Дәріс № 26. Электрохимиялық өндірістер технологиясы өндірісіндегі ағызынды суларды тотығу – тотықсыздану, хлормен тотықтыру әдісімен тазалау.

Жоспары:

1. Ағызынды суларды тотығу – тотықсыздану әдісімен тазалау

2. Ағызынды суларды хлормен тотықтыру.

1. Ағызынды суларды тотығу – тотықсыздану әдісімен тазалау. Ағынды суларды тазалау үшін келесі тотықтар қолданылады: Газ тәріздес және сығылған хлор, диоксид, кальций хлораты, кальций және натрий гипохлориді, калий перманганаты, калий бихроматы, сутегі пероксиді, ауа оттегісі, пероксокүкіртті қышқыл, озон, пиролюзит және т.б.

Тотықтыру процессі кезінде ағынды сулардағы уландырғыш ластаушылар, химиялық реакция нәтижесінде аз уландырғышқа өтеді, сосын оларды судан алып тастайды.

Тотықтырғыштармен тазалау үлкен реагенттер шығынымен сипатталады, сондықтан оны басқа әдіспен алуға болмайтын жағдайда ғана қолданады.

Мысалыға цианидтерден тазалау, мышьяк, қосылыстарынан тазалау және т.б.

Тотықтырғыш есебіндегі активтілігі тотықтырғыш потенциалының шамасымен анықталады. Табиғаттағы барлық белгілі тотықтырғыштардың ішінен бірінші орынды фтор алады, бірақта ол өзінің агрессивтілігіне байланысты пратикада көп қолданылмайды.

2. Ағызынды суларды хлормен тотықтыру. Хлор және құрамында «активті» хлор бар заттар, ең көп тараған тотықтырғыштар болып келеді. Оларды, ағынды суды күкіртсутектен, гидросульфиттен, метилкүкіртті қосылыстардан, фенолдардан, цианидтерден және т.б. тазалау үшін қолданады.

Хлорды суға қосқанда хлорлылау [сутегі оксохлораты (І)] және тұз [хлорсутекті] қышқылы түзіледі:

Cl₂ + H₂O = HOCl + HCl (32)

Әрі қарай хлорлылау қышқылдың диссоциациясы жүреді, оның дәрежесі рН ортаға байланысты. рН = 4 кезде молекулярлы хлор болмайды:

HOCl ↔ H⁺ + OCl^- (33)

Cl₂ + HOCl + OCl^- жиынтығы, бос «активті» хлор деп аталады. Егер суда аммоним қосылыстар болса хлорлылау қышқыл хлорамин NH₂ Cl және дихлорамин NHCl₂ пайда болады. Хлорамин түріндегі хлор, байланған «активті» хлор деп аталады.

Суларды цианидтерден тазалаған кезде процессті сілтілі ортада (рН=9) жүргізеді. Цианидтерді азотқа және көміртегі дейін келесі теңдік бойынша тотықтыруға болады:

(34)

«Активті» хлордың (ретінде) қайнар көзі кальций хлораты, гипохлорий, хлораты, хлор диоксиді болуы мүмкін. Кальций хлоратын былай алады:

(35)

Сілтілі ерітінді арқылы газ тәріздес хлорды өткізгенде натрий гипохлориті (оксохлорат) пайда болады.

Кальций гипохлоритин температура 25-30⁰С кезінде кальций гидроксидін хлорлау арқылы дайындайды.

(36)

Өндіріс екі негізгі тұзды шығарады

(37)

Натрий хлораты NaCl₂ күшті толық болып табылады, ол ClO₂-ң бөлінуінен ыдырап кетеді. Хлор диоксиді жасымдау сары ұлы газ, оның хлорға қарағанда иісі қанығырақ. Оны алу үшін келісі реакцияларды жүргізеді:

(38)

Цианиттерді «активті» хлормен тотықтыру кезінде процессті бір санында цианаттарды алғанына жүргізуге болады:

(39)

Цианиттердің цианаттарға дейін тотығыуы атомды оттегінің тотықтырғыштан бөліну кезінде жүзеге асады.

Пайда болған цианаттар карбанаттарға дейін жеңіл гидролизденеді:

(40)

гидролиз жылдамдығы рН ортаға байланысты. рН = 5,3 кезде бір тәуілікте.

Бақылау сұрақтары:

1. Ағынды суларды тазалау үшін қолданылатын тотықтар.

2. Ағызынды суларды хлормен тотықтыру.

3. «Активті» хлордың қайнар көзі.

Әдебиеттер:

1. Жатқанбаев Ж. Экология негіздері. Оқулық. – Алматы: «Зият», 2004 ж. -212 б.

2. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии. –М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 240 с.

3. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник в 2-х томах. Под ред М.А. Шлугера, М.: Машиностроение. 1985

4. Лайнер Р.И. Современная гальванотехника.-М.: Химия, 1989. -244с.

Дәріс № 27 Ион алмасу әдісінің электрохимиялық технология өндірісінің ағызынды суларын тазалауда қолданылуы.

Жоспары:

1. Ион алмасу әдісі.

2. Иониттердің қасиеттері.

