ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ФОСФОГИПСЕ ПРИ РЕШЕНИИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

© 2021 г. В. Ю. Шигаев^1,*, Д. А. Шелепов^1,**, А. Е.
Хохлов^1,***, И. А. Меренов^2,****

¹Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского; ул. Астраханская, 83, г. Саратов, 410012 Россия

²Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова”, пл. Театральная, 1, г. Саратов, 410012 Россия

^*Email: vital1969_08@mail.ru 
^**Email:shelepov@renet.ru 
^***Email:profsnab_hae@mail.ru
^****Email: ivan_merenov@mail.ru

Поступила в редакцию 24.08.2020 г.
После исправления 21.10.2020 г.
Принята к публикации 22.11.2020 г. 

Крупнотоннажные отвалы фосфогипса, хранящиеся под открытым небом, оказывают крайне негативное влияние на геологическую среду. Их утилизация либо вторичное использование является достаточно актуальной задачей. В настоящее время в научной литературе публикуются материалы по переработке данного сырья в электрическом поле постоянного тока, но многие вопросы остаются освещенными недостаточно широко. В связи с этим, целью данной работы является изучение электрокинетических и электрохимических явлений, возникающих в фосфогипсе под действием электрического поля постоянного тока. Рассматриваются различные варианты насыщения исходных образцов дистиллированной водой и их последующая электрообработка в геоэлектрохимическом устройстве, разработанном на кафедре геофизики СГУ (патент № 47365 РФ, от 27.08.2005). В зависимости от времени пропускания постоянного тока, окислительно-восстановительной обстановки на электродах, минерализации порового электролита и с учетом способа растворения образцов установлена последовательность и объемы выделения жидкости на катоде и аноде. Зафиксировано аномально высокое содержание ряда химических элементов в прикатодном участке установки по сравнению с их исходной концентрацией. Минералого-петрографические, химические, рентгенофазовые и другие исследования зафиксировали изменение состава и структуры исследуемых образцов. Полученные данные важно учитывать при выборе режима электрообработки отходов для извлечения из них различных металлов. Наблюдаемые электроповерхностные явления предлагается использовать при решении ряда прикладных задач в области геоэкологии, например, при подборе веществ-коагулянтов, вводимых в качестве добавок для получения композитов на основе фосфогипса.

Ключевые слова: фосфогипс, постоянный электрический ток, время пропускания тока, электрокинетические и электрохимические явления, изменение структуры и состава образцов.

