У вступі наведено актуальність теми, де обґрунтована екологічна і економічна доцільність регенерації карбіду кремнію (SiC) з кремнійвмісних відходів та очищення промивних розчинів процесу регенерації від іонів важких металів. Сформовано мету і задачі досліджень, визначено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.
У першому розділі акцентовано увагу на небезпечному для довкілля впливі токсичних важких металів (Fe(III), Cu(II), Zn(II), Pb(II), Cd(II)), проведено аналіз існуючих методів очищення води від іонів важких металів з підсумковим порівнянням різних способів. Приведено критичний аналіз методів розділення та осадження суспензій з використанням флокулянтів із виявленням переваг використання останніх.
Проаналізовано походження різних видів кремнійвмісних відходів, їх переробки та утилізації. Наведено технологічні вимоги щодо хімічного та гранулометричного складів карбіду кремнію з метою подальшого його використання. Запропоновано метод вилуговування важких металів з кремнійвмісних відходів хлоридною кислотою та обґрунтовано ефективність застосування полігексаметиленгуанідину (ПГМГ) як флокулянта.
Таким чином, запропоновано комплексний підхід щодо регенерації SiC з кремнійвмісних шламів, який передбачає:
− досягнення технічних вимог щодо хімічного і гранулометричного складів регенерованого SiC, необхідних для подальшого використання SiC в металургійних виробництвах;
− очищення одержаних промивних розчинів процесу регенерації SiC від іонів важких металів реагентно-флокуляційним методом з використанням гідроксиду кальцію та флокулюючих властивостей ПГМГ для седиментації і фільтрування гідроксидів металів-полютантів.
У другому розділі представлено методики експерименту, опис експериментально-лабораторних установок, використані матеріали, обладнання, й хімічні реактиви для очищення промивних розчинів кислотної відмивки процесу регенерації карбіду кремнію.
У третьому розділі наведено результати дослідження, які характеризують взаємодію іонів металів-полютантів з ПГМГ.
Використано метод полярографії, в процесі якого досліджено відновлення іонів Cu(II), Zn(II), Pb(II), Cd(II) з розчинів без ПГМГ та в його присутності.
Встановлено, що полярографування системи Pb(ІІ)-ПГМГ та Cd(ІІ)-ПГМГ викликає лише зниження граничного струму відновлення відповідних аквакомплексів, зсув потенціалу напівхвилі процесу відновлення не спостерігається. Зменшення значення граничного струму відновлення може свідчити про взаємодію Сd(ІІ) та Pb(ІІ) з ПГМГ з утворенням важкорозчинних сполук, які участі в процесі відновлення не приймають. Виявлено, що полярографічне відновлення цинку із системи Zn(ІІ)-ПГМГ та купруму із системим Cu(ІІ)-ПГМГ відбувається із значним негативним зсувом потенціалу напівхвилі (− 660 мВ) для Zn(ІІ)-ПГМГ і (−181 мВ) для Cu(ІІ)-ПГМГ) в порівнянні з катодним відновленням Zn(ІІ) і Cu(ІІ) з аквакомплексів. До того ж, різке зниження дифузійного струму відновлення сполук типу Zn(ІІ)-ПГМГ і Cu(II)-ПГМГ при збільшенні концентрації ПГМГ, скоріш за все, вказує на перехід малорозчинних сполук в осад.
Таким чином, виявлено утворення малорозчинних комплексних сполук типу [МеOH-ПГМГ]+ для Cu(II) і Zn(II) та взаємодію Pb(II) і Cd(II) з ПГМГ з утворенням важкорозчинних гідроксосолей типу [МеOH-ПГМГ]Сl.
Дослідження методом рН-метрії зміни рН середовища суміші розчинів солей металів-полютантів (Cu(II), Zn(II), Pb(II), Cd(II)) з розчином ПГМГ показали зменшення рН реагуючої системи, що підтверджує взаємодію іонів металів з гуанідиновою групою ПГМГ за рахунок заміщення іону гідрогену (Н+) на гідролізований іон металу (Ме(ОН)+). Утворення хімічного зв’язку між Fe(III) та ПГМГ досліджено методом спектрофотометрії.
Висновки про взаємодію іонів металів-полютантів, отриманих методами полярографії, рН-метрії, спектрофотометрії обґрунтовано ІЧ-спектрометричними дослідженнями Ме-ПГМГ-агрегатів. Підтверджено утворення малорозчинних комплексних сполук Fe(III), Cu(II) і Zn(II) з ПГМГ і сполук Pb(II), Cd(II) з ПГМГ по типу важкорозчинних гідроксосолей.
З метою виявлення доцільності використання ПГМГ як флокулянту досліджено вплив дози ПГМГ на швидкість седиментації гідроксидів металів-полютантів, встановлено раціональні концентрації ПГМГ((5,2÷7,8) мг/дм3) для процесу седиментації гідроксидів. Проведений седиментаційний аналіз суспензій гідроксидів Fe(III), Pb(II), Cd(II) свідчить про укрупнення агрегатів гідроксидів у присутності ПГМГ в (1,5÷2,5) рази.
За даними седиментаційних досліджень, в процесі яких спостерігалось прискорення седиментації у присутності ПГМГ, розраховано мiнiмальнi та максимальнi значення радiусiв частинок суспе
