Сорбция ионов никеля зольными остатками горючих сланцев Ленинградского месторождения

  • Светлана Николаевна Салтыкова Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0000-0002-3753-7675
  • Кирилл Гарегинович Карапетян Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0000-0002-7305-403X
  • Александр Дмитриевич Коршунов Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия
  • Максим Юрьевич Назаренко Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0000-0002-1684-4828
  • Инна Васильевна Дорош Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0000-0003-0116-9898
Ключевые слова: горючий сланец, кероген, зольный остаток, адсорбция, сорбент, кислотно-основные центры, сорбци-онная емкость, термообработка, выщелачивание.

Аннотация

Актуальность исследования определяется растущим интересом к переработке низкосортных твердых горючих ископаемых, таких как горючие сланцы. Этот интерес связан с возможностью увеличить общие запасы топливно-энергетических и химических ресурсов. Существенным препятствием для широкого использования горючих сланцев является большое количество отходов, образующихся при их переработке. Разработка методов получения товарной продукции из золы горючих сланцев позволит не только повысить экономический эффект процесса переработки сланцев, но и уменьшить общее число образующихся отходов. Целью исследований является определение возможности использования углезольных и зольных остатков горючих сланцев в качестве сорбентов. В работе применены следующие методы исследований: рентгенофлуоресцентный анализ, индикаторный метод определения кислотно-основных центров, определение сорбционной емкости по ионам никеля, определение удельной поверхности методом Брунауэра-Эммета-Теллера. Определено, что зольные остатки горючих сланцев состоят преимущественно из оксидов кальция, кремния, алюминия и железа. Удельная поверхность зольных остатков, определенная методом БЭТ, составила 27 м2/г и 2.5 м2/г для углезольного и зольного остатка соответственно. Зольные остатки являются плотным материалом, близким по значению насыпной плотности (0.75 г/см3) к бентонитам. Углезольные остатки менее плотные
(0.5 г/см3) и по этому показателю близки к калий и железосодержащим алюмосиликатам. Зольные остатки имеют сорбционную емкость по ионам никеля (II) в диапазоне 46,8–59,6 мг/г. Определенная по модели Дубинина-Радушкевича величина свободной энергии адсорбции указывает на то, что процесс адсорбции происходит по ионообменному механизму. Установлено распределение кислотно-основных центров зольных и углезольных остатков. Наличие этих центров указывает на возможность применения зольных остатков в широком интервале значений величины сродства к водороду. Полученные экспериментальные данные по адсорбции ионов никеля (II) обработаны с применением моделей Ленгмюра, Дубинина-Радушкевича и Фрейндлиха. Полученное значение свободной энергии адсорбции указывает на химическую природу адсорбции ионов никеля (II). По совокупности полученных характеристик сделан вывод о перспективности использования зольных остатков горючих сланцев в качестве сорбента.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Светлана Николаевна Салтыкова, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия

к.т.н., доцент кафедры химических технологий и переработки энергоносителей Санкт–Петербургского горного университета, Санкт-Петербург, Россия

Кирилл Гарегинович Карапетян, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия

д.т.н., заведующий кафедры химических технологий и переработки энергоносителей Санкт–Петербургского горного университета, Санкт-Петербург, Россия

Александр Дмитриевич Коршунов, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия

аспирант кафедры химических технологий и переработки энергоносителей Санкт-Петербургского горного университета, Санкт-Петербург, Россия

Максим Юрьевич Назаренко, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия

к.т.н., доцент кафедры химических технологий и переработки энергоносителей Санкт–Петербургского горного университета, Санкт-Петербург, Россия

Инна Васильевна Дорош, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия

аспирант кафедры химических технологий и переработки энергоносителей Санкт–Петербургского горного университета, Санкт-Петербург, Россия

Литература

Petrovich N.I., Ostroukhov N.N., Vasilyev V.V., Salamatova E.V., Strakhov V.M. Comparison of light fuel-oil fractions produced by semicoking of kukersite shale in a gas generator and in a solid-fuel system. Coke and Chemistry, 2019; 62(6): 249-257. https://doi.org/10.3103/S1068364X1906005X

Korolev E.A., Eskin A.A., Korolev A.E., Barieva E.R., Khuzin I.A.Oil shale of the Middle Volga region: Composition, structure, energy properties. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021; 808(1): 012025. https://doi.org/10.1088/1755-1315/808/1/012025

Bazhin V.Y., Kuskov V.B., Kuskova Y.V. Problems of using unclaimed coal and other carbon-containing materials as energy briquettes. Ugol, 2019; 4: 50-54. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-50-54

Hadi N.A.R.A., Abdelhadi M. Characterization and utilization of oil shale ash mixed with granitic and marble wastes to produce lightweight bricks. Oil Shale, 2018; 35(1): 56-69. https://doi.org/10.3176/oil.2018.1.04

Salah Alaloul W., Al Salaheen M., Malkawi A.B., Alzubi K., Al-Sabaeei A.M., Ali Musarat M. Utilizing of oil shale ash as a construction material: A systematic review. Construction and Building Materials, 2021; 299: 123844 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123844

Lu H., Jia F., Guo C., Pan H., Long X., Liu G. Effect of Shale Ash-Based Catalyst on the Pyrolysis of Fushun Oil Shale. Catalysts, 2019; 9(11): 900 https://doi.org/10.3390/catal9110900

Uibu M., Tamm K., Viires R., Reinik J., Somelar P., Raado L., Hain T., Kuusik R., Trikkel A. The composition and properties of ash in the context of the modernization of oil shale industry. Oil Shale, 2021; 38(2): 155-176. https://doi.org/10.3176/oil.2021.2.04

Alsafasfeh A., Alawabdeh, M., Alfuqara, D., Gougazeh, M., Amaireh, M.N. Oil Shale Ash as a Substitutional Green Component in Cement Production. Advances in Science and Technology Research Journal, 2022; 16(4): 157-162. https://doi.org/10.12913/22998624/152464

Saoiabi S., Latifi S., Gouza A., Hammari L. El, Boukra O., Saoiabi A. Elimination of heavy metal Ni2+ from wastewater using Moroccan oil shale as bio sorbent. Material Today: proceedings. 2022; 58: 987-993. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.457

Korshunov A.D., Saltykova S.N., Dmitriev I.M. Evaluation of the possibility of use of coal-ash residues of oil shales as a sorbent. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences, 2023; 14(1): 127-131.

