Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Лабораторная работа № 1. Утилизация никеля из сточных вод гальванических цехов с применением соосадителя

Предисловие

 

Курс технологических основ рекуперации и утилизации промышленных отходов для студентов специальности 32-07 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» включает четыре основных раздела: лекции, практические занятия, курсовую работу и лабораторный практикум.

Три первые предназначены для закрепления теоретического материала и расчетных навыков, а четвертый наиболее важен с двух точек зрения:

– он позволяет студенту непосредственно познакомиться с реальными, хотя и проводимыми в малых масштабах, химико-технологическими процессами;

– студент получает возможность пройти все основные стадии реальной исследовательской работы.

В Практикум включены лабораторные работы, посвященные освоению всех основных методов рекуперации и утилизации промышленных отходов: механических, реагентных, электрохимических, ионообменных, экстракционных, адсорбционных и мембранных. Каждый из методов представлен двумя-тремя работами, отражающими различные аспекты его применения в реальных условиях.

Построение Практикума традиционно.

Выполнению лабораторной работы предшествует ознакомление с соответствующим теоретическим разделом учебника и данного Практикума.

Затем следует изучение общей и специальной инструкции по технике безопасности при работе в химической лаборатории и при выполнении данной конкретной работы.

Далее студент получает задание, знакомится с лабораторной установкой, вспомогательным оборудованием и контрольными приборами.

Основным этапом работы является экспериментальное изучение влияния того или иного фактора на протекание изучаемого процесса, составление таблиц и построение графиков зависимости тех или иных характеристик процесса от температуры, концентрации, продолжительности опыта и т.п.

По результатам исследования студент проводит расчеты и составляет краткий отчет по работе.

На заключительном этапе проводится обсуждение результатов, защита отчета и разрешение основных контрольных вопросов по работе.

В настоящее издание включены 16 лабораторных работ, составленных доцентами Автономовой Е.Н. (работы 11, 15), Луциком В.И. (1, 10, 12, 13), Чурсановым Ю.В. (2, 3, 4, 5, 6, 7), Шеретовой Г.М. (8, 9) и профессором Поташниковым Ю.М. (5, 14).

Теоретические введения к группам работ, посвященных механическим, реагентным и ионообменным методам написаны Ю.М.Поташниковым, электрохимическим и адсорбционным – В.И.Луциком, мембранным – Чурсановым Ю.В. и Шеретовой Г.П. и экстакционным – Ю.В.Чурсановым.

Составители благодарят сотрудников кафедры Химии, участвовавших в отработке методик и освоении работ: ассистента Горцевич С.Л., инженера Нурметову Л.А., старшего лаборанта Андрееву Л.А. и программиста Гусеву Н.А.


ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Предисловие................................................................................................. 4

ОГЛАВЛЕНИЕ............................................................................................ 6

1. Реагентные методы.................................................................................... 8

1.1. Общая характеристика

1.1.1 Нейтрализация

Лабораторная работа 1.1. Утилизация никеля из сточных вод гальванических цехов с применением соосадителя.......................................................................... 14

Лабораторная работа 1.2. Разложение водно-масляных эмульсий и их рекуперация..................................................................................................................... 18

Лабораторная работа № 3. Утилизация хрома из сточных вод гальванических цехов с получением пигментов типа "свинцовый крон"....................................... 20

Лабораторная работа № 4. Утилизация меди из отработанных растворов травления медных плат............................................................................................... 23

Ионообменные методы .............................................................................. 26

Теоретические основы ионообменной сорбции........................................ 26

Лабораторная работа.№ 5. Регенерация электролитов методом ионного обмена 37

Лабораторная работа № 6. Утилизация никеля из сточных вод гальванических цехов ионообменной сорбцией на катионитах.................................................... 41

Лабораторная работа № 7. Поглощение аммиака ионитами и его регенерация. 43

Электрохимические процессы................................................................... 46

Лабораторная работа № 8. Улавливание меди из сточных вод гальванических производств методом цементации............................................................. 53

Лабораторная работа № 9. Электрохимическое выделение меди из отработанных растворов гальванического производства................................................ 55

Адсорбционные процессы.......................................................................... 59

Лабораторная работа № 10. Утилизация органических соединений методом адсорбции паров на активированном угле. Улавливание паров бензола................ 61

