Анотація до роботи:

Павленко О.В. Комплексна технологія утилізації твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01. – Технологія неорганічних речовин. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2009.

Робота присвячена розробці комплексної технології переробки твердих манганвмісних відходів виробництва гідрохінону з вилученням мангану та повною утилізацією вторинних продуктів.

Розраховані термодинамічні показники хімічних взаємодій компонентів шламу з вилужуючим реагентом – сульфатною кислотою. Доведено можливість переведення мангану у вигляді мангану (ІІ) сульфату у сульфатнокислий розчин з попереднім відновленням вихідного мангану (IV) оксиду до мангану (ІІ) оксиду сполуками, що входять до складу шламу.

Визначено, що хімізм процесу вилуження характеризується перебігом взаємодій у три стадії за показниками швидкості відновлення мангану (ІV) оксиду сполуками феруму, гідрохіноном та карбоном активованого вугілля. Встановлені кінетичні параметри вилуження та визначені оптимальні технологічні умови процесу.

Розроблено метод очищення розчину мангану (ІІ) сульфату від домішок осадженням суспензією кальцію (ІІ) карбонату та утилізації отриманого осаду як неорганічного пігменту. Доведено доцільність використання вторинного шламу у виробництві будівельної кераміки.

Розроблена технологічна схема і проведена апробація технології утилізаційної переробки твердих шламів виробництва гідрохінону. При цьому досягнуті високий ступінь (більше 95%) вилучення мангану за умови періодичної дії реактору. Попередніми еколого-економічними розрахунками встановлено, що економічний ефект переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону становить близько 6 млн. грн.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено важливе науково-технічне завдання, що полягало у обґрунтуванні та розробленні технологічного процесу комплексної переробки манганвмісного шламу виробництва гідрохінону з вилученням сполук мангану та утилізацією вторинних продуктів, які утворюються в процесі переробки.

Розроблена комплексна технологія утилізації манганвмісних шламів виробництва гідрохінону заснована на сульфатнокислотному вилуженні мангану з твердих відходів шляхом відновлення мангану (IV) оксиду у розчині сульфатної кислоти сполуками феруму та карбоном вугілля, що входять до складу шламу. Оптимальні умови вилуження: Т – 370 К, концентрація H₂SO₄ – 20 %, тривалість вилуження – 90 хв. Отриманий розчин мангану (ІІ) сульфату очищується від домішок шляхом осадження сполук заліза суспензією CaCO₃ з попереднім окисненням гідроген пероксидом. Після очищення з розчину кристалізується кондиційний мангану (ІІ) сульфат.

1. Здійснений аналіз даних наукової літератури свідчить, що найперспективнішим способом вилучення мангану(IV) оксиду з шламів хімічних виробництв, зокрема, шламу виробництва гідрохінону, враховуючи склад та особливості утворення шламу, варто вважати вилуження мангану сульфатними розчинами.

2. Досліджено кінетику і хімізм процесу вилуження мангану у вигляді мангану (ІІ) сульфату з відходів виробництва гідрохінону та, за результатами математичної обробки отриманих даних, встановлено, що хімізм процесу характеризується послідовним перебігом взаємодій у три стадії за показником швидкості за різними механізмами відновлення MnO₂ сполуками заліза, гідрохіноном та карбоном активованого вугілля. На першій стадії процесу вилучення відбувається за рахунок відновлення мангану (IV) оксиду металевим залізом, карбоном активних ділянок вугілля та адсорбованим гідрохіноном. На другій стадії кількість відновників, здатних реагувати, значно зменшується (внаслідок їх витрати) і швидкість вилучення знижується. Третя стадія процесу, стадія подальшого росту швидкості, наступає після розкладення органічних сполук, адсорбованих на поверхні вугілля та піролюзиту, сульфатною кислотою. При цьому вивільнюється активна поверхня вугілля, яка знову виступає у ролі відновника. Відновлення на третій стадії процесу відбувається переважно за топохімічним механізмом на поверхні часток піролюзиту.

3. Відновлення мангану (IV) оксиду активованим вугіллям відбувається у розчині сульфатної кислоти за низької температури (370 К). Це положення є принципово новим моментом у вивченні хімії і технології мангану.

4. Як ефективний метод очищення розчину мангану (ІІ) сульфату від домішок запропоновано осадження з нього на 99 % сполук феруму та інших домішок шляхом регулювання рН середовища до значення 3,5…4,5 дозуванням СаСО₃ з попереднім доокисненням феруму (ІІ) сульфату гідроген пероксидом. Технологічні параметри процесу окиснення: тривалість окиснення – 2 год. температура розчину 343 К, кількість гідроген пероксиду розраховується відповідно до кількості двовалентного феруму.

5. Осад, отриманий в результаті очищення від домішок розчину мангану (ІІ) сульфату, який складається з кальцію (ІІ) сульфату у вигляді бассаніту (СаSO₄ H₂O) та гідратованого оксиду феруму FeOOH у співвідношенні 8:1, доцільно використовувати у якості мінерального залізокальцієвого пігменту ясно-жовтого кольору. Отриманий у даній роботі пігмент є майже повним аналогом штучної охри та має кращі показники дисперсності та однорідності кольору.

6. Вторинний шлам (залишок після сульфатнокислотного вилуження) манганвмісних відходів виробництва гідрохінону, що складається переважно з феруму та силіцію оксидів, доцільно використовувати як добавку у кількості 5 - 15 % до складу шихти у виробництві будівельної кераміки. Отримані в роботі методом пластичного формування зразки будівельної кераміки з додаванням вторинного шламу відповідають вимогам ДСТУ 530-95 і ДСТУ 7484-78 «Цегла й камені керамічні лицьові». Марки цегли – 100, 125 і 150, морозостійкість – не менш 25 циклів.

7. Товарний п’ятиводний мангану (ІІ) сульфат можна одержати перекристалізацією з суспензії одноводного мангану (ІІ) сульфату при Т = 290 К протягом 10 годин. Одержаний продукт (а саме MnSO₄5H₂O) відповідає вимогам ГОСТ 435-77 кваліфікації «ч» та може бути використаний у виробництві добрив, електролітичного мангану(IV) оксиду та інших манганвмісних сполук.

8. Запропонована функціональна та технологічна схема переробки манганвмісних шламів виробництва гідрохінону передбачає використання стандартного обладнання існуючих виробництв. Промислові випробування розробленої схеми з використанням обладнання Шосткінського заводу хімічних реактивів підтверджують функціональність технологічного процесу. Отримані 3,6 т кондиційного товарного продукту п’ятиводного мангану (ІІ) сульфату за стандартними показниками відповідають вимогам ГОСТ 435-77 кваліфікації «ч». Вихід продукту складає 95%. За попередніми еколого-економічними розрахунками, економічний ефект переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону з отриманням мангану (ІІ) сульфату складає близько 6 млн. грн. Завдяки запропонованій схемі використання вторинних продуктів суттєвий соціальний ефект досягається поліпшенням екологічної ситуації за рахунок значного зменшення маси відповідних відходів у відвалах.

Публікації автора:

1. Павленко О.В. Методи вилучення мангану з твердих манганвмісних відходів / О.В.Павленко, І.М. Астрелін, Ю.А.Омельчук // Наукові вісті НТУУ «КПІ». – 2006. – № 1. – С. 110-114.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні літературного пошуку, аналізі та узагальненні результатів, участі у підготовці рукопису статті.

2. Павленко О.В. Сульфатнокислотная переработка марганецсодержащих отходов / О.В.Павленко, І.М. Астрелін // Экотехнологии и ресурсосбережение . – 2007. – № 2. – С. 30 – 34.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів з використанням сульфатної кислоти, аналізі та узагальненні результатів, участі у підготовці рукопису статті.

3. Павленко О.В. Влияние железосодержащих примесей на степень извлечения марганца из отходов / О.В. Павленко, І.М. Астрелін // Вопросы химии и химической технологии – 2007. – №1. – С. 51 – 53.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів з вивчення впливу сполук феруму на ступінь вилуження мангану, аналізі та узагальненні результатів участі у підготовці рукопису статті.

4. Павленко О.В. Розробка комплексної технології утилізації твердих відходів виробництва гідрохінону / О.В. Павленко // Вісник СумДУ – 2008. – № 2. – С. 102 – 105.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень, аналізі та узагальненні результатів, розробці технології, підготовці рукопису статті.

5. Павленко О.В. Очищення від домішок розчину мангану (ІІ) сульфату отриманого зі шламу виробництва гідрохінону / О.В. Павленко, І.М. Астрелін // Вопросы химии и химической технологи. – 2008. – № 2. – С. 136 – 139.

Особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів з вивчення очищення розчину від сполук феруму та супутніх домішок, аналізі та узагальненні результатів, участі у підготовці рукопису статті.

6. Пат. 30448 Україна, МПК (2006) С22В 47/00 Спосіб переробки твердих манганвмісних відходів / Павленко О.В., Астрелін І.М., Толстопалова Н.М., Обушенко Т.І., Косогіна І.В., Кримець Г.В. заявник та власник НТУУ «КПІ». № u 2007 12420; заявл. 08.11.2007; опублік. 25.02.2008. Бюл. № 4.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів, участі у аналізі та обґрунтуванні результатів, оформленні заявки на патент.

7. Павленко О.В. Отходы производства гидрохинона – перспективное вторичное сырьё /О.В. Павленко, А.Ю. Мараховская // Екологія. Людина. Суспільство: VIII міжнар. наук.-практ. конф., 11-13 тр. 2005 р.: тези доповідей. – К., 2005. – С. 122.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість використання манганвмісних відходів виробництва гідрохінону у якості техногенної сировини для отримання мангану.

8. Павленко О.В. Дослідження процесу вилуження манганвмісних відходів виробництва гідрохінону в сульфатнокислих розчинах / О.В. Павленко // Сучасні наукові дослідження – 2006: II міжнар. наук.-практ. конф., 2006 р.: тези доповідей. Т. 41. Хімія та хімічні технології – Дніпропетровськ, 2005. – С. 75-78.

Здобувачем проведено експериментальне дослідження процесу вилуження манганвмісного шламу з використанням сульфатної кислоти.

9. Павленко О.В. Основные положения технологии извлечения марганца из отходов производства гидрохинона / О.В. Павленко // Екологія. Людина. Суспільство: ІХ міжнар. наук.-практ. конф., 17-19 тр. 2006 р.: тези доповідей. – К., 2006. – С. 115.

Здобувачем запропоновано та перевірено сульфатнокислотний метод переробки манганвмісного шламу виробництва гідрохінону.

10. Павленко О.В. Влияние железосодержащих примесей на степень извлечения марганца из отходов / О.В. Павленко, І.М. Астрелін // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: III укр. наук.-техн. конф. з технології неорганічних речовин, 20-22 вер. 2006 р.: тези доповідей. – Дніпропетровськ, 2006. – С. 226-227.

Здобувачем проведено експериментальне вивчення процесу сульфатнокислотного вилуження модельних сумішей, що містять мангану (IV) оксид та сполуки феруму.

11. Павленко О.В. Відходи гідрохінону – особливості складу та шляхи переробки / О.В.Павленко, І.М. Астрелін // Перший Всеукраїнський з’їзд екологів (ECOLOGY-2006). міжнар. наук.-практ. конф., 4-7 жовт. 2006 р.: тези доповідей. – Вінниця, 2006. – С. 35.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість дії органічних складових манганвмісних відходів виробництва гідрохінону у якості відновників мангану (IV) оксиду.

12. Павленко О.В. Дослідження можливості розділення та ідентифікації органічних домішок у шламі виробництва гідрохінону / О.В. Павленко // Наук.-техн. конф., 11-13 кв. 2007 р.: тези доповідей. – Суми, 2007. – С. 122.

Здобувачем проведено експериментальне розділення та ідентифікація органічних складових манганвмісного шламу з метою визначення їх впливу на процес сульфатнокислотного вилуження мангану.

13. Павленко О.В. Комплексна технологія переробки манганвмісних шламів / О.В.Павленко // Екологія. Людина. Суспільство: ХІ міжнар. наук.-практ. конф., 13-18 тр. 2008 р.: тези доповідей. – К., 2008. – С. 194.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість комплексного використання продуктів переробки манганвмісних відходів виробництва гідрохінону у якості техногенної сировини.

14. Павленко О.В. Можливість використання твердого залишку переробки манганвмісних відходів у виробництві будівельної кераміки / О.В. Павленко, // І міжнар. (ІІІ всеукр.) наук.-практ. конф. з хімії та хім. технології, 23-25 кв. 2008 р.: тези доповідей. – К., 2008. – С. 180

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість використання вторинного шламу після вилучення мангану у якості техногенної сировини для отримання будівельної кераміки.

15. Павленко О.В. Неорганічний пігмент з промислових відходів / О.В. Павленко // Титан 2008: производство и применение: І укр. наук.-практ. конф., 13-18 тр. 2008 р.: тези доповідей. – К., 2008. – С. 194.

Здобувачем запропоновано та обґрунтовано можливість використання шламу від очищення розчину мангану (ІІ) сульфату у якості техногенної сировини для отримання мінерального пігменту.

16. Павленко О.В. Дослідження процесу сульфатнокислотного вилуження манганвмісного шламу з використанням методу факторного планування / О.В. Павленко // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: IV укр. наук.-техн. конф. з технології неорганічних речовин, 20-22 вер. 2008 р.: тези доповідей. – Дніпродзержинськ, 2008. – С. 42.

Здобувачем проведено експериментальне вивчення процесу вилуження манганвмісного шламу з використанням методу факторного планування.