Лабораторная работа № 2. Разложение водно–масляных эмульсий и их рекуперация

Цель работы - исследовать разложение отработанных водно-масляных эмульсий методом коагуляции.

На машиностроительных предприятиях в процессах металлообработки (токарные, фрезеровальные и другие виды работ) используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Они представляют собой 3-10% водно-масляные эмульсии, которые готовятся на заводах по соответствующей методике разбавлением эмульсолов различных марок (Укринол, СДМУ-2, Купрол, Экол и др.)

В состав эмульсола СДМУ-2, например, входят индустриальное масло (И-20В) – 73,5%, сульфонат натрия – 20%, дисульфид молибдена – 0,5% и др. антиоксидантные и противозадирные добавки.

Механический и машиностроительный завод средней мощности в год расходует для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей до 30-50 т. эмульсола.

В процессе металлообработки СОЖ снижают свои эксплутационные качества: засоряются металлической пылью, поражаются микроорганизмами, приобретают гнилостный запах, закисляются, вызывают коррозию металла и поэтому должны заменяться на свежеприготовленные.

Отработанные СОЖ относятся к экологически опасным жидким отходам, которые нельзя сбрасывать в природные водоемы и направлять на городские очистные сооружения вследствие высокого содержания нефтепродуктов (>1%).

Задача заключается в рекуперации СОЖ, т.е. обратном получении воды и масляной фракции с целью их утилизации.

Разложение отработанных СОЖ может быть достигнуто различными методами в том числе добавками веществ-коагулянтов.

Коагуляция (коалесценция) – процесс укрупнения частиц дисперсной фазы вследствие слипания или слияния. В основе механизма коагуляции (коалесценции) лежат следующие явления:

1. Разрушение двойного электрического слоя на поверхности дисперсных частиц;

2. Разрушение гидратных оболочек (высаливание малорастворимой в воде фракции);

3. Химическая реакция коагулянта и эмульгатора с образованием труднорастворимых веществ;

4. Соосаждение.

Эффективность коагулянта определяется порогом коагуляции. Порог коагуляции – минимаьная концентрация коагулянта С_к, при которой наступает полная коагуляция, экв/л. Пример расчета порога коагуляци С_к

,

где V_э – объем эмульсии, см³;

V_к – объем раствора коагулянта, см³;

С_н – нормальная (эквивалентная) концентрация раствора коагулянта.

Экспериментальная часть

Применяемые реактивы:

- водно-масляная эмульсия – отработанная смазочно-охлдаждающая жидкость (СОЖ);

- электролиты – NaCl кристаллический;

- раствор AlCl_3, 0,05 моль/л;

- раствор Al(SO₄)_3, 0,05 моль/л;

- раствор FeCl_3, 0,05 моль/л.

Оборудование:

- лабораторная посуда:химические стаканы, бюретки, пипетки, воронки, колбы;

- магнитная мешалка.

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 (С_к) 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 С_к 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.