Ключові слова: томасшлаки, мартенівськи шлаки, шлаки, доменні шлаки,важкі метали, атомно-абсорбційний метод.
Анотація
Міграція токсичних хімічних елементів в навколишнє середовище вказує на необхідність проведення періодичного контролю шлаків, на вміст, зокрема, важких металів з метою запобігання потраплянню шкідливих речовин в природне середовище.
Вступ
Металургійні шлаки є побічними продуктами виплавки сталі. Ці продукти називають томасшлаками та основними мартенівськими шлаками. Основними складовими шлаків є кремнезем, вапно та глинозем. Крім того, залежно від властивостей та складу застосованих у плавці шихтових матеріалів, у шлаках знаходяться й інші хімічні сполуки різних елементів (окисли магнію, заліза, марганцю, сірчистого кальцію, важкі метали та ін.). Найбільшу частку в металургійних шлаках становлять доменні та мартенівські шлаки.
Доменні шлаки утворюються в доменних печах у середньому у кількості 0,53 г на 1 т виплавленого чавуну. Залежно від наявності тих чи інших оксидів, доменні шлаки мають певне забарвлення:
невеликі домішки закису заліза і марганцю надають жовті та зелені відтінки;
великий вміст оксидів заліза темніші відтінки;
чорні шлаки з підвищеним вмістом закису марганцю мають блакитні відтінки [6].
Шлаки відносяться до стабільних речовин, які не вступають у звичайних умовах в хімічні реакції, не підлягають в процесі виробництва та зберігання окисленню, полімеризації та іншим перетворенням, в результаті яких можуть утворюватися речовини, що відрізняються від вихідних [6].
За різних погодних умов шлаки під дією сонця та вітрів піддаються вивітрюванню. Дрібні дисперсні частинки невеликий час перебувають в атмосферному повітрі - від декількох діб до декількох тижнів, а тому їх осадження спричинює локальні забруднення придорожніх ґрунтів. Під дією атмосферних опадів шлаки розмиваються і зі стічною водою попадають в поверхневі води.
Шлаки використовуються для дорожнього будівництва, влаштування баластного шару автомобільних доріг, штучних основ під фундаменти будівель та споруд, підсипки територій та інших загально будівельних робіт в усіх кліматичних зонах України.
Для оцінки забруднення територій, де зберігаються та використовуються шлаки, необхідно контролювати вміст рухомих форм важких металів не менш ніж один раз на рік. Вміст рухомих форм важких металів не повинен перевищувати їх гранично допустимих концентрацій у ґрунті.
Мета дослідження: визначити оцінку рухомих форм важких металів методом якісного та кількісного аналізу їх вмісту у водних витяжках із застосуванням, як екстрагента, дистильованої води та ацетатно-амонійного буфера. Ацетатно-амонійний буфер (CH3COONH4; pH=4,8) дає змогу визначити максимально можливу концентрацію рухомих форм важких металів [1,2,3,4] .
Новизна полягає у тому, що на сьогоднішній день багато відходів металургійного виробництва мало утилізуються та не досліджуються, зберігаються на відкритих територіях металургійних комбінатів, тим самим міграція важких металів з шлаків у ґрунти наносить велику шкоду екологічній системі.
Матеріали та методи досліджень
Для дослідження рухомих форм важких металів в шлаках, за загальновживаними методиками, були відібрані проби шлаків доменного та мартенівського виробництва. Відбір і підготовка проб проводилась згідно нормативної документації. Маса проб складала менше ніж 1 кг. Після відбирання проби, шлак висушують до повітряно - сухого стану у сушильній шафі з терморегулятором.
Із загальної проби масою 1 кг квартуванням відбирають середню пробу масою 200 г, розтирають у ступці товкачем та просівають через поліетиленове сито з діаметром отворів 1 мм.
Наважки шлаку двічі зважують (10+0,1) г на лабораторних вагах. Потім наважки вміщують у поліетиленові колби місткістю 150 см3 і заливають 50 см3 ацетатно–амонійним буферним розчином з pH=4,8. Струшують на ротаторі протягом години, відфільтровують крізь складчастий фільтр у поліетиленові колби через поліетиленові лійки. В отриманій витяжці визначають вміст важких металів зокрема: плюмбуму, купруму, цинку та хрому атомно – абсорбційним методом [1,2,3,4].
Атомно-абсорбційний метод, заснований на вимірюванні резонансного поглинання електромагнітного випромінювання атомами при розпиленні розчину проби в полум'ї.
