Шведские ученые упростили добычу гидроксида цинка из летучей золы с мусоросжигательных заводов
Ученые из Швеции опробовали удобный способ добычи гидроксида цинка из летучей золы с мусоросжигательных заводов. В качестве выщелачивающего агента они использовали отходы дымового фильтра, а для двух стадий производства применяли установки одной и той же конструкции. Полученный в результате гидроксид цинка с концентрацией выше 50 процентов потенциально можно использовать для получения металла на заводе. Статья опубликована в журнале Waste Management.
Летучая зола — это легкие микроскопические отходы сжигания топлива, которые не остаются на дне топки, а увлекаются вверх потоком горячих газов. В ранний индустриальный период на проблему фильтрации воздуха обращали гораздо меньше внимания, но по современным экологическим стандартам это недопустимо, и потому летучую золу фильтруют и утилизируют.
Особые проблемы связаны с золой, полученной от сжигания бытовых отходов, поскольку в ней содержатся растворимые соли и вредные металлы, включая ртуть, цинк и свинец. Из-за этого перед захоронением такую золу необходимо либо связать с чем-нибудь, либо выбрасывать в отработанные соляные шахты, чтобы вещества из нее не попали в среду. Между тем, ценные металлы из летучей золы можно извлечь и использовать повторно, но существующие на сегодняшний день технологии для этого весьма сложны. Например, в Швейцарии золу промывают растворителем, после чего получают металлический цинк с помощью электролиза.
Карин Федье (Karin Fedje) из шведской компании Renova AB и ее коллеги придумали способ извлекать гидроксид цинка из летучей золы, который лучше сочетается с существующей технологией переработки отходов. Для эксперимента ученые собрали несколько сот килограммов золы с мусоросжигательных заводов. В ее составе преобладали хлориды натрия и калия, а соединений цинка было примерно в два раза меньше, 25 миллиграмм на килограмм. Затем, для выщелачивания соединений цинка из этой золы исследователи взяли отходы различных скрубберов (газовых очистителей), с того же мусоросжигательного завода: соляную кислоту, сульфатную и обычную воду. Опытная установка, работающая в потоковом режиме со скоростью до сотни килограмм золы в час, состояла из системы дозирования золы, бака с жидкостью, крыльчатки для перемешивания и фильтра для отделения нерастворимого остатка.
Для получения металлического цинка из кислого раствора ученые применили химическое осаждение. Для удешевления процесса на этой стадии используется та же установка, что и для выщелачивания, только на этот раз в ее бак засыпали не золу, а гидроксид натрия (натровый щелок). В результате образовывался гидроксид цинка, который кристаллизовался в баке по мере роста концентрации, и затем эти кристаллы осаждались на фильтре, после чего сушились. В результате исследователи получили сухое вещество, в составе которого, в зависимости от деталей процесса, содержится от 50 до 70 процентов гидроксида цинка. Авторы утверждают, что данную смесь легко использовать в качестве сырья для выплавки цинка на обычном металлургическом заводе, где имеется опыт удаления примесей соединений других металлов.
Повторное использование материала — наиболее экологичный способ утилизации отходов. Однако если такой возможности нет, то можно, как и в случае с летучей золой, повторно использовать химические элементы этого материала. Например, с помощью микроволнового излучения можно из пластиковых отходов добывать водород. Подробно о том, почему в современном мире отходы стали товаром, читайте в нашем материале «Замкнутый круг ресайклинга».
Василий Зайцев
Концентрация некоторых из них превышает максимальную для жилых помещений
Концентрация аценафтена, фенантрена, пирена и перфтороктановой кислоты в пыли, собранной внутри МКС, в разы превосходит максимальные значения этих веществ, установленные для жилых помещений в США. В то же время концентрация многих стойких органических загрязнителей укладывалась в безопасный диапазон, но многократно превосходит медианные значения. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters. Космонавты на МКС находятся в замкнутом пространстве, и для обеспечения безопасных условий работы воздух внутри станции должен быть чистым. Но даже при дыхании люди выделяют углекислый газ, аммиак, ацетон, уксусную кислоту и некоторые другие метаболиты. Из-за воздействия на организм ионизирующего излучения, невесомости, шума, вибрации, пониженного и повышенного содержания кислорода в воздухе состав и концентрации таких метаболитов не равноценны тем, что присутствуют в воздухе земных помещений. Кроме того, различные газы в воздушную среду МКС может выделять доставляемое туда оборудование, а также системы корабля, если случается их разгерметизация. Ученые под руководством Стюарта Харрада (Stuart Harrad) из Бирмингемского университета исследовали пыль, собранную из воздушной среды МКС, на присутствие в ней стойких органических загрязнителей — полибромдифениловых эфиров, новых бромсодержащих антипиренов, гексабромциклододеканов, фосфатных эфиров, полихлорированных бифенилов, полифторалкильных соединений и полиароматических углеводородов. Концентрации почти всех стойких органических загрязнителей на МКС укладывались в диапазоны, известные для жилых помещений США. При этом у многих веществ, особенно из групп полибромдифениловых эфиров и полиароматических углеводородов, они превосходили медианные значения для таких помещений на порядки. Например, концентрация полибромдифенилового эфира BDE-99 в пыли на МКС составила 27000 нанограмм на грамм, а ее медианное значение для домашней пыли США — 580 нанограмм на грамм. Концентрации таких полиароматических углеводородов как аценафтен, фенантрен и пирен в разы превосходили не только медианные, но и максимальные значения, установленные для американских домов (930 против 25, 830 против 390 и 1600 против 300 нанограмм на грамм соответственно). Аналогичная ситуация наблюдалась и для перфтороктановой кислоты, концентрация которой в пыли на МКС составила 2600 нанограмм на грамм. Медианное значение концентрации этого вещества в домах США — 140 нанограмм на грамм, максимально известное — 1960 нанограмм на грамм. Авторы отметили, что впервые обнаружили стойкие органические загрязнители во внеземной среде. Их источники невозможно установить доподлинно, но предположительно их высокое содержание может быть связано с огнезащитной обработкой поверхностей, защитой хрупких грузов с помощью пенополиуретановой пены и гидроизоляционной обработкой против грибка. С учетом того, что используемые материалы оказались не слишком устойчивыми во внеземных условиях и в больших количествах попали в воздух обитаемых помещений, исследователи предлагают выбирать другие материалы для упаковки и защитной обработки оборудования. Для токсикологического контроля МКС важно исследовать не только ее внутреннюю воздушную среду, но и состояние внешней обшивки. Ученые выяснили, что космическая пыль, прилипающая к ней, является биохимически активной средой, и обнаружили в ней жизнеспособные микроорганизмы.