - выделены в самостоятельную группу минералов в 1856 г.

Основные характеристики природных цеолитов приведены в табл. 8.

Каркас природных цеолитов образован сочленением через общие вершины алюмо - и кремлекислородных тетраэдров АlO4 и SiO4.

Их каркасы отличаются строго регулярной структурой каналов и сообщающихся между собой полостей, в которых заключены молекулы воды и катионы щелочных и щелочно-земельных металлов. Катионы, компенсирующие избыточный заряд анионной части алюмосиликатного скелета цеолита, обладают достаточной подвижностью и могут замещаться на другие катионы.

Первичная единица в кристаллах цеолитов - тетраэдрический комплекс, состоящий из небольшого катиона, такого как Si4+ тетраэдрически координированного с четырьмя ионами кислорода. Замещение кремния на алюминий приводит к появлению избыточного отрицательного заряда, который должен быть нейтрализован дополнительным ионом, расположенным во внутрикристаллических полостях структуры. Если тетраэдры SiO4 или А1О4 соединяются общими ионами кислорода в трехмерную решетку, образуются каркасные структуры. Число тетраэдров SiO4 от общего числа тетраэдров может характеризоваться соотношением R = Si (Si + Al + Fe). Величина R в природных цеолитах выше 50% (0,50 < R < 0,87).

По отношению Si/Al можно выделить три группы цеолитов: высококремнистые (3) - ферьерит, морденит. клиноптилолит, гейландит; промежуточные (3 - 2) - филлипсий, оффретит, фожазит, шабазит; высокоалюминиевые (< 2) - томсонит, натролит, скалецит, мезолит, гоннардит.

С возрастанием содержания алюминия в цеолитном каркасе увеличивается обменная емкость. Однако, как правило, одновременно понижается химическая и термическая устойчивости, а зачастую и эффективный диаметр входных окон. В практическом отношении наибольший интерес представляют высококремнистые и промежуточные цеолиты.

Таблица 8

Основные характеристики цеолитов

Минерал	Структурная формула	Плотность, г/см3	Ионообменная емкость, мг-экв/г	Объем внутри кристаллического пространства, см3/см3
теоретическая	измеренная
Морденит	Na8[(A102)8(Si02)40] • 24Н, О Na>Ca>K, Si/Al=4,4-5,5	2,08 -2,16	2,6	1,8	0,27 - 0,32
Клинопти-лолит	Na6[(A102)6(SiO2)30] • • 24Н2О Na>K> Ca Si/Al=4.0-5.4	2,11-2,20	2,7	2,0	0,28-0,32
Эрионит	(Na2 K2Ca)Al2Si8O12• •27H2O Na>K> Ca, Si/Al=3,0-4,0	2,02-2,16	3,0	1,8	0,36
Шабазпт	Ca2[(AlO2)4SiO2)8]• •13H20 Ca>Na, Si/Al=l,4-2,9	2,05-	3,9	2,3	0,47
Филлипсит	(K, Na)10[(AlO2)10 SiO2)22] • 20 H2O K~Ca>Na, Si/Al=1,7-2,4	2,15-2,19	3,6	2,1	0,31

Число молекул цеолитной воды, а также других молекул, которые могут быть адсорбированы дегидратированным цеолитом, определяются объемом свободного внутрикристаллического пространства. Классификация природных цеолитов, в зависимости от соотношения Si : А1, размера входных окон и объема свободного внутрикристаллического пространства, определяет возможные области использования их в качестве ионитов и адсорбентов.

Генетическая классификация цеолитов показывает, что они могут образовываться в широком спектре природных условий - от магматических до поверхностных диагенетических.

Открытые более двухсот лет назад цеолиты используются в настоящее время во многих сферах человеческой деятельности, включая и очистку остаточных и сбросных продуктивных растворов в геотехнологическом цикле.

Внутрикристаллическое пространство цеолитов пронизано микрополостями

и каналами, в которых располагаются обменные катионы и молекулы волы. Пористая структура, содержащая активные обменные катионы, определяет адсорбционные, катионообменные и каталитические свойства этих минералов, которые одновременно обладают высокой кислотоустойчивостью и термостабильностью Обезвоженные при нагревании цеолиты способны сорбировать молекулы различных веществ при условии, что размеры молекул не превышают диаметр входных каналов («окон»). Молекулы большого диаметра «отсекаются» цеолитовыми фильтрами на входе в каналы. Именно на этом основан молекулярно-ситовый эффект цеолитов. В растворах цеолиты достаточно быстро обменивают свои катионы (К, Na, Ca, Mg, Ba и др.) на поступающие катионы из раствора.