Вміст рухомих форм важких металів в шлаках, визначали методом атомно–абсорбційної спектрометрії, у полум'яному режимі атомізації, за допомогою прилада «Hitachi». Прилад «Hitachi» оснащений лампою з порожнистим катодом , що є джерелом стабільного та інтенсивного випромінювання. Спектр лампи з порожнистим катодом в спектральному діапазоні (190 – 900) нм, що дає можливість спостерігати атомний спектр поглинання всіх елементів, які визначаються методом атомно-абсорбційної спектрометрії.
При виконанні досліджень були підібрані стехіометричні співвідношення витрати газів (горючий газ/окислювач для визначених елементів). Завершальну оптимізацію спектрофотометра проводили автоматично та в ручному режимі.
Результати
Результати щорічного дослідження вмісту важких металів доменного та мартенівських шлаків наведені в таблиці № 1 та № 2.
Таблиця № 1 Хімічний склад важких металів доменного шлаку мг/кг
Одержані результати досліджень вмісту важких металів доменного та мартенівського шлаку, які наведені в таблиці № 1 та № 2, засвідчили, що їх вміст не перевішує допустимі норми ГДК [5].
Обговорення
Завдяки застосуванню атомно-абсорбційного спектрометра, використовуючи високу селективність атомно-абсорбційного методу аналізу, високу роздільну здатність спектрометра, джерело світла дугову ксенонову лампу високого тиску, всі поглинальні лінії елементів спектрального ряду (190 -900) nm, надали набагато більше можливостей при аналізі речовин і матеріалів, у тому числі й аналізу шлаків.
В таблиці №1 та №2 приведено хімічний склад важких металів мартенівського та доменного шлаку. Щорічне дослідження важких металів у шлаках дає можливість не тільки контролювати вміст важких металів, а і суттєво зменшити вміст таких елементів.
У 2021 та 2022 роках вміст свинцю, міді та цинку у мартенівському шлаку значно зменшився, порівняно з 2020 роком. У доменному шлаку також є тенденція щорічного зменшення вмісту важких металів. Щодо вмісту хрому, то також спостерігаємо щорічне зменшення, що пов’язано з особливостями виплавки лігатурних сталей на металургійному комбінаті.
Висновки
1.Існуюча екологічна ситуація вимагає жорстокого контролю за вмістом небезпечних для здоров’я людини та довкілля забруднюючих речовин, у тому числі і важких металів.
2.Досліджено, що вміст важких металів мартенівського та доменного шлаку не перевищують граничні допустимі концентрації важких металів.
3. Результати досліджень показали, що завдяки контролю за зберіганням та використанням шлаків, на вміст важких металів, дає можливість їх безпечного використання та зберігання.
Література
1.Якість ґрунту. Визначення вмісту рухомих сполук хрому в ґрунті в буферній амонійно-ацетатній витяжці з pH 4,8 методом атомно-адсорбційної спектрофотометрії: ДСТУ 4770.8:2007. Чинний від 2009-01-01. К.: Держспоживстандарт України, 2007. 24 с. (Національний стандарт України).
2.Якість ґрунту. Визначення вмісту рухомих сполук міді в ґрунті в буферній амонійно-ацетатній витяжці з pH 4,8 методом атомно-адсорбційної спектрофотометрії: ДСТУ 4770.6:2007. Чинний від 2009-01-01. К.: Держспоживстандарт України, 2007. 24 с. (Національний стандарт України).
3.Якість ґрунту. Визначення вмісту рухомих сполук свинцю в ґрунті в буферній амонійно-ацетатній витяжці з pH 4,8 методом атомно-адсорбційної спектрофотометрії: ДСТУ 4770.9:2007. Чинний від 2009-01-01. К.: Держспоживстандарт України, 2007. 24 с. (Національний стандарт України).
4.Якість ґрунту. Визначення вмісту рухомих сполук цинку в ґрунті в буферній амонійно-ацетатній витяжці з pH 4,8 методом атомно-адсорбційної спектрофотометрії: ДСТУ 4770.2:2007. Чинний від 2009-01-01. К.: Держспоживстандарт України, 2007. 24 с. (Національний стандарт України).
5.Санітарні норми допустимих концентрацій (ГДК) хімічних речовин у ґрунтах. Затвердж. 30.10.1987 г. №4433-87.
URL: http//zakon2.rada.gov.ua. /laws/show/v4433400-87
6.Важкі метали: надходження в ґрунти, транслокація у рослинах та екологічна безпека / В.М. Гришко, Д.В. Сищиков, О.М.Піскова, О.В.Данильчук, Н.В. Машталер. – Донецьк: «Донбас», 2012. -304 с.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter