WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Регенерационная утилизация гальванических растворов, содержащих катионы меди (ii)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Пашаян Александр Араратович

Регенерационная утилизация гальванических растворов, содержащих катионы меди (II)

Специальность 03.00.16 – Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Иваново

2008 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Брянский государственный университет» им. И. Г. Петровского

Научный руководитель: Доктор химических наук, профессор Роева Наталья Николаевна
Официальные оппоненты: Доктор химических наук, профессор Казиев Гарри Захарович, г. Москва
Доктор химических наук, профессор Рыбкин Владимир Владимирович, г. Иваново
Ведущая организация: Институт химии растворов Российской академии наук, г. Иваново.

Защита состоится « 20 »октября 2008 г. в часов в аудитории Г205 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Ивановский государственный химико-технологический университет” по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Ивановский государственный химико-технологический университет” по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10. Е-mail: dissovet@isuct.ru.

Автореферат разослан « » сентября 2008 г.

Ученый секретарь, д.т.н., ст.н.с. Гришина Е.П.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В настоящее время одной из острых экологических проблем является проблема нарастающих количеств отработанных гальванических растворов и невостребованных гальванических шламов.

Электролиты меднения содержат комплексообразующие компоненты (аммиак и амины, тартраты, трилон-Б и т.п.), наличие которых предотвращает образование нерастворимых гидроксидов меди в щелочной среде. Следовательно, отработанные электролиты меднения не могут быть утилизированы в виде нерастворимых гидроксидов. Поэтому такие электролиты не смешивают с общими гальваническими стоками, в результате чего они накапливаются.

Наиболее приемлемыми необходимо считать процессы регенерационной утилизации медьсодержащих гальванических растворов, позволяющих выделить катионы меди и все другие компоненты электролитов. Такой подход обеспечит максимально полную очистку воды и за счет экономии регенерированных реагентов резко сократит расходы не только очистных сооружений, а также и процесса гальванического меднения.

Следовательно, проблема создания высокоэффективных и малоотходных (без образования шлама) методов регенерационных технологий утилизации любых гальванических стоков является актуальной.

Целью данной работы является разработка ресурсосберегающих химических способов регенерационной утилизации медьсодержащих гальванических растворов, позволяющих регенерировать катионы меди и все другие компоненты электролитов.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Провести анализ и критически оценить отечественный и зарубежный опыт в области очистки медьсодержащих гальванических электролитов и сточных вод.
  2. Теоретически обосновать выбор направления исследований.
  3. Создать и освоить методическую базу для осуществления аналитического контроля процессов в ходе исследований.
  4. Определить оптимальные условия процессов регенерационной утилизации медь содержащих гальванических растворов всех видов и назначений, позволяющих выделить катионы меди и все другие компоненты электролитов.
  5. Провести оценку эколого-экономической целесообразности разработанных способов.
  6. Предложить пути и механизмы реализации успешного и масштабного внедрения технологий, разработанных на основе проведенных исследований.

Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально осуществлена регенерационная утилизация и очистка медьсодержащих электролитов и растворов. При этом:

  • выявлены оптимальные условия и последовательность химических процессов, позволяющих осуществить количественную регенерационную утилизацию отработанных медно-аммиачных травильных растворов и щелочных электролитов меднения, содержащих комплексоны типа трилона Б и сегнетовой соли;
  • показано, что при совместной утилизации кислых и щелочных медно-аммиачных растворов с выходом >98% можно выделить хлорид аммония и катионы меди (II) в виде нерастворимого соединения [Cu(OH)ClCu(OH)2]nН2О (n=1-3), структура которого доказана физико-химическими методами;
  • показано, что количественное удаление хлорида аммония из раствора можно осуществить его частичным упариванием и высаливанием кристаллов с применением вторичного сырья спиртовой промышленности;
  • показано, что использование восстанавливающего моносахарида позволяет количественно удалить катионы меди (II) в виде оксида меди (I), регенерацию которого в соли меди (II) можно осуществить как в кислой, так и щелочной среде в присутствии окислителя - кислорода воздуха.

Новизна технических решений подтверждена решением РОСПАТЕНТа от 29.07.2008 г., о выдаче патента на изобретение по заявке № 2007108239/02(008973) и решением РОСПАТЕНТа от 07.04.2008 г., о выдаче патента на изобретение по заявке № 2007104455/02(004804)



Практическая ценность. Разработанные ресурсосберегающие способы регенерационной утилизации и очистки медьсодержащих гальванических электролитов представляют как экономическую, так и экологическую ценность, так как позволяют количественно извлечь и применять по назначению все исходные компоненты.

Экологическая ценность разработанных способов заключается в том, что они позволяют обеспечить глубокую степень очистки отработанных гальванических растворов до уровня действующих ПДК по воде.

На защиту выносятся: разработанные методики определения концентрации меди (II) в различных типах сточных вод; оптимальные условия выделения меди и сопутствующих продуктов из модельных травильных растворов и электролитов меднения, приготовленных в соответствии с промышленными методиками; оптимальные условия регенерационной утилизации отработанных промышленных гальванических растворов: медно-аммиачных щелочного и кислого травления; щелочного меднения, содержащих медно-тартратные комплексы и комплексы с трилоном Б.

Личный вклад автора. Постановка целей и задач исследований, оформление материалов для публикации научных статей, тезисов докладов и заявок на патенты осуществлены автором, совместно с научным руководителем. Автором лично проведено обобщение литературных данных и их критический анализ, теоретические исследования и их экспериментальное подтверждение, обобщение и обсуждение результатов исследований.

Достоверность проводимых исследований обеспечивалась: использованием современных и стандартных методов исследований и применением статистических методов обработки результатов, проверкой их на воспроизводимость, а также отсутствием противоречий с теми сведениями, которые ранее были известны. Методы исследования: спектрофотометрия, рН-метрия, титриметрия, гравиметрия, ИК-спектроскопия, рентгенофазный и химический анализ.

Апробация работы: основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на региональных научно-технических конференциях: Межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы утилизации отходов производства и потребления, пути их решения» (Брянск 2005г); Региональной научно-технической конференции «Вклад ученых и специалистов в национальную экономику», (Брянск, БГИТА, 2005г), на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2006г); на III Международном симпозиуме «Региональные проблемы экологии: Пути решения», (Республика Белорусь, Полоцк-2006г), на IX Всеукраинской научной конференции студентов, магистрантов и аспирантов «Экологические проблемы регионов Украины» (Одесса, ОГЭКУ 2007г), на второй Международной научно-технической конференции «Окружающая природная среда–2007: актуальные проблемы экологии и гидрометеорологии - интеграция образования и науки» (Одесса, ОГЭКУ 2007г), на пятой Международной научной конференции студентов, магистров и аспирантов «Современные проблемы экологии и геотехнологии» (Житомир, ЖГТУ, 2008г.).

Публикации: по теме диссертации имеется 14 публикаций.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, обзора литературы, теоретических исследований, методической части, экспериментальной части, выводов, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 188 страницах, из них 173 страница основного текста, включая 20 рисунков и 10 таблиц, библиография содержит 133 наименования.

Краткое содержание работы

I. Литературный обзор: рассмотрены и проанализи­рованы имеющиеся патентно-литературные сведения по различным способам утилизации медьсодержащих гальванических растворов меднения и медного травления. Сделан вывод, что эти способы неэффективны, так как не позволяют выделять медь и сопутствующие продукты из растворов, а лишь переводят их в менее опасные, с точки зрения экологии, формы. Показано, что большинство из применяемых способов не технологичны, характеризуются большими материальными затратами. Отмечено, что наиболее перспективными способами утилизации медьсодержащих травильных растворов являются регенерационные, в которых химическими преобразованиями удается выделить из раствора все компоненты и регенерировать их в исходные вещества. На основе анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований, которые решаются в диссертационной работе.

  1. Теоретическое обоснование выбора направлений исследования:

Теоретическими расчетами показано, что существующие в нестоящее время на практике методы очистки гальванических стоков не могут быть применены при утилизации гальванических электролитов меднения, где катионы меди (II) находятся в прочных комплексах. Оценена эколого-экономическая целесообразность применения реакций ионного обмена и окислительно-восстановительных процессов как в кислой, так и в щелочной средах. Доказано, что регенерационные методы утилизации этих электролитов позволят эффективно очистить воду и удовлетворить всем эколого-экономическим требованиям к этим процессам.





III. Методика эксперимента: Представлены условия и методы экспериментальных исследований.

Определение концентрации катионов меди (II) в исследуемых образцах проводили фотометрическим методом, с диэтилдитиокарбаматом свинца. Спектрофотометрические измерения проводили на приборах СФ-56 и Unico, снабженными персональными компьютерами. Спектры в ИК-области измеряли на приборе ФСМ-1201. Значения рН растворов определяли с помощью прибора рН-150МА. Взвешивание препаратов осуществляли с помощью электронных лабораторных весов марки ALC-210d4. Определение сухого остатка осуществляли по весовому анализу, упариванием растворов досуха. Рентгенофазный анализ кристаллов проводили на приборе ДРОН-3.

Математическую обработку полученных экспериментальных данных осуществляли с использованием ЭВМ.

