Определение форм нахождения элементов в образцах шлака и шлама ванадиевого производства

Проведено комплексное исследование образцов техногенного сырья. Методами рентгеновской дифракции и рентгенофлуоресцентного анализа установлен химический и фазовый состав обожженного шлака и шлама ванадиевого производства. Проведена последовательная экстракция соединений основных элементов по трехстадийной схеме, рекомендованной Европейской комиссией. Установлена их невысокая подвижность. Соединения ванадия и марганца в шлаке обладают большей подвижностью по сравнению с подвижностью в шламе. Железо и хром образуют прочные оксиды и силикаты, которые разрушаются только при действии HNO₃. Методами атомно-эмиссионной спектрометрии с микроволновой плазмой (МП-АЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) установлено валовое содержание V, Mn, Fe, Cr, Zn, Ni, Ba, Sr, Rb, Y, Ga, Ge, Mo, La и Ce в образцах шлака и шлама. Показано, что общая концентрация V, Mn, Cr существенно превышает значения предельно допустимых концентраций (ПДК) этих элементов, установленные для объектов с не менее сложной основой пробы - почв. Изучена возможность выщелачивания форм элементов из твердых образцов ванадиевых шлака и шлама 0,1 М раствором Na₂CO₃ и подвижной фазой для обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ). В этих условиях извлекаются в основном соединения ванадия. Соединения марганца извлекаются на 1 - 10 %. Обнаружено несовпадение времен удерживания при хроматографическом разделении форм V и Fe в модельных смесях и растворах, полученных после химической обработки образцов ванадиевых шлака и шлама.

vanadium slag, vanadium slime, forms of the elements, microwave plasma atomic emission spectrometry, inductively coupled plasma mass spectrometry, sequential extraction procedure, reversed-phase chromatography, ion chromatography, ванадиевый шлак, ванадиевый шлам, формы элементов, атомно-эмиссионная спектрометрия с микроволновой плазмой, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, метод последовательной экстракции, обращенно-фазовая жидкостная хроматография, ионная хроматография

1. Лыщик П. А., Науменко А. И. Укрепление дорожных грунтов шлаковыми добавками / Труды БГТУ. 2012. Т. 2. С. 70-72.

2. Губанова Л. H., Пушкарская О. Ю., Алимова Л. А., Акчурин Т. К. Отходы ферросплавного производства - добавки высоконаполненных цементных бетонов / Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: материалы VI Международной научно-технической конференции. 2011. С. 137-141.

3. Даценко В. В., Грайворонская И. В., Хоботова Э. Б., Баумер В. Н. Изучение химического и минералогического составов шлаков производства ферросплавов / Наукові праці Донецького національного технічного університету. Хімія і хімічна технологія. 2010. Т. 14. С. 132 - 142.

4. Рытвин В. М., Гильварг С. И., Игнатенко В. Г., Федоров Ю. О., Шемякин В. С., Скопов С. В. Рентгенорадиометрическое разделение минеральных и металлических фаз шлаков отвала «Ключевской обогатительной фабрики» / Материалы III Международной научно-технической конференции «Рентгенорадиометрическая сепарация минерального сырья и техногенных отходов». 2007. С. 30 - 37.

5. Ryan P. C., Hillier S., Wall A. J. Stepwise effects of the BCR sequential chemical extraction procedure on dissolution and metal release from common ferromagnesian clay minerals: A combined solution chemistry and x-ray powder diffraction study / Sci. Total Environ. 2008. Vol. 407. P. 603 - 614.

6. Neaman A., Martinez C. E., Trolard F., Bourrié G. Trace element associations with Fe- and Mn-oxides in soil nodules: Comparison of selective dissolution with electron probe microanalysis / Appl. Geochem. 2008. Vol. 23. P. 778 - 782.

7. Favas P. J. C., Pratas J., Gomes M. E. P., Cala V. Selective chemical extraction of heavy metals in tailings and soils contaminated by mining activity: Environmental implications / J. Geochem. Expl. 2011. Vol. 111. P. 160-171.

8. De Waal W. A. J., Kuiper C. C. H. M., Maessen F. J. M. J., Kraak J. C., Wijnands R., Jonker R. J. Selection of conditions for the molecular size speciation of vanadium and nickel complexes in oil by size-exclusion chromatography coupled with inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry / J. Chromatogr. A. 1989. Vol. 462. P. 115 - 135.

9. Ming X. Y., Wu Y. H., Schwedt G. HPLC analysis of V, Co, Fe and Ni by 4-(2-pyridylazo)-resorcinol and H2O2 and studies on complex properties influencing retention / Fresenius J. Anal. Chem. 1992. Vol. 342. P. 556 - 559.

10. Jen H.-F., Yang S.-M. Simultaneous speciation determination of vanadium (IV) and vanadium (V) as EDTA complexes by liquid chromatography with UV detection / Anal. Chim. Acta. 1994. Vol. 289. P. 97- 104.

11. Jane Tsai S.-J., Hsu S.-J. Speciation of vanadium (V) and vanadium (IV) with 4-(2-pyridylazo)-resorcinol by using high-perfomance liquid chromatography with spectrophotometric detection / Analyst. 1994. Vol. 119. P. 403 - 407.

12. Wann C.-C., Jiang S.-J. Determination of vanadium species in water samples by liquid chromatography-inductively coupled plasma spectrometry / Anal. Chim. Acta. 1997. Vol. 357. P. 211 -218.