Лабораторная работа № 11. Утилизация содержащихся в сточных водах органических соединений методом адсорбции на активированном угле....................... 63

Дистилляция................................................................................................ 66

Лабораторная работа № 12. разделение смеси ацетон-бензол методом дистилляции.................................................................................................................... 67

Методы разделения фаз. Фильтрование................................................. 70

Лабораторная работа № 13. Механическое обезвоживание осадков промышленных сточных вод методом фильтрации............................................................ 75

Лабораторная работа № 14. кондиционирование осадков промышленных сточных вод. Обработка осадков органическими флокулянтами.................................. 78

Экстракционные методы ........................................................................... 81

Лабораторная работа № 15. Регенерация растворов и соединений методом жидкостной экстракции.................................................................................................. 85

Мембранные методы утилизации и рекуперации.................................. 88

Лабораторная работа № 16. Применение электродиализа с биполярными мембранами в утилизации промышленных отходов........................................................ 90

 


Реагентные методы

Эти методы могут быть использованы для переработки промышленных отходов, находящихся в любых агрегатных состояниях. Но они наиболее эффективны при рекуперации и утилизации примесей промышленных и бытовых сточных вод (СВ). Дело в том, что примеси в такого рода объектах содержатся как в виде осадков, так и в виде растворов, и целесообразное изменение состава тех и других возможно только химическим путем.

К классическим реагентным методам очистки СВ относят обычно нейтрализацию, окисление и восстановление. В качестве дополнительных методов используют растворение (выщелачивание) осадков и осаждение малорастворимых соединений из растворов. Во многих случаях указанные методы сопровождаются выделением или поглощением газообразных веществ, что необходимо учитывать при аппаратурном оформлении процессов.

Ввиду дороговизны большинства реагентов химические методы очистки СВ стараются осуществить путем соединения подходящих по составу жидких (и, нередко, твердых и газообразных) отходов. Однако в ряде случаев (обеззараживание, дегазация, дезактивация, глубокая очистка и др.) стоимость реагентов отходит на второй план.

Рассмотрим реагентные методы в порядке уменьшения частоты использования.

Нейтрализация

Это необходимая и наиболее часто используемая операция, предшествующая сбросу СВ в водоемы или в системы БОС. Выбор способа нейтрализации зависит от объема, кислотности и щелочности СВ, присутствия других примесей, режима поступления, доступности и стоимости реагентов.

1.1. Нейтрализация смешением

Ее используют при наличии на одном или на близко расположенных предприятиях достаточных количеств кислотных и щелочных выбросов. В качестве примера могут служить ТЭЦ, в системах мокрого золоудаления которых образуются щелочные СВ, а с дымовыми газами выбрасываются огромные количества кислотных оксидов.

После взаимной нейтрализации основных количеств кислых и щелочных выбросов избыточные кислотные или щелочные растворы могут быть нейтрализованы с помощью реагентов.

1.2. Реагентная нейтрализация

Она обычно применяется к кислым СВ, количество которых на большинстве современных производств значительно превышает объем щелочных. Для нейтрализации используют гидроксиды и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. Оксидные щелочные нейтрализаторы (негашеную известь, цементы, металлургические шлаки, золу-унос и др.) применяют реже, дефицитные содовые и аммиачные компоненты – только в тех случаях, когда они являются отходами соответствующих производств.

Наиболее дешевый нейтрализатор кислых СВ – гидроксид кальция вводимый в форме «мокрого» (известковое молоко - суспензия, содержащая 5 – 10% активного гидроксида) или «сухого» (порошок Ca(OH)2) дозирования. При этом необходимо учитывать, что при его использовании для нейтрализации серной, сернистой, фосфорной, щавелевой и некоторых других кислот в реакторах могут образовываться осадки, осложняющие работу аппаратуры (например, гипс CaSO4.2H2O). Эти затруднения могут быть частично сняты применением вертикальных фильтров-нейтрализаторов, в которых фильтрующий слой высотой около 1 м состоит из крупных (порядка нескольких сантиметров) кусков, известняка или доломита, а скорость просачивания составляет не более 5 м/с. Аналогичные функции выполняют и горизонтальные фильтры-осадители, выполняемые в виде желобов с такой же загрузкой, в которых скорость течения СВ не превышает 1 – 3 м/с.