Sverchkov I.P., Gembitskaya I.M., Povarov V.G., Chukaeva M. A. Method of reference samples preparation for X-ray fluorescence analysis. Talanta, 2023; 252. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2022.123820

Yakushova N.D., Krupkin E.I., Pronin I.A., Sychev M.M., Maraeva E.V., Moshnikov V.A., Karmanov A.A., Averin I.A. Study of the distribution of adsorption centers by the indicator method using the example of zinc oxide. Proceedings of the international symposium Reliability and quality. 2018; 1: 234-236.

Kozhina L.F., Kosyreva I.V., Li E.P. Nickel and its compounds: properties and methods of determination. Study guide for the direction "Pedagogical education" profile "Chemistry". Saratov. Electronic resource. 2017, 62 p. (In Russ.)

Lebedev A.B., Utkov V.A., Khalifa A.A. Sintered sorbent utilization for H2S removal from industrial flue gas in the process of smelter slag granulation. Journal of Mining Institute, 2019, vol.237, pp.292–297. doi.org/10.31897/pmi.2019.3.292.

Bai S., Chu M., Zhou L., Chang Z., Zhang C., Guo H., Liu B., Wang S. Modified oil shale ash and oil shale ash zeolite for the removal of Cd2+ ion from aqueous solutions. Environmental Technology (United Kingdom). 2019; 40(11): 1485-1493. https://doi.org/10.1080/09593330.2018.1537311

Miyah Y., Lahrichi A., Mejbar F., Khalil A., Idrissi M., Zerrouq F. Elaboration and Characterization of New Adsorbent Using Oil Shale Ash for Dyes Removal from Aqueous Solutions. Advances in Science, Technology and Innovation. 2018; 105-107. https://doi.org/10.1007/978-3-030-01665-4_25

Jia L. Preparation method of oil shale ash-based adsorbent and method thereof for recycling nitrogen and phosphorus in biogas slurry. Patent CN106955662A, 2017.

Abdullaev A.M., Abdullaev M.A., Abdullaev R.M. Issledovanie granulometrii prirodnogo bentonite mestorozhdeniya Chechenskoj respubliki [Study of the granulometry of natural bentonite deposits in the Chechen Republic]. Innovacii. Nauka. Obrazovanie, 2021; 36: 1349-1357. (In Russ.)

Khatsrinov A.I., Mezhevich Z.V., Kornilov A.V., Lygina T.Z. Inorganic sorbents based on modified natural calcium- and iron-containing aluminosilicates. Inorganic Materials, 2019; 55(11): 1204-1212.

Gerasimov A.M., Ustinov I.D., Zyryanova O.V. Use of clay-containing waste as pozzolanic additives. Journal of Mining Institute, 2023; 260: 313-320. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.33

Zubkova O.S., Pyagay I.N., Pankratieva K.A., Toropchina M.A. Development of composition and study of sorbent properties based on saponite. Journal of Mining Institute, 2023; 259: 21-29. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.1

Seilkhanova G., Rakhym A., Kan A., Kenessova A., Mastai Y. The use of natural zeolite and chamotte clay-based sorbents for the extraction of sodium and potassium ions from saline water: a preliminary study. Chemical Bulletin of Kazakh National University, 2022; 105(2): 44-53. https://doi.org/https://doi.org/10.15328/cb1276

Sviridov A.V., Yurchenko V.V., Sviridov V.V., Ganebnykh E.V. Sorption of copper and nickel cations in the layered aluminosilicates. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2016; 16(1): 78-86. (In Russ.)

Belova T.P. Sorption kinetics of copper, nickel and cobalt ionsunder their compresence from aqueous solutions by zeolites. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2018; 18(3): 324-331. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2018.18/535 (In Russ.)

Ivanova E.S., GavronskayaYu.Yu., Pak V.N. Struktura I sorbcionnye svojstva H-formy gliny Lugovskogo mestorozhdeniya Pskovskoj oblasti [Structure and sorption properties of the H-form clay from the Lugovskoye deposit, Pskov region]. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2014; 14(2): 254-259. (In Russ.)

Marchenkova T.G., Kunilova I.V. Issledovanie sorbcii medi, nikelya, cinka I serebra na modificirovannom Sibajskom ceolite [Study of sorption of copper, nickel, zinc and silver on modified Sibay zeolite]. Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal), 2004; 11: 298-301. (In Russ.)

Filatova E.G., Matienko O.I. Investigation of the adsorption of nickel(II) ions by natural sorbents. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy. 2023; 23(1): 116-128. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/10999 (In Russ.)

Опубликован
2025-01-08
Как цитировать
Салтыкова, С. Н., Карапетян, К. Г., Коршунов, А. Д., Назаренко, М. Ю., & Дорош, И. В. (2025). Сорбция ионов никеля зольными остатками горючих сланцев Ленинградского месторождения. Сорбционные и хроматографические процессы, 24(6), 1003-1014. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12587