Енергоощадна технологія переробки відпрацьованих травильних розчинів з одержанням феромагнітних сполук

Автор(и)

  • Д.М. Самченко Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник науково-дослідної частини Київського національного університету будівництва і архітектури, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-3305-8180
  • Г.М. Кочетов Доктор технічних наук, професор кафедри хімії Київського національного університету будівництва і архітектури, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-0041-7335
  • О. Васильєв Доктор, професор, Державний університет Східного Теннессі, Джонсон-Сіті, США https://orcid.org/0000-0003-2687-0672
  • Д.О. Дереча Кандидат фізико-математичних наук, завідувач лабораторії Інституту магнетизму, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-2442-3759
  • Ю.Б. Скирта Кандидат фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник, Інститут магнетизму, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-6881-2983
  • О.В. Ластівка Кандидат технічних наук, доцент кафедри технології будівельних конструкцій, виробів і матеріалів Київського національного університету будівництва і архітектури, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-3670-0020

DOI:

https://doi.org/10.32347/2411-4049.2022.3.22-34

Ключові слова:

травильні розчини, переробка відходів, феритизація, змінні магнітні поля, магнетит

Анотація

Відпрацьовані травильні розчини – відходи промислових підприємств – містять токсичні забруднення, які згубно впливають на довкілля. Наразі важливою є переробка цих розчинів з отриманням товарних продуктів. В роботі представлені результати досліджень із застосування методу феритизації для переробки відпрацьованих травильних розчинів сталевих поверхонь. Використовувалась енергоощадна активація процесу змінними магнітними полями, яка має беззаперечні переваги в порівнянні з традиційною термічною активацією. Вивчено вплив вихідної концентрації іонів феруму в реакційній суміші процесу феритизації та способів його активації на якість очищення травильного розчину. Встановлено, що найкращий ступінь вилучення іонів важких металів з травильних розчинів феритизацією досягається при застосуванні активації реакційної суміші змінними магнітними полями при вихідній концентрації іонів феруму 6,6 г/дм3 . При цьому залишкова концентрація іонів феруму в очищених розчинах не перевищує 0,03 мг/дм3 , що відповідає ступеню очищення розчинів 99,999%. Такі розчини можна повторно використовувати на виробництві. Досліджено якісний і кількісний склад осадів феритизації травильних розчинів. Методом рентгенофазового аналізу в осадах виявлені фази фероксигіту δ-FeOОН, магнетиту Fe3O4 та маггеміту ɣ-Fe2O3. Встановлено, що при вихідній концентрації іонів феруму 26,6 г/дм3 і термічній активації реакційної суміші, а також 16,6 г/дм3 і активації змінними магнітними полями осад містить виключно фазу магнетиту. Результати дослідження свідчать про можливість подальшого використання осадів для виготовлення важливих промислових виробів і матеріалів з вмістом феромагнітних сполук. Використання удосконаленого феритизаційного процесу на виробництві дозволить досягнути менших енерговитрат в порівнянні з відомими технологіями переробки відпрацьованих розчинів.

Посилання

Chelnokov, A.A., Jushhenko, L.F., Zhmikov, I.N., & Jurashhik, K.K. (2018). Waste management. Kyiv: Vyshcha shkola [in Russian].

Ramezani, M., Enayati, M., & Ghorbani, A. (2021). A study of different strategical views into heavy metal(oid) removal in the environment. Arabian Journal of Geosciences, 14(21), 2225. URL: https://doi.org/10.1007/s12517-021-08572-4.

Tuhai, A.M., Kochetova, H.M., & Samchenko, D.M. (2012). Study of the stability of waste water treatment containing copper compounds. Problems of water supply, sewerage and hydraulic, 20, 66-70 [in Ukrainian].

Liu, Q., Pan, D., Ding, T., Ye, M., & He, F. (2020). Clean & environmentally friendly regeneration of Fe-surface cleaning pickling solutions. Green Chemistry, 22(24),8728-8733. URL: https://doi.org/10.1039/d0gc03297b.

Chen, Y., & Hou, S. (2022). Application of magnetic nanoparticles in cell therapy. Stem Cell Research and Therapy, 13(1), 135. URL: https://doi.org/10.1186/s13287-022-02808-0.

Bidondo, L., Festari, F., Freire, T., & Giacomini, C. (2022). Immobilized peptide-N-glycosidase F onto magnetic nanoparticles: A biotechnological tool for protein deglycosylation under native conditions. Biotechnology and Applied Biochemistry, 69(1), 209-220. URL: https://doi.org/10.1002/bab.2099. 7. Aslan, T.N. (2022). Relaxivity properties of magnetoferritin: The iron loading effect. Journal of Bioscience and Bioengineering, 133(5), 474-480. URL: https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2022.01.005.

Rana, D.S., Kalia, S., Kumar, R., (...), Singh, D., & Singh, R.K. (2022). Microwave-assisted facile synthesis of layered reduced graphene oxide-tungsten disulfide sandwiched Fe3O4 nanocomposite as effective and sensitive sensor for detection of dopamine. Materials Chemistry and Physics, 287, 126283. URL: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.126283.

Esmaeilian, A., Dionysiou, D.D., & O'Shea, K.E. (2022). Incorporating simultaneous effect of initial concentration and sorbent dose into removal prediction model using glyphosate experimental data and theoretical analysis. Chemical Engineering Journal, 445, 136667. URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136667.

Tian, X., Ruan, L., Zhou, S., (...), Zhang, X., & Shen, S. (2022). Appropriate Size of Fe3O4 Nanoparticles for Cancer Therapy by Ferroptosis. ACS Applied Bio Materials, 5(4), 1692-1699. URL: https://doi.org/10.1021/acsabm.2c00068.

Zhu, Q., Song, J., Liu, Z., (...), Chen, Z., & Pang, H. (2022). Photothermal catalytic degradation of textile dyes by laccase immobilized on Fe3O4@SiO2 nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science, 623, 992-1001. URL: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.05.083.

Anigrahawati, P., Sahar, M.R., & Sazali, E.S. (2022). Physical, structural and spectroscopic analysis of tellurite glass containing natural magnetite Fe3O4 nanoparticles. Materials Chemistry and Physics, 286, 126183. URL: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.126183.

Pfaff, G. (2021). Iron oxide pigments. Physical Sciences Reviews, 6(10), 535-548. URL: https://doi.org/10.1515/psr-2020-0179.

Кolodko, А., Кochetov, G., Samchenko, D., & Pasko, А. (2016). Study of the stability of industrial wastewater treatment waste in alkaline cements. Problems of water supply, sewerage and hydraulic, 28, 180-186.

Kovalchuk, O., Kochetov, G., & Samchenko, D. (2019). Study of service properties of alkali-activated cement using wastewater treatment residues. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708, 1, 012087.

Reis, M.T.A., & Ismael, M.R.C. Electroplating wastes (2019). Physical Sciences Reviews, 3(6), 20180024. URL: https://doi.org/10.1515/psr-2018-0024.

Cunha, T.N.D., Trindade, D.G., Canesin, M.M., Costa Junior, I.L., & Bail, A. (2021). Reuse of Waste Pickling Acid for the Production of Hydrochloric Acid Solution, Iron(II) Chloride and Magnetic Iron Oxide: An Eco-Friendly Process. Waste and Biomass Valorization, 12(3), 1517-1528. URL: https://doi.org/10.1007/s12649-020-01079-1.

Kochetov, H.M., Naumenko, I.V., & Samchenko, D.M. (2014). Ferritization processing of spent technological solutions containing zinc and nickel compounds. Problems of water supply, sewerage and hydraulic, 24, 59-66 [in Ukrainian].

Kochetov, H.M., & Samchenko, D.M. (2015). Improvement of the ferritization technology of wastewater treatment: electromagnetic impulse activation of the process. Water supply and drainage, 3, 20-26 [in Ukrainian].

Frolova, L.A., Pivovarov, A.A., Anisimova, L.B., Yakubovskaya, Z.N., & Yakubovskii, A.I. (2017). The extraction of chromium (III) from concentrated solutions by ferrite method. Voprosy Khimii i Khimiheskoi Tekhnologii, 6, 110-115.

Igarashi, T., Herrera, P. S., Uchiyama, H., Hashimoto, K., & Tabelin, C. B. (2020). The two-step neutralization ferrite-formation process for sustainable acid mine drainage treatment: Removal of copper, zinc and arsenic, and the influence of coexisting ions on ferritization. Science of the Total Environment, 715, 136877.

Zhang, Y., He, H., Wang, H., Chen, G., An, X., & Wang, Y. (2021). Evolution of microstructure and mechanical properties of Cr ferrite/martensite steels with different Si content after long-term aging at 550 °C. Journal of Alloys and Compounds, 873, 159817.

John, M., Heuss-Assbichler, S., Tandon, K., & Ullrich, A. (2019). Recovery of Ag and Au from synthetic and industrial wastewater by 2-step ferritization and Lt-delafossite process via precipitation. Journal of Water Process Engineering, 30, 100532.

Yemchura, B.M., Kochetov, H.M., & Samchenko, D.M. (2018). Ferrite treatment of wastewater from zinc ions: effect of aeration rate. Problems of water supply, sewerage and hydraulic, 30, 14-22 [in Ukrainian].

Kochetov, G., Prihna, T., Kovalchuk, O., & Samchenko, D. (2018). Research of the treatment of depleted nickel-plating electrolytes by the ferritization method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6-93), 52-60.

Zhou, X., Wang, J., Zhou, L., Wang, Y., & Yao, D. (2021). Structure, magnetic and microwave absorption properties of NiZnMn ferrite ceramics. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 534, 168043.

Kochetov, G., Kovalchuk, O., & Samchenko, D. (2020). Development of technology of utilization of products of ferritization processing of galvanic waste in the composition of alkaline cements. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5/10(107), 6-13.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-11-21

Як цитувати

Самченко, Д., Кочетов, Г., Васильєв, О., Дереча, Д., Скирта, Ю., & Ластівка, О. (2022). Енергоощадна технологія переробки відпрацьованих травильних розчинів з одержанням феромагнітних сполук. Екологічна безпека та природокористування, 43(3), 22–34. https://doi.org/10.32347/2411-4049.2022.3.22-34

Номер

Том 43 № 3 (2022): Екологічна безпека та природокористування

Розділ

Екологічна безпека та основи природокористування

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Д.М. Самченко, Г.М. Кочетов, О. Васильєв, Д.О. Дереча, Ю.Б. Скирта, О.В. Ластівка

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Збірник «Екологічна безпека та природокористування» працює у рамках міжнародної ліцензії Creative Commons Attribution («із зазначенням авторства») 4.0 International (CC BY 4.0).

Ліцензійна політика журналу сумісна з переважною більшістю політик відкритого доступу та архівування матеріалів.