Группа ученых под руководством доцента кафедры экспериментальной физики Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) Александра Черепанова разработала технологию переработки жидких отходов добычи калийных удобрений. Технология не имеет мировых аналогов. Она универсальная, подходит практически для любых промышленных предприятий; позволяет очищать промышленные стоки — убирать нерастворимые компоненты из раствора и снижать объем соли в воде.
Первая ступень технологии, предварительная очистка. Она забирает все нерастворимые компоненты и позволяет получать чистый рассол, который затем (на установке электродиализа) превращается в кислоты и щелочи. В руках у Александра Черепанова ключевые элементы этой установки - керамические мембраны
Очистка стоков по данной технологии происходит в два этапа. Первый — предварительная очистка растворов от взвешенных частиц скальных пород. Этот этап отработан в нефтедобывающем секторе, предполагает применение керамических мембран. Потом — электродиализ. С помощью анионитных и катионитных мембран все компоненты солей разделяются по двум зонам. Получается очень соленый раствор (в 10 раз соленее, чем морская вода) и очищенная вода.
«Мы пошли дальше и на втором этапе технологии применили дополнительный тип мембран — биполярный. Он представляет собой „связку“ из мембран первых двух типов и обеспечивает разложение воды, присутствующей в шламах, на водород и гидроксильную группу, которые связываются с разделенными компонентами соли. Благодаря чему образуются соляная кислота и щелочь. Таким образом, из исходного раствора мы получаем два — кислотный и щелочной», — рассказывает Александр Черепанов.
Чистота кислоты и щелочи зависит от режима электрического воздействия. Но добиваться особой чистоты, как на специализированных химических производствах, необязательно. Во-первых, небольшое остаточное содержание соли приемлемо, а в ряде случаев обязательно для использования. Во-вторых, происходит экономия на энергозатратах. Энергоэффективность этой технологии в сравнении с известными аналогами выше практически на порядок.
«Кислотные и щелочные растворы — это химические реагенты, которые используются в промышленности. То есть мы не просто утилизируем отходы калийного производства, а перерабатываем их в товарный продукт, используя сырье нулевой стоимости, — подчеркивает Черепанов. — Это значит, что предприятиям калийной промышленности не нужно приобретать химические реактивы, калийщики станут получать их из отходов собственного производства».
По прогнозам Александра Черепанова, продукты новой технологии будут востребованы как основа для производства бытовой химии, сырье для изготовления стекла, моющее средство для очистки оборудования, в пищевой и нефтяной промышленности. Кроме того, кислотные и щелочные растворы c остаточным содержанием солей идеально подходят для устранения загрязнений внутри нефтяных скважин и повышения отдачи нефтеносных пластов.
«Так как затраты на переработку отходов минимальны, реализация получаемых продуктов может быть не менее выгодной, чем производство калийных удобрений, — указывает Черепанов. — Нашу разработку также можно использовать для обессоливания морской воды, ведь это не что иное, как водный раствор хлорида натрия и еще некоторых соединений и элементов, включая калий. Например, так можно решить проблему нехватки питьевой воды в Крыму».
По этой технологии у ученых есть уже два патента (первый, второй), исследователи готовятся подать заявку на третий. Кроме того, работают над созданием промышленной модульной установки. Проектируемый срок ее надежной эксплуатации не менее 10 лет.
«Чтобы увеличить производительность установки, достаточно состыковать соответствующее количество модулей. Размеры оборудования мы рассчитываем под габариты стандартного грузового контейнера размером 6,0*2,4*2,5 метра. Оно будет основательно защищено от внешних воздействий и удобно в транспортировке», — говорит Александр Черепанов.
Справка
Жидкие отходы (шламы) калийных производств — это высококонцентрированные растворы хлорида натрия с остаточным содержанием неизвлеченных солей калия; содержат нерастворимые компоненты скальной породы (песок, глину и т. д.). Такие отходы очень соленые, крайне минерализованы и опасны для окружающей среды в случае утечек.
На сегодня крупнейшие месторождения калийных солей в мире находятся в России, Канаде, Германии, Белоруссии. В России основные месторождения располагаются в Пермском крае и Волгоградской области. Сейчас их хранение осуществляют в огромных, размером в несколько футбольных полей, открытых резервуарах — шламохранилищах. Общая масса накопленных отходов исчисляется несколькими сотнями миллионов тонн и продолжает расти. В случае переполнения резервуаров бассейны Камы и Волги могут столкнуться с серьезными экологическими последствиями, а производители понесут колоссальные штрафы и убытки.
Фото: Карина Голованова
Информация и фото предоставлены пресс-службой Уральского федерального университета