Путем обработки растворами щелочей, кислот или прокаливанием можно регенерировать (восстановить) «загрязненные» цеолиты, а также модифицировать их свойства в зависимости от технологических задач.

Месторождения цеолитов в России

Из более сорока природных разновидностей цеолитов только ограниченное количество их удовлетворяет требованиям для использования на практике В России в настоящее время [фактическую ценность имеют месторождения гейландита и шабазита. Они сосредоточены в 15 основных месторождениях с содержанием цеолитов 50 - 70%. Эти месторождения располагаются в Сибири. Забайкалье, Приморье, на Сахалине и в Якутии-Саха

Промышленные залежи цеолитов формируются в процессе диагенетического или метасоматического изменения вулканического стекла, как правило, туфов, туффитов, перлитов кислого и среднего состава моложе девонского возраста. Решающим фактором образования богатых цеолитовых месторождений является вулканическая деятельность, сопровождающаяся накоплением в водном бассейне центового материала, либо поствулканическая деятельность.

Сведения о распространении цеолитов в России приведены в работе «Цеолиты России», 1997.

Очистка растворов выщелачивания от радионуклидов и тяжелых металлов на природных цеолитах

Изучение химического состава остаточных растворов выщелачивания показало наличие в них повышенного (против фона и ПДК) содержания 226Ra, 230Th (иония). 2I0Po, 210Pb.

Предлагается способ дезактивации загрязненных радионуклидами растворов выщелачивания с использованием высококремнистых природных цеолитов. Цеолит пригоден в качестве формы хранения радиоактивных изотопов, так как легко подвергается превращениям в результате нагревания, например, в

стекло или керамику. Также отличается высокой устойчивостью по отношению к радиоактивным излучениям и относительно хорошей обменной емкостью и селективностью по отношению к l37Cs. 90Sr, 226Ra и другим радионуклидам. Так, например, содержание 137Cs при исходной концентрации п • 10-4 Ки/л после взаимодействия растворов с цеолитами снижается до n • 10-8 Ки/л.

Исследованиями выявлено, что наилучшие результаты получены на цеолитах, которые в своем объеме содержат сернокислый барий.

Для расширения области применения сорбционной очистки жидких отходов от тяжелых металлов - меди, молибдена, хрома, кадмия и др. разработан способ, включающий фильтрацию жидкости через сорбент, содержащий в своем объеме сернокислый барий. Непосредственно перед очисткой жидкости или вместе с ней в объем цеолита вводят сульфат-ионы, что позволяет после окончания процесса сорбции проводить регенерацию (восстановление) цеолита.

Это вызвано тем, что сернокислый барий - практически нерастворимое соединение, поэтому его размещение в структуре цеолита в принципе невозможно и в то же время соль бария является высокоактивным адсорбентом для целого ряда химических элементов. Для получения указанного соединения непосредственно на каркасе цеолита сначала замещают катионы цеолита катионами бария (например, хлористого бария), а затем вводят в цеолит сульфат - ионы, обеспечивая тем самым получение сернокислого бария непосредственно в каркасе цеолита, т. е. соединения, характеризующегося высокой сорбционной емкостью. При взаимодействии очищаемого раствора выщелачивания с цеолитом, в каркасе которого находится сернокислый барий, последний может изоморфно замещаться стронцием, радием и другими элементами.

Пропускание очищаемой жидкости через сорбционную колонку, заполненную цеолитом, прекращают после того, как концентрация катионов металла, от которого очищается жидкость, на выходе из колонны превысит ПДК, после чего приступают к регенерации цеолита. При регенерации используют растворы соляной (0,1 - 1,0 N) или азотной (1 - 2 N) кислоты, которые после обработки дают растворимые соли бария. Полученные растворы захоранивают.

Скорость фильтрации растворов в колонне составляет 3,5 м/час, отношение (ж : т) - 5,1 м3/т, отношение высоты колонны к диаметру 10 : 1.

Это однозначно свидетельствует, что природные цеолиты являются достаточно надежным, эффективным и относительно дешевым средством глубокой очистки остаточных растворов выщелачивания.