13. Poledniok J., Buhl F. Speciation of vanadium in soil / Talanta. 2003. Vol. 59. P. 1-8.

14. Colina M., Gardiner P. H. E., Rivas Z., Troncone F. Determination of vanadium species in sediment, mussel and fish muscle tissue samples by liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry / Anal. Chim. Acta. 2005. Vol. 538. P. 107-115.

15. Genc F., Gavazov K. B., Turkyilmaz M. Ternary complexes of vanadium (IV) with 4-(2-pyridylazo)-resorcinol and ditetrazolium chlorides / Cent. Eur. J. Chem. 2010. Vol. 8. P. 461 - 467.

16. Комарова Т. В., Обрезков О. H., Шпигун О. А. Ионохроматографическое определение ванадия (IV) и (V) в виде комплексов с ЭДТА / Журн. аналит. химии. 1991. Т. 46. С. 1991 - 1996.

17. Tengku Azmi T. S. M., Mohd. Yusoff A. R., Abdul Karim K. J. Determination of vanadium (IV) and vanadium (V) in Benfield samples by IEC with conductivity detection / Chromatographia. 2010. Vol. 72. P. 141 - 144.

18. Yeh C.-F., Jiang S.-J. Speciation of V, Cr and Fe by capillary electrophoresis-bandpass reaction cell inductively coupled plasma mass spectrometry / J. Chromatogr. A. 2004. Vol. 1029. P. 255-261.

19. Soldi T., Pesavento M., Alberti G. Separation of vanadium (V) and (IV) by sorption on an iminodiacetic chelating resin / Anal. Chim. Acta. 1996. Vol. 323. P. 27 - 37.

20. Fan Z., Hu B., Jiang Z. Speciation analysis of vanadium in natural water samples by electrothermal vaporization inductively coupled plasma optical emission spectroscopy after separation/preconcentration with theonoyltrifluoroacetone immobilized on microcrystalline naphthalene / Spectrochim. Acta. Part B. 2005. Vol. 60. P. 65-71.

21. Pyrzynska K., Wierzbicki T. Pre-concentration and separation of vanadium on Amberlite IRA-904 resin functionalized with porphyrin ligands / Anal. Chim. Acta. 2005. Vol. 540. P. 91-94.

22. Veschetti E., Maresca D., Lucentini L., Ferretti E., Citti G., Ottaviani M. Monitoring of V(IV) and V(V) in Etnean drinking-water distribution systems by solid phase extraction and electrothermal atomic absorption spectrometry / Microchem. J. 2007. Vol. 85. P. 80 - 87.

23. Pacheco P. H., Olsina R. A., Smichowski P., Martinez L. D. On-line preconcentration and speciation analysis of inorganic vanadium in urine using L-methionine immobilized on controlled pore glass / Talanta. 2008. Vol. 74. P. 593 - 598.

24. Mandiwana K. L., Panichev N. Electrothermal atomic absorption spectrometric determination of vanadium (V) in soil after leaching Na2CO3 / Anal. Chim. Acta. 2004. Vol. 517. P. 201 -206.

25. Oguma K., Yoshioka O., Noro J., Sakurai H. Simultaneous determination of vanadium (IV) and vanadium (V) by flow injection analysis using kinetic spectrophotometry with Xylenol Orange / Talanta. 2012. Vol. 96. P. 44 - 49.

26. Chaurand P., Rose J., Domas J., Bottero J.-Y. Speciation of Cr and V within BOF stell slag reused in road constructions / J. Geochem. Expl. 2006. Vol. 88. P. 10 - 14.

27. Уманский Я. С., Санчук Я. Э., Поляков А. Ю. Рентгеновское исследование ванадистых шлаков / Сталь. 1951. Т. 2. С. 99- 103.

28. Руднева А. В. Минералогический состав передельных ванадиевых шлаков с высоким содержанием фосфора / Изв. вузов. Черная металлургия. 1959. Т. 2. С. 7 - 12.

29. Слотвинский-Сидак Н. П., Колпакова В. И. Структура ванадиевых шлаков и извлечение из них ванадия / Изв. вузов. Черная металлургия. 1961. Т. 8. С. 37 - 42.

30. Фоменко А. И. Золошламонакопители предприятий черной металлургии: технологические и геоэкологические аспекты / Изв. вузов. Черная металлургия. 2005. Т. 7. С. 61-64.

31. Дьячкова А. В., Малютина Т. М., Алексеева Т. Ю., Карпов Ю. А. Химическая подготовка проб отработанных автомобильных катализаторов для последующего определения платины, палладия и родия методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2011. Т. 77. С. 3 - 9.

32. Кириченко А. С., Серегин А. H., Федюнина H. H., Серегина И. Ф., Волков А. И. О некоторых методах определения содержания металлов платиновой группы в отработанных автомобильных катализаторах и продуктах их переработки / Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2014. С. 73 - 78.

33. Ure A. M., Quevauviller P., Muntau H., Griepink B. Speciation of heavy metals in soils and sediments. An account of the Improvement and harmonization of extraction techniques undertaken under the auspices of the BCR of the commission of the European Communities / Int. J. Env. Anal. Chem. 1993. Vol. 51. P. 135-151.

34. Ватолин H. А., Молева H. Г., Волкова П. И., Сапожникова Т. В. Окисление ванадиевых шлаков. - М.: Наука, 1978.- 153 с.

35. Алимарин И. П., Ушакова H. Н. Справочное пособие по аналитической химии. - М.: Московский университет, 1977. - 104 с.

36. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. - М.: Роспотребнадзор, 2006. - 8 с.