1.3. Нейтрализация щелочных стоков

Ее можно осуществлять смешением с кислыми водами или добавлением серной или соляной кислот, но наиболее экологичным и экономичным способом является нейтрализация отходящими кислыми газами, содержащими CO2, SO2, NO2, N2O3, позволяющая одновременно очищать сами газы от вредных, в том числе пылевидных, примесей Особенно эффективен в этой роли углекислый газ, не вызывающий избыточное закисление растворов, нетоксичный и образующий карбонаты, широко применяемые в строительстве. Вместе с тем следует отметить, что для реализации этой эффективной ресурсосберегающей технологии требуется более сложное оборудование. и более точное регулирование основных параметров процесса, исключающего образование карбонатных отложений:

2OH- + 2CO2 = 2HCO3-.

Окисление

Этот метод широко распространен вследствие тройного предназначения: а) для очистки от восстановителей, способных нарушать кислородный баланс водоемов, б) для удаления токсичных веществ типа фенолов, фосфидов, арсенидов, цианидов, сульфидов и в) для обеззараживания путем уничтожения опасных микроорганизмов и токсичных продуктов их жизнедеятельности.

Соответственно, широк и перечень применяемых окислителей: хлор и хлоропроизводные, манганаты и дихроматы щелочных металлов, пероксокислоты и пероксиды, пиролюзит, озон, кислород, воздух, фтор и др. При использовании большинства этих реагентов активным началом в процессах окисления является кислород. Вследствие этого окисленные формы загрязнителей утрачивают свои вредные функции, а органика и биоорганика удаляются в виде углекислого газа.

Недостатками метода окисления являются дороговизна и большой расход окислителей. Самым дешевым, хотя и наименее эффективным, является воздух. Далее следуют, хлор и его производные. Однако применение последних для очистки СВ во многих странах запрещено, поскольку, как считают, они способны продуцировать диоксины.

2.1. Окисление в присутствии хлора и хлоропроизводных

Газообразный хлор реагирует с водой, образуя слабую хлорноватистую и сильную хлороводородную кислоты

Cl2 + H2O = HOCl + H+ + Cl-.

При подщелачивании раствора образуется свободный гипохлорит-ион.

Cl2 + 2 OH- = OCl- +Cl- + H2O.

Количество Cl2, HOCl и ClO- называют активным свободным хлором.

Источником активного хлора является также хлорная известь, получаемая как смесь гипохлорита (оксохлората (1)) и хлорида при хлорировании гидроксида кальция при t = 25 – 300C

Ca(OH)2 + 2 Cl2 = Ca(OCl)2 + CaCl2 + 2 H2O.

При 65 – 70 oC процесс идет с образованием оксохлората (11)

2 Ca(OH)2 + 4 Cl2 = Ca(OClO)2 + CaCl2 + 4 HCl,

однако при дальнейшем повышении температуры возможно образование диоксида хлора, который также является сильным окисляющим агентом

5 Сa(OClO)2 + 8 HCl = 8 ClO2 + 5 CaCl2 + 4 H2O.

При хлорировании аммонийных солей в присутствии щелочи образуются хлорамин и дихлорамин, которые содержат активный связанный хлор и являются ценными обеззараживающими и анестезирующими агентами

2 Cl2 + 2 NH4Cl + 3 NaOH = NH2Cl + NHCl2 + 3 NaCl + 4 H2O.

Хлорирование СВ чаще всего проводят в периодическом режиме в емкостях, снабженных инжекторами для подачи газообразного хлора и включенных в систему циркуляции, действующей до момента полного окисления примесей, после чего подачу газа прекращают и воду сливают в сборники, из которых она непрерывно подается на доочистку или на БОС. Хлорирование в непрерывном режиме возможно только при наличии совершенной системы автоматического контроля и регулирования процессов.

Ниже приводятся уравнения реакций хлорирования наиболее опасных загрязнителей СВ

NaCN + Cl2 + H2O = NaCNO + 2 HCl,

Na2S + 4 Cl2 + 4 H2O = Na2SO4 + 8 HCl,

PH3 + 4 Cl2 + 4 H2O = H3PO4 + 8 HCl.

Как видим, хлорирование в нейтральных средах приводит к значительному закислению СВ. В щелочных растворах возникает не менее сложная ситуация, связанная с огромным расходом щелочей и образованием эквивалентных количеств хлоридов.