DOI: 10.31857/S0869780921020090

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белобров В.П., Гребенников А.М., Куленкамп А.Ю. и др. Особенности биологической рекультивации отвала фосфогипса балаковского филиала АО “Апатит” // Экологический вестник Северного Кавказа. 2015. № 1. С. 20-25.
2. Большаков В.Д. Теория ошибок наблюдений. М.: Недра, 1983. 223 с.
3. Водяницкий Ю.Н., Минеев В.Г. Различие в значениях pН гидроморфных почв при полевом и лабораторном анализах // Вестник Московского университета. Сер. 17: Почвоведение. 2016. № 1. С. 3-9.
4. Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов. М.: МГУ, 1973. 376 с.
5. Дир У.А., Хауи А.Р., Зусман Дж. Породообразующие минералы. Т. 1. Ортосиликаты и кольцевые силикаты. М.: Мир, 1965. 404 с.
6. Королев В.А. Теория электроповерхностных явлений в грунтах и их применение. М.: ООО “Сам полиграфист”, 2015. 468 с.
7. Иваницкий В.В., Классен П.В., Новиков А.А. и др. Фосфогипс и его использование. М.: Химия, 1990. 224 с.
8. Меренов И.А., Шигаев В.Ю., Хохлов А.Е. Исследование окислительно-восстановительных свойств фосфогипса при взаимодействии с полем постоянного электрического тока // Сб. научных трудов по материалам VI междунар. научной конференции. Екатеринбург: НИЦ “Л-Журнал”, 2017. С. 52-55.
9. Никитина Н.Г., Гребенькова В.И. Общая и неорганическая химия. Ч. 1. Теоретические основы. М.: Юрайт, 2018. 211 с.
10. Окорков В.В. Влияние фосфогипса на поведение стронция и других тяжелых металлов при мелиорации солонцов // Сб. научных трудов по матер. V Междунар. научной экологической конференции. Краснодар: ФГБОУ ВО “Кубанский государственный аграрный университет”, 2017. С. 107-116.
11. Осипов В.И. Внутрикристаллическое разбухание глинистых минералов // Геоэкология. 2011. № 5. С. 387-398.
12. Плеханова И.О., Аймалетдинов Р.А. Влияние отходов производства фосфорных удобрений на экологическое состояние близлежащих территорий // Проблемы агрохимии и экологии. 2014. № 1. С. 50-54.
13. Простов С.М., Покатилов А.В., Рудковский Д.И. Электрохимическое закрепление грунтов. Томск: Томский университет, 2011. 294 с.
14. Путиков О.Ф. Основы теории нелинейных геоэлектрохимических методов поисков и разведки. СПб.: СПГГИ им. Г.В. Плеханова, 2008. 534 с.
15. Самонов А.Е., Борисовский С.Е. Нетрадиционная безотходная переработка апатитового концентрата и фосфогипса // Экология и промышленность России. 2005. № 7. С. 8-11.
16. Самонов А.Е., Мелентьев Г.Б., Ваньшин Ю.В. Экологическое воздействие хранилищ фосфогипса и пиритных огарков на среду обитания и перспективы их комплексной переработки с получением высоколиквидной товарной продукции // Экология промышленного производства. 2008. № 2. С. 65-76.
17. Семенов А.А. Технология разделения редкоземельного концентрата, выделенного из фосфогинса, с получением диоксида церия и оксида неодима: дис. канд. тех. наук. М., 2016. 126 c. URL: http://www.dslib.net/texnologia-neorganiki/tehnologija-razdelenija-redkozemelnogo-koncentrata-vydelennogo-iz-fosfogipsa-s.html 
18. Солдаткин С.И., Хохлов А.Е. Проблемы использования фосфогипса в дорожном строительстве // Недра Поволжья и Прикаспия. 2019. № 97. С. 58-61.
19. Шигаев В.Ю. Геоэлектрохимические исследования геологической среды. Саратов: СГУ им. Н.Г. Чернышевского, 2012. 184 с.
20. Шигаев В.Ю., Шелепов Д.А., Меренов И.А. Изменение порового пространства отходов переработки фосфорсодержащего сырья в фосфорную кислоту при их электрообработке // Недропользование XXI век. 2019. № 2. С. 154-159. URL: http://naen.ru/journal_nedropolzovanie_xxi/arkhiv-zhurnala/2019/2_90_let_geologicheskikh_pobed 
21. Ablyeva I.Yu., Plyatsuk L.D., Kotsyuba I.G. Features of the process of processing sludge by chemical method using phosphogypsum // Bulletin of Zhytomyr State Technological University. Series: Technical Sciences, 2013, no. 4(67), pp. 84-88.
22. Pikarenya D.S., Orlinskaya O.V., Chushkina I.V. et all. New ways of processing phosphogypsum as environmentally hazardous raw materials // Construction. Materials science. Engineering. Series: life Safety, 2013, no. 71(1), pp. 179-186.
23. Rabah M.A., Nassif N., Abdul Azim A.A. Electrochemical wear of graphite anodes during electrolysis of brine // Carbon, 1991, no. 29(2), pp. 165-171.
24. Schaad W. Praktische Anwendungen der Electro-Osmose im Gebiete des Grundbaues // Die Bautechnik, 1958, no. 35(6), pp. 210-215.
25. Walawalkar, М. Extraction of Rare Earth Elements from Phosphogypsum (Fertilizer Production By-product: dis. master of applied science). Toronto. 2016.
26. Wang M., Tang Y., Anderson W.N.C., Jeyakumar P., Yang J. Effect of simulated acid rain on fluorine mobility and the bacterial community of phosphogypsum // Environmental Science and Pollution Research, 2018, vol. 25, pp. 15336-15348. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29564699/. (accessed 03.08.2020)