Объектами исследований являются водные суспензии кварца и амфибола (паргасита), относящихся к классу широко распространенных в земной коре силикатных минералов. Первым этапом исследований, представленных в данной статье, является извлечение катионов с поверхности минерала в водную фазу, называемое выщелачиванием. Выщелачивание катионов связано непосредственно с растворимостью минералов, поэтому для исследований был взят паргасит, который более растворим в воде, чем кварц. На втором этапе анализа проводилась статистическая обработка многолетних данных и собственные определения по содержанию тяжелых металлов в поверхностном водном объекте - реке Ия (Иркутская область).
Методология исследований. Было изучено выщелачивание катионов калия, кальция, магния, железа, алюминия, кремния, являющихся основными составными компонентами минерала, в зависимости от времени при рН = 6, 8, 10. Для этого 5 г паргасита растворяли в 100 мл деминерализованной воды, для регулирования рН использован 0,5 М водный раствор NaOH. После 24 часов жидкая фаза была отфильтрована и направлена на атомно-абсорбционный химический анализ. Оставшаяся твердая фаза после фильтрации была снова растворена в 100 мл деминерализованной воды при рН = 6, 8, 10. Через 15 суток и через 30 суток жидкая фаза была также отфильтрована и направлена на атомноабсорбционный анализ.
Рис. 1. Относительное выщелачивание катионов из 1 г минерала
Обсуждение результатов. Результаты определения концентраций катионного состава K+, Ca 2+, Mg 2+ , Fe, Al 3+ , Si 4+ представлены на рис. 1. Обнаружено, что извлечение катионов происходит разнообразно и связано с неоднородностью контакта межфазной поверхности. Главными катионами минерала, имеющими наибольшее воздействие на ионный состав водной фазы, являются калий, кальций и особенно в щелочных условиях кремний. Ионы алюминия выщелачивались относительно слабо. В условиях, близких к нейтральным, наблюдалось повышенное извлечение щелочно-земельных металлов и железа общего.
Нами также систематизированы и с помощью программного обеспечения «Microsoft Excel 2003» статистически обработаны многолетние гидрохимические данные (2003 - 2008 годы) по ходу водоразборной сети реки Ия. Пробоотбор осуществлялся в 6 пунктах водозаборных сооружений. Определение суммарных содержаний Cu, Fеобщ проводились с помощью фотоколориметрического метода, значения рН определялись потенциометрическим методом [5].
Диаграмма (рис. 2) демонстрирует существенное понижение содержания общего железа в поверхностной воде после очистки на фильтрационной установке и в пункте «Резервуар подъема» с 0,27 до 0,05 мг/м3. Это позволяет сделать вывод о том, что железо в воде до этих пунктов находилось в виде нерастворимых осадков (FeO3) и затем было удалено в процессе фильтрации. Было выявлено, что в пунктах «Водозабор вокзала», «Башня»,
«Котельная» средние концентрации ионов Fe пропорциональны величине рН (рис. 3), за исключением водозаборных сооружений, в которых осуществляются процессы фильтрации, обезжелезивания и обеззараживания воды [5].
Рис. 2. Динамика распределения концентраций Fe (мг/дм3) по створам наблюдений р. Ия за 5-летний период
Рис. 3. Пространственная динамика содержания ионов Fe и значений рН (2008 г.)
Рис. 4. Пространственная динамика содержания ионов Cu и величины рН (2008 г.)
Выводы. В результате проведенного эксперимента по извлечению катионов с поверхности силикатных минералов и адсорбции додециламмония ацетата было определено:
- главными катионами, способными к выщелачиванию с поверхности амфибола, являются щелочные, щелочно-земельные металлы и кремний;
- при значениях рН, близких к нейтральным, увеличивается извлечение двухвалентных катионов кальция, магния и железа;
- влияние рН на ионный состав природной воды хорошо согласуется с данными, полученными для технологических суспензий минералов;
- на основе проведенных опытов возможно составление математической модели и определение корреляционных зависимостей ионного состава, при этом значимость модели состоит в прогнозировании процессов миграции и трансформации наиболее распространенных химических соединений в водной среде (в частности, ионов тяжелых металлов).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Гунич С.В. Извлечение катионов с поверхности силикатных минералов и адсорбция додециламмония ацетата. - Отчет о научно-исследовательской работе «Синергетические эффекты между гетерополярными и неионогенными адсорбентами на границе раздела «твердое - жидкое» применительно к флотации руд», ARCUS (Россия - Франция). www.arcus.msisa.ru.
- Кравец Е.А. Структурирование и обработка информации для целей комплексного анализа загрязнения окружающей среды // Геоинформатика, 2006. - № 2. - с. 23-28
- Королева Г.П. Геохимический мониторинг загрязнения металлами-экотоксикантами / Г.П. Королева // Инженерная экология, 2005. - № 3. - с. 22-36
- Молчанова Л.П. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. -М.: Форум, 2007. 190 с.
- Сарапулова Г.И. Изучение поведения загрязнителей на примере поверхностного водоема р. Ия / Г.И. Сарапулова, С.В. Гунич // Материалы докладов научно-практической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств». - Иркутск: ИрГТУ. - с. 249 - 252.
- Demir C. Flotation separation of Nafeldspar from K-feldspar by monovalent salts. / C. Demir, A.A. Abramov, M. S. Celik // Minerals Engineering 14-I (2001), 733-740.
- Kongolo Mukendi. The comparison between amine thioacetate and amyl xanthate collector performances for pyrite flotation and its application to tailings desulphurization. / Kongolo Mukendi, Benzaazoua Mostafa, Donato Philippe, Drouet Benoit, Barr Odile // Minerals Engineering 17 (2004) 505 -515.
- Vidyadhar A. Mechanisms of amine-quartz interaction in the absence and presence of alcohols studied by spectroscopic methods / A. Vidyadhar, Rao K. Hanumantha, I. V. Chernyshova, Pradip, K. S. E. Forssberg // Journal of Colloid and Interface Science 256 (2002) 59-72.