IV. Экспериментальная часть:

4.1. Выявление оптимальных условий регенерационной утилизации электролитов меднения осуществляли на модельных растворах:

  • Медно-аммиачные растворы щелочного травления (г/л): растворяли CuCI22H2O (115), NH4CI (95) в 27% водном растворе аммиака до объема 1л. рН = 10,04.
  • Медно-аммиачные растворы кислого травления (г/л): растворяли CuCI22H2O (230), NH4CI (50), 50 мл концентрированной соляной кислоты в дистиллированной воде до объема 1л. рН = - 0,18.
  • Медно-тартратные электролиты меднения (г/л): растворяли CuSO45H2O (9), NaOH (9), Na2CO3 (6), Сегнетова соль - KNaTart (55) в дистиллированной воде до объема 1л. рН = 12,56.
  • Электролиты меднения, содержащие Трилон Б(г/л): растворяли CuSO45H2O (14); NaOH (15); Трилон-Б (30) в дистиллированной воде до объема 1л. рН = 12.

4.2. Разработаны экспресс-методы спектрофотометрического определения катионов меди (II) в медно-аммиачных, медно-таратратных и электролитах меднения, содержащих трилон Б.

4.3. Разработан метод совместной утилизации медно-аммиачных электролитов кислого и щелочного травления. Это позволяет сократить расходы кислоты или щелочи. Выявление оптимальных параметров совместной утилизации осуществляли методом потенциометрического титрования (см. рис.1).

 График потенциомет­рического График-2

 График потенциомет­рического График-3

Рисунок 1 График потенциомет­рического Рисунок 2 - График потенциомет­рического

титрования электролита кислого меднения (2) титрования в 0,1н растворе НCI безводного

щелочным электролитом (1). осадка (m = 0,10230 г) от совместной

утилизации.

Первый скачок потенциала на кривой (рис.1) при рН=1,5 соответствует реакции нейтрализации соляной кислоты аммиаком с образованием гидролизующейся соли хлорида аммония. Концентрация хлорида аммония задается исходными количествами соли и дополнительно образовавшимся количеством NH4CI в результате реакции нейтрализации, и составляет 1,27 моль/л. При отсутствии других компонентов в растворе рН в точке эквивалентности определяется гидролизом хлорида аммония (рН= 4,7). Однако, в растворе присутствует и хлорид меди (1,314моль/л), гидролиз которого соответствует значениям рН = 3,86. Как видно из рисунка 1, первый скачок потенциала происходит в интервале 0,5-2,5, то есть он опережает рассчитанное нами значение рН на 2-3 единицы. Этот факт может быть объяснен тем, что в водных растворах аммониевых солей катионы меди находятся в составе аммиачных комплексов различного строения [Cu(NH3)х(H2O)y]2+, в связи с чем, их влияние на рН среды посредством гидролиза не может быть точно оценено. Можно только предположить, что значение рН первого скачка обусловлено не только гидролизом хлоридов аммония и меди (II).

Второй скачок потенциала происходит в интервале рН = 4 - 6,5 (буферная смесь NH4ОН+NH4CI), при котором наблюдалось выделение осадка и обесцвечивание раствора над ним. Остаточное содержание меди в растворе над осадком при рН=5,25 составляло 235 мг/л, что превышает значение ПДК [ПДКрыб.хоз. (Cu2+)=0,001мг/л] более чем 25 000 раз. Таким образом, при совместной утилизации кислых и щелочных растворов степень конверсии Cu2+ в осадок составляет ~99,9%, однако такой подход не обеспечивает требуемое значение гигиенических нормативов. Поэтому, требуется дополнительная доочистка маточных растворов от Cu2+.

Аналитический контроль качественно-количественного состава исследуемых растворов осуществляли спектрофотометрическим методом, пользуясь литературными данными о спектрах поглощения комплексов меди состава: [Cu(H2O)6]2+; [Cu(NH3)(H2O)5]2+ ; [Cu(NH3)2(H2O)4]2+; [Cu(NH3)3(H2O)3]2+; [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ и [Cu(NH3)5(H2O)]2+ в области 500 – 1000 нм.

Доочистку раствора от остаточных количеств катионов меди (235мг/л) осуществляли с применением катионитов: сульфоуголь в Н+, Na+ и NH4+ формах (см.табл. 1).

В концентрированных растворах [С(NH4Cl) 1,3моль/л] происходит осмотический удар, и иониты перестают работать. Поэтому необходимо удалить NH4Cl из раствора. Такой подход одновременно продиктован необходимостью полной регенерации компонентов отработанных растворов.

Таблица 1-Зависимость степени очистки воды от Cu2+ ( 235мг/л),



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.