3. Катиондау және аниондау.

4. Ионалмасу әдісінің гальванотехника өндірісінің ағызынды суларын тазалауда қолданылуы.

1.Ион алмасу әдісі. Ағызынды суларды ион алмасу әдісімен тазалау соңғы уақытта көп қолданылып жүр, себебі бұл әдіс қымбат қоспаларды бөліп алуға, суды меншікті шекті концентрацияға дейін тазалауға және тазаланған ағызынды суларды өндіріс процестерінде қайтадан қолдануға мүмкіндік береді. Ағызынды суларды тазалау үшін синтетикалық ион алмасу смолалары қолданылады. Бұл қоспалар суда ерімейтін көміртекті сутек тізбегінен тұрады, оларға зарядталған активті ионегенді топтар фиксирленген қарама қарсы белгі полимер ішінде орналасқан. Жиналған топ теріс зарядты болған кезде, ионит катиондармен (катионит) ауысады, оң болған кезде аниондармен (анионит) ауысады.

Иониттердің түрлері:

1. Күшті қышқылды катиониттер, сульфотопты құрамды -SO₃H немесе фосфорқышқылды топтар – PO(OH)₂, және күшті негізді аниониттер, оның құрамы төртіншілік аммонилі негіздерден тұрады –N⁺(R)₃. Иониттердің бұл түріне катионит КУ-2 және анионит АВ -17 жатады. Бұл иониттердің тепе теңдік алмасу сыйымдылығы әр түрлі иондар қатынасында рН-тың кең мәнінде тұрақты болып қалады.

2. Әлсіз қышқыл катиониттер, карбоксил –COOH және фенол топты құрамды, рН >7 болғанда диссоциацияланады (мысалы, катиониттер КБ-2 және КБ -4), сонымен қатар аниониттер, біріншілік NH₂ және екіншілік аминотопты құрамды (мысалы АН-23 және АН-2Ф) рН <7 болғанда диссоциацияланады.

3. Араласқан типті иониттер, күшті және әлсіз қышқыл немесе негіздердің қасиеттерін көрсетеді. Сонда, КУ-1 катиониті сульфотобынан және фенол тобы құрамды болады.

4. Иониттер, рН– тың кең интервалында ауысу сыйымдылығы біртіндеп өзгереді.

2.Иониттердің қасиеттері. Иониттер сумен әсерлескенде олар ісінеді. Негізінде иониттердің өндірісте қолданылатын үлгілері ісінгенде өздерінің көлемдерін 1,5-2 есеге үлкейтеді.

Иониттердің негізгі сипаттамаларының бірі ауысу сыйымдылығы болып табылады – оның шектік мәні ионогенді топ санымен анықталады. Иониттің толық сыйымдылығы – суда болатын иондардың грамм–эквиваленттерінің саны, олар толық қаныққанша 1м³ иониттерді жұтады. Иониттің жұмыстық сыйымдылығы - ионның грамм эквивалент мөлшері, секіріс басталғанға дейін сүзгішке сіңірілетін иондардың сүзгіштегі 1м³ иониттерді жұтады.

Шекаралық диффузиялық қабат процесіндегі моделіне байланысты ион алмасу процесін тізбектелген бірнеше стадия түрінде қарастыруға болады: иониттің беттік ауданына сұйықтықтың шекаралық қабықшасы арқылы ерітіндіден иондардың диффузиясы; ионит дәндерінің ішіндегі иондар диффузиясы; иондардың алмасу химиялық реакциясы; дәннің көлемінен оның бетіне шығарылған қарама–қарсы иондардың диффузиясы және ионит бетінен ерітіндіге қарама–қарсы иондардың диффузиясы.

3. Катиондау және аниондау. Ағызынды суларды тазалау үшін жасанды және табиғи минералды және органикалық катиониттер қолданылады. Минералды катиониттер, арзан болғанымен және ауысу сыйымдылығы төмен және тұрақтылығы нашар болғандықтан кең қолданыс таппады. Бірақ сонымен қатар, оның кейбіреулері мысалы, вермикулит, монгмориллонит, доломит ағызынды суларды радиоактивті қоспалардан тазалау үшін қолдану ұсынылады.

Көп жағдайда органикалық жасанды күшті қышқылдар (КУ-1, КУ-2, сульфокөмір, Вофатиттер және т.б.) және әлсіз қышқылдар (КБ-4, СГ-1, Амберлайттар және т.б.) қолданылады.

Егер катиониттер Н–формада немесе Na–формада болатын болса, катиондардың алмасуы келесі реакциялармен жүреді:

Me⁺+H[K] ↔ Me [K] + H⁺ (41)

Me⁺+ Na[K] ↔ Me [K] + Na ⁺ (42)

Бұл жерде: [K] – катиониттің күрделі кешені;

Me⁺– ерітінді катионы.

Н–катионитті сүзгіш арқылы суды сүзгенде суға Н–иондары өтеді және аниондар сәйкес минералды қышқылдарға айналады. Судың құрғақ тұнбасы азаяды. Na–катиондауда судың сілтілігі өзгермейді, ал құрғақ тұнбаның құрамы ауысатