Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, Украина:
Э. Б. Хоботова, докт. хим. наук, професор кафедры технологии дорожно-строительных материалов и химии, эл. почта: elinahobotova@gmail.com
И. В. Грайворонская, канд. техн. наук, доцент кафедры метрологии и безопасности жизнедеятельности, эл. почта: inna_gra@ukr.net

Скапливающиеся в отвалах промышленные отходы (ПО), обладающие ценными техническими свойствами, можно рассматривать как вторичные ресурсы. Содержащиеся в ПО минеральные фазы, обладающие сорбционной активностью, можно использовать в сорбционных технологиях очистки сточных вод. Рассмотрены и обоснованы технически ценные свойства металлургического шлака Побужского ферроникелевого комбината (ПФК, Украина) при его использовании в сорбционной очистке сточных вод с одновременным сокращением объема шлакового отвала. Исследован химический состав шлака, выявлено наличие аморфных образований и токсичных элементов, изучены особенности поверхностного структурообразования и водоустойчивость шлака, определена сорбционная емкость шлака по отношению к одному из органических красителей — метиленовому синему (МС), намечены направления практического использования шлака как сорбента. Для шлака соблюдены необходимые требования, предъявляемые к сорбентам: отсутствие токсичных элементов, присутствие в составе алюмосиликатов кальция и магния (минерал диопсид), наличие аморфного состояния веществ, соответствие требованиям норм радиационной безопасности (І класс радиационной опасности). Шлак достаточно стабилен в жидкой фазе. При длительной выдержке в воде кроме диопсида образуются дополнительные фазы (кварц SiO₂, альбит NaAlSi₃O₈, маргарит Ca_0,88Na_0,12Al₂(Si_2,12Al_1,88O₁₀)(OH)₂ и иллит KAl₄Si₂O₉(OH)₃) с общим содержанием 7,6 %. Для повышения сорбционной активности использовали химическую активацию поверхности сорбента. Активаторами служили растворы неорганических кислот и щелочи NaOH при различных температурах. При химической активации образуется силикатная кислота в коллоидном состоянии, уменьшается содержание элементов: Mg и Fe (активация H₂SO₄ и NaOH), К и Mn (H₂SO₄); общее уменьшение содержания элементов: 11,52 % в щелочной среде и 5,78 % — в кислой. Наибольшее разрыхление поверхности сорбента наблюдается при щелочной и кислотной активации, когда регистрируются кристаллы полифракционного состава. Увеличение площади поверхности шлака повышает его сорбционную активность. Определены оптимальные условия активации шлака: активирующий агент — раствор 0,5 М H₂SO₄; температура 20 °C. Сорбционная обменная емкость шлака за 10 сут достигает максимального значения 0,194 мг/г, соответствующего 97%-ной очистке раствора от МС при отсутствии его десорбции. Металлургический шлак ПФК проявляет сорбционную активность по отношению к органическим соединениям за счет большой площади поверхности и присутствия аморфной фазы и может применяться как адсорбент в технологических процессах.

1. Чижевский В. Б., Гришин И. А., Шавакулева О. П. Разработка высокоэффективной технологии глубокой переработки и комплексного использования сталеплавильных шлаков // Черные металлы. 2016. № 9. С. 19–24.
2. Bláhová L., Navrátilov Z., Mucha M., Navrátilová E., Neděla V. Influence of the slags treatment on the heavy metals binding // J. Environ. Sci. Technol. 2018. Vol. 15, Iss. 4. Р. 697–706. DOI: 10.1007/s13762-017-1437-5
3. Cha W., Kim J., Cho H. Evaluation of steel slag for organic and inorganic removals in soil aquifer treatment // Water Research. 2006. Vol. 40, Iss. 5. Р. 1034–1042. DOI: 10.1016/j.watres.2005.12.039
4. Kostura B., Kulveitová Н., Leskо J. Blast furnace slags as sorbents of phosphate from water solutions // Water Research. 2005. Vol. 39, Iss. 9. Р. 1795–1802. DOI: 10.1016/j.watres.2005.03.010
5. Kostura B., Dvorsky R., Kukutschová J., Študentová S., Bednář J., Mančík P. Preparation of sorbent with a high active sorption surface based on blast furnace slag for phosphate removal from wastewater // Environment Protection Engineering. 2017. Vol. 43, No. 1. Р. 161–168. DOI: 10.5277/epe170113
6. Wang J.-P., Liang H.-H. Adsorption of phenol on acid-treated slag wastes in waste water // Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. 2014. Vol. 6, Iss. 4. Р. 754–761.
7. Замуруев О. В., Вовк А. И., Петрович О. М. Закономерности адсорбции индивидуальных фракций полиметиленнафталинсульфонатов на гидратирующихся цементах и некоторых минеральных фазах // Сорбционные и хроматографические процессы. 2017. Т. 17. № 4. С. 667–673. DOI: 10.17308/sorpchrom.2017.17/426
8. Augustus E. N., Nimibofa A., Kesiye I. A., Donbebe W. Metal-organic Frameworks as Novel Adsorbents: A Preview // American J. of Environmental Protection. 2017. Vol. 5, Iss. 2. Р. 61–67. DOI: 10.12691/env-5-2-5
9. Wang К., Ma Н., Pu S., Yan C., Wang M., Yu J., Wang X., Chu W., Zinchenko A. Hybrid porous magnetic bentonite-chitosan beads for selective removal of radioactive cesium in water // J. of Hazardous Materials. 2019. Vol. 362, No. 1. Р. 160–169. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.08.067
10. JCPDS PDF-1 File. International Committee for Diffraction Data, release 1994. PA, USA.
11. Сулимова М. А., Сизяков В. М., Литвинова Т. Е., Васильев В. В. Использование отходов металлургического производства в качестве сорбента в промышленном водообороте // Черные металлы. 2016. № 8. С. 43–49.
12. Levkov L. Ya., Pankratov D. A. Iron oxidation state analysis in oxidefluoride slags // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 2. Р. 15–20. DOI: 10.17580/cisisr.2018.02.03
13. Нормы радиационной безопасности Украины (НРБУ-97) и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизированных излучений. — Киев, 1998. — 159 с.
14. Грайворонская И. В. Обеспечение экологической безопасности при использовании металлургических шлаков в cорбционных технологиях очистки вод: дисс. … канд. техн. наук. — Сумы, 2014. — 224 с.
15. Хоботова Э. Б., Грайворонская И. В., Даценко В. В., Баумер В. Н. Оценка возможности использования шлака при производстве ферроникеля для очистки сточных вод // Химия и технология воды. 2011. Т. 33. № 4. С. 443–450.
16. Грайворонская И. В., Хоботова Э. Б. Эколого-химическая оценка сорбционных свойств металлургических шлаков // Экология и промышленность России. 2012. № 5. С. 31–35.
17. Очистка сточных вод красителей – Экология : Справочник [Электронный ресурс]. URL: https://ru-ecology.info/term/49627 (Дата обращения: 29.04.2019).