Только дешевизна хлора частично компенсирует его неэкологичность и в какой-то мере оправдывает его применение для очистки СВ.

Вместе с тем обезвреживание циансодержащих СВ проходит без каких бы то ни было осложнений

NaCN + Cl2 + 2 NaOH = NaCNO + 2 NaCl + H2O.

Правда, цианаты вызывают гидролиз

CNO- + 2 HOH = CO32- + NH4+,

образуя небезвредный аммоний. Но их легко доокислить гипохлоритом при рН = 8 – 10, контролируя полноту реакции по остаточному активному хлору, концентрацию которого поддерживают на уровне 5 – 10 мг/л.

2.2. Пероксидирование

Можноосуществлять пероксидами щелочных и щелочноземельных металлов, пероксокислотами и их солями, но наиболее удобным реагентом является 30%-ный пероксид водорода (пергидроль).

Пероксид-ион бифункционален: в щелочной среде более полно проявляются его восстановительные свойства, и он окисляется

H2O2 + 2 OH- - 2e = 2 H2O + O2 ,

а в кислой – окислительные, вследствие чего он восстанавливается

H2O2 + 2 H+ + 2e = 2 H2O.

Естественно, многое зависит от окислительно-восстановительных потенциалов соответствующих партнеров.

Первая схема может быть использована для удаления окислителей, например, для дехлорирования и накислороживания воды

H2O2 + Cl2 + 2 NaOH = O2 + 2 NaCl + 2 H2O,

в соответствии со второй перекись, будучи окислителем, может выступать в роли окислителя активного цианида

H2O2 + NaCN + HCl = HCNO + NaCl + H2O.

Для финишных стадий очистки СВ от токсичных восстановителей используют пероксокислоты – пероксомоносерную

C6H5OH +14 H2SO5 = 6 CO2 + 14 H2SO4 + 3 H2O

и пероксодисерную

2NaCN + 5 H2S2O8 + 4 H2O = 2 CO2 + N2 + 9 H2SO4 + Na2SO4.

2.3. Окисление кислородом воздуха

Для глубокой очистки от токсинов и органики воздух мало пригоден, но с его помощью можно легко удалить из СВ большую часть железа (+2) и серы (-2), окислив их, соответственно, до состояний Fe3+ и S6+ и обработав раствор известью. Аэрацию и известкование проводят в полых башнях, осадки отделяют отстаиванием. Температура и давление положительно влияют на скорость и полноту протекания реакций.

2.4. Окисление пиролюзитом

Его осуществляют в вертикальных или горизонтальных фильтрах, заполненных кусковым материалом в условиях, аналогичных описанным в п. 1.2. Дополнительными факторам, обеспечивающими оптимальное протекание процесса, являются наличие кислотной среды (30 – 40 г/л серной кислоты) и повышенная температура (70 – 80 оС). Пример – обезвреживание цианистых стоков

2 KCN + 5 MnO2 + 6 H2SO4 = 2 CO2 + N2 + 5 MnSO4 + K2SO4 + 6 H2O.

2.5. Озонирование

Несмотря на токсичность (ПДК в воздухе рабочей зоны не более 10-4 мг/м3), взрывоопасность и низкую растворимость в воде (не более трети объема на объем при комнатной температуре) озон со времени его получения в промышленных масштабах (60-е годы прошлого века) находит все более широкое применение в технологии очистки СВ. Причина – в многообразии его положительных функций: он окисляет примеси токсичных восстановителей, дезинфицирует воду, обесцвечивает ее и устраняет неприятные запахи, и все это в тысячи раз быстрее, чем хлор.

Озонирование СВ производят в колоннах, подавая смесь воздуха и озона (до 3% об) в нижние отделы аппаратов и обеспечивая максимальное диспергирование смеси. На выходе газов из аппаратуры обязательно устанавливают системы очистки их от остатков озона.

Ввиду дефицитности озона глубокое окисление значительных количеств восстановителей является неэкономичным. Наиболее эффективен он как детоксикант и антибиотик, проявляя эти функции практически мгновенно.

Озон особенно удобен при очистке СВ от сульфидных, цианистых и аммиачных загрязнителей, поскольку способен полностью удалять их, не вызывая закисление растворов

S2- + O3 + 2 H+ = SO2 + H2O

6 CN- + 5 O3 + 6 H+ = 6 CO2 + 3 N2 + 3 H2O

2 NH3 + O3 = N2 + 3 H2O.

Восстановление

Эти методы включают две группы процессов: восстановление металлов до низших, как правило, менее токсичных степеней окисления и восстановление их до состояний нейтральных атомов. В первую группу входят процессы восстановления шестивалентного хрома и пятивалентного мышьяка до трехвалентных

2 K2CrO4 + 3 K2SO3 + 5 H2 SO4 = Cr2(SO4)3 + 5 K2SO4 + 5 H2O

HAsO3 + SO2 = HAsO2 + SO3.

Вторую группу составляют методы цементации металлов менее благородными металлами (чаще всего железом, цинком и алюминием) или восстановление неметаллическими реагентами (гидридами, сульфидами, сульфитами, гидразином, водородом и др.)

(Cu2+, Ni2+, Pb2+ , Co2+) + Fe = (Cu, Ni, Pb, Co) + Fe2+

HgCl2 + SO2 + H2O = Hg + 2 HCl + H2SO4.

Осаждение

В отличие от цементации оно преследует цель выделения примесей в виде малорастворимых соединений. Осаждение чаще всего используют для очистки СВ от примесей тяжелых металлов (ТМ) в виде гидроксидов или сульфидов.

4.1. Осаждение гидроксидов

Производят добавлением известкового молока к кислым растворам ТМ. При этом выделяются как гидроксиды, так и ряд двойных солей, в зависимости от величин произведений растворимости и рН растворов. Так, например, в нейтральной и слабощелочной среде выпадают соли состава от ZnSO4.Zn(OH)2 до ZnSO4.5Zn(OH)2, а при рН = 9 – индивидуальный гидроксид. Указанную величину следует поддерживать весьма точно, поскольку при более высокой щелочности начинается образование хорошо растворимого гидроксокомплекса Na2[Zn(OH)4] и эффект очистки снижается. Аналогично цинку ведут себя другие амфотерные металлы (бериллий, хром, алюминий, германий, галлий и др.)

Металлы, образующие сильные основания, легко осаждаются при рН от 3 (железо) до 8 (кадмий) и не растворяются в избытке щелочи. На этом свойстве основано отделение их от амфотерных металлов: сумму гидроксидов осаждают при рН = 8, отфильтровывают, действуют на смесь гидроксидов избытком щелочи, отфильтровывают сильные основания, а из фильтрата нейтрализацией выделяют гидроксиды амфотерных металлов. Конечный фильтрат можно дочистить добавлением значительного (до 30-кратного избытка против стехиометрии) количества силиката натрия.

4.2. Осаждение сульфидов

Полнота гидроксидной очистки СВ ограничена величинами ПР осаждаемых гидроксидов и, как правило, не отвечает требованиям биологического соответствия. Более глубокая очистка от ТМ достигается при осаждении сульфидов, имеющих намного меньшие значения ПР (таблица 1).

Таблица 1

Величины ПР важнейших гидроксидов и сульфидов ТМ

Катионы Гидроксиды Сульфиды
Cu2+ 5,1.10-20 8,5.10-45
Ni2+ 2,0.10-15 1,4.10-24
Zn2+ 2.1.10-18 1,6.10-24
Pb2+ 1,1.10-20 3,4.10-28

Сульфиды ТМ осаждаются при более низких значениях рН, чем гидроксиды и карбонаты, и при этом происходит закисление растворов. Поэтому осаждение лучше вести сульфидами, имеющими более высокую растворимость, например, пиритом или пиритными огарками. Это предотвращает также и образование коллоидных растворов, для разрушения которых требуются значительные количества коагулянтов и флокулянтов.

4.3. Коллоидообразование при осаждении

Коллоиды образуются и в гидроксидных и в сульфидных осадках, причем первые имеют положительный, а вторые – отрицательный заряд. Поэтому для коагуляции первых требуются электролиты с многозарядными анионами (сульфаты, фосфаты щелочных металлов), а для вторых – с многозарядными катионами (хлориды железа, хрома, алюминия). Для ускорения коагуляции используют также флокулянты типа полиакриламида (ПАА).

4.4. Обезжелезивание СВ

Железо попадает в СВ как при осуществлении основных технологических процессов (например, при травлении сталей) так и при проведении операций очистки (цементация, электрокоагуляция). Не будучи токсичным металлом, оно тем не менее регламентируется намного строже многих более вредных компонентов (ПДК для водоемов равна 0,5 мг/л). Причина в том, что оно легко отлагается на стенках аппаратов и в коммуникациях, превращаясь в благоприятную среду для размножения специфических бактерий типа ferrobakter, продуцирующих сероводород. В ряде производств требования к содержанию железа в десятки раз строже. По мере повышения этих требований переходят от реагентных методов к адсорбции, электродиализу и ионному обмену.

Самым простым способом удаления железа является аэрация

4 Fe2+ + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 H+.

На окисление 1 г железа требуется около 0,15 г кислорода, однако для поддержания приемлемой скорости процесса весовое соотношение компонентов должно составлять 1 : 1. При содержании железа более 10 мг/л аэрация становится неэффективной, и требуются более сильные окислители, например, хлор

2 FeSO4 + Cl2 + 2 Ca(OH)2 + 2 H2O = 2 Fe(OH)3 + 2 CaSO4 + 2 HCl.

При осаждении гидроксида железа (III) соосаждаются многие другие микропримеси, присутствующие в СВ.

 

Экспериментальная часть

Применяемые реактивы:

- сточная вода, содержащая ионы никеля Ni2+;

- модельный раствор соли никеля NiSO4, С (Ni2+) = 0,01 мг/л ;

- раствор FeCl3, См = 0,5 моль/л;

- водный раствор аммиака NH3 (25%), разбавленный 1:1;

- стандартный раствор трилона Б Сн = 0,025 экв/л;

- аммиачный буферный раствор рН 8-10;

- фоновый электролитический раствор;

- индикатор эриохром черный Т (ЭЧТ).

Оборудование:

- лабораторная посуда;

- бюретка для титрования;

- магнитная мешалка;

- бумага фильтровальная;

- фотоэлектроколориметр ФЭК-56.

 

Порядок работы

1. В стакан, емкостью 500 мл наливают 200 мг раствора, содержащего ионы никеля. Ставят стакан на магнитную мешалку и включают перемешивание;

2. Из другого стакана приливают раствор FeCl3 порциями по 50, 100, и 150 мл;.

3. Приливают при перемешивании водный раствор NH3 до появления ощутимого запаха аммиака.

4. Образовавшийся осадок отстаивают в течение примерно 10 мин и отфильтровывают раствор.

5. Исходный раствор и фильтрат анализируют на содержание никеля.

 

Определение никеля в растворе методом комплексонометрического титрования.

В коническую колбу вносят 100 мл анализируемой воды, добавляют 5мл аммиачного буферного раствора, вносят на микрошпателе индикатор ЭЧТ и титруют полученный красный раствор стандартным раствором трилона Б до изменения окраски раствора на синюю.

Расчет концентрации никеля в оттитрованном растворе производят по формуле:

Cн (Ni2+) = Cн(ТР) Vтр /Vр-р , экв/л ,

где Сн – эквивалентные концентрации растворов никеля и трилона;

V – объемы трилона Б и исследуемого раствора;

Массу никеля находят по уравнению:

 

m(Ni2+) = Cн(Ni2+), Мэ(Ni2+) 103 мг;

 

Мэ(Ni2+) – молярная масса эквивалента никеля (Мэ(Ni2+) = ½ Мм(Ni2+).

 

Фотометрическое определение никеля с диметилглиоксимом.

 

В щелочной среде и в присутствии окислителя никель образует с диметилглиоксимом коричнево-красный растворимый в воле комплекс : на этом свойстве основывается, широко применяемый фотометрический метод определения никеля.

В качестве окислителя чаще всего применяют бромную воду (Br2), персульфат или йод. Окрашенные растворы неустойчивы во времени.

Очень важен порядок добавления реагентов: диметилглиоксим, окислитель, аммиак. Никель в комплексе четырехвалентен [Ni(Дm)3]2-,

где Дm – диметилглиоксим (см. [2]).

 

Реагенты и растворы:

- стандартный раствор никеля, 1 мг/мл;

- диметилглиоксим, 1% раствор в этаноле;

- бромная вода;

- водный раствор аммиака 25%.

 
 

Рис. 1. К определению никеля в растворе

Методику определения никеля в исходных расворах и фильтратах после соосаждения отрабатывают на модельных растворах соли никеля (0,01 мг/л), используя различные объемы модельного раствора, например, 10, 50, 100 мл.

По результатам анализа производственной сточной воды на содержание никеля до и после соосаждения строят график, выражающий зависимость остаточного содержания никеля в растворе (CNi2+) от объема добавляемого раствора FeCl3. ( рис.1).

Методом графической интерполяции определяют оптимальный объем ( Vопт) раствора FeCl3, необходимый для снижения концентрации ионов никеля до уровня ПДС.

 

Контрольные вопросы:

а) каково значение ПДК никеля в природных водоемах питьевого и рыбохозяйственного назначения ?

б) что следует понимать под терминами: «количественное осаждение»?

в) каковы преимущества Fe(OH)3 перед Al(OH)3 в процессе соосаждения никеля на машиностроительном заводе?

г) как получают реагент FeCl3?;

д) в чем заключается сущность явлений согрбции, адсорбции, окклюзии? Какие адсорбенты чаще применяются в процессах тонкой водоочистки?

Конечное содержание никеля в очистных стоках должно быть менее ПДС (< 0,35 мг/л)..

 

Использованная литература

1. В.Н. Алексеев. Количественный анализ. Изд.”Химия”, М., 1972г.

2. З. Марченко. Фотометрическое определение элементов. М., 1971г.

Порядок работы.

1. Отобрать с помощью пипетки 50 см3 СОЖ и перенести в химический стакан на 150 см3. Опустить в стакан магнитный активатор и включить перемешивание в спокойном режиме.

2. Заполнить бюретку раствором электролита (AlCl3, Al(SO4)3, FeCl3).

3. Прибавлять из бюретки в стакан с СОЖ непрерывно при перемешивании по каплям раствор электролита. Наблюдать начало коагулиции (появление хлопьев), затем быструю коагуляцию (образование крупных хлопьев) и, наконец, порог коагуляции. Визуально порог коагуляции (Ск) соответствует такой концентрации электролита (экв/л), при которой после 5 мин. отстаивания фаза становится прозрачной. После его достижения необходимо отфильтровать дисперсную фазу и убедиться в прозрачности водной фазы.

Исследование коагуляции проводят с каждым раствором коагулянта не менее 2-х раз. Для расчета Ск используют средний объем добавленного коагулянта. Электролит NaCl добавляют в СОЖ в кристаллическом виде (около 50 г).

При оформлении отчета следует обсудить вопросы о механизме коагуляции СОЖ при добавленн NaCl, который вызывает образование масляной пленки высаливание . В чем сущность явления высаливания?

 

Использованная литература.

1. В.Н. Захарченко. Коллоидная химия., М., Высшая школа, 1974г.

2. Справочник химика, т.1.

 

Лабораторная работа № 3. Утилизация хрома из сточных вод гальванических цехов с получением пигментов типа "свинцовый крон"

 

Цель работы - изучение процесса реагентного осаждения хрома из сточных вод с утилизацией соединений хрома (VI) в виде пигмен­тов.

Одним из самых распространенных источников жидких промышлен­ных отходов являются гальванические цеха машиностроительных предприятий. Процессы химического или электрохимического нанесе­ния покрытий - меднение, цинкование, кадмирование, никелирование и хромирование приводят к образованию большого количества разбав­ленных сточных вод и концентрированных отработанных электроли­тов. В процессе электрохимического нанесения хромовых покрытий отработанные электролиты содержат ионы хрома (VI), (III), серную кислоту и железо (III).

Хромовые кислоты и их соли - хроматы и дихроматы - относятся к высокотоксичным соединениям, ПДК их для водоемов санитарно-бытового использования составляет 0.1 мг/л. Существуют различные методы обезвреживания хромсодержащих сточных вод. Предпочтение следует отдавать тем, которые позволяют либо регенерировать электролиты хромирования (рекуперация), либо использовать соединения хрома (VI) для получения пигментов (утилизация).

Отработанные электролиты хромирования (150-200 г/л), содержащие ионы и можно обезвреживать путем осаждения труднорастворимого хромата свинца

.

Разбавленные растворы вначале концентрируют ионообменным методом, а затем подают на реагентную обработку.

При соблюдении соответствующих технологических условий (со­отношений концентраций, рН раствора, температуры) получаемый оса­док соответствует широко применяемому пигменту "свинцовый крон." В зависимости от состава пигмент окрашен в цвета от бледно-желто­го до ярко-красного.

 

Схема очистки отработанных электролитов хромирования

 
 

 

 


Экспериментальная часть.

Применяемые реактивы:

- исходный отработанный электролит хромирования;

- раствор NaOH 5%;

- раствор Pb(CH3COO)2 10%.;

– смесь H2SO4 и H3PO4;

Оборудование:

– реактор для осаждения пигмента;

- рН – метр;

- фотоэлектроколориметр.

 

Порядок работы.

1. Анализ исходного раствора на содержание хрома. Отобрать пробу сточной воды объемом 0.5 мл, перенести ее в мерную колбу на 50 мл, добавить 5 мл смеси кислот H2SO4 и H3PO4, довести водой до метки, перемешать и измерить оптическую плотность на фотоколори­метре при длине волны 400 нм в кювете длиной 1 см. Пользуясь ка­либровочной кривой рассчитать содержание ионов хрома в сточной воде в г/л.

2. Расчет количества реагента для осаждения хрома в виде пигмента. По стехиометрическому уравнению взаимодействия хро­мат-ионов и ионов свинца рассчитать массу ацетата свинца Pb(CH3COO)2 и объем 10% раствора ( плотность раствора, r = 1 г/см3) этой соли, необхо­димого для осаждения хрома в 30 мл сточной воды. Для получения пигмента необходимого состава (PbCrO4 × PbSO4) необходим 1,5-кратный против стехиометрического + избыток свинца.

3. Осаждение хромата свинца. В реактор для осаждения (хими­ческий стакан на 400 см3) снабженный мешалкой и нагревателем за­лить 30 см3 хромсодержащей сточной воды, включить перемешивание и нагрев. Измерить значение рН раствора, и откорректировать его до значения 9-10, добавляя по каплям раствор гидроксида натрия. После достижения температуры 50 - 60 оС, начать приливание раст­вор ацетата свинца из бюретки по каплям. После прибавления расс­читанного объема реагента продолжать перемешивание в течение 5 минут. Полу­ченный пигмент отфильтровать через бумажный фильтр, в фильтрате определить содержание хрома фотоколориметрическим методом.

 

Контрольные вопросы.

1. Указать основные источники загрязнения окружающей среды соединениями хрома.

2. Охарактеризовать технологические схемы обезвреживания хромсодержащих сто­ков:

- реагентные;

- сорбционные;

- гальванокоагуляционные;

- электрокоагуляционные.

3. Описать методы утилизации хромсодержащих отходов.

4. Охарактеризовать технологическую схему обезвреживания и утилизации хромсо­держащих сточных вод с получением пигментов.

 

Использованная литература.

1. П. П. Пальгунов, М.В. Сумароков Утилизация промышленных от­ходов. - М.: Стройиздат, 1990. - 352 с.

2. А. И Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников. Техника за­щиты окружающей среды. - М.: Химия, 1989. - 512 с.

 

Расчеты.

По данным второго и последнего столбцов таблицы строят график в координатах “скорость травления – концентрация раствора” и по тангенсу угла наклона кривой вычисляют величину константы скорости травления меди в см.мин-1.

Таблица

Исходные данные и результаты опытов

 

№ обр. Конц. р-ра Площ. обр. Исх. масса Убыль массы за время Скорость травления, мин-1
8 мин 16 мин 24 мин Массовая Объемная Линейная
0,1 S1 m1 m18 m116 m124 W1(m) W1(v) W1(h)
0,2 S2 m2 m28 m216 m224 W2(m) W2(v) W2(h)
0,3 S3 m3 m38 m316 m324 W3(m) W3(v) W3(h)

 

Контрольные вопросы.

1. Как записываются уравнения реакций взаимодействия меди с растворами хлорного и сернокислого окисного железа?

2. Чему равна скорость химической реакции?

3. Как измеряют скорость реакций?

4. Как определяют убыль массы меди при травлении?

5. Чему равна массовая скорость травления меди?

6. Чему равна объемная скорость травления?

7. Как рассчитать линейную скорость травления?


Типы ионообменных соединений.

Иониты делятся на природные, искусственные и синтетические. Все три группы включают неорганические и органические сорбенты.

Природные неорганические представлены как катионитами (алюмосиликаты, цеолиты), так и анионитами (гидроксоапатиты, фтороапатиты). Природные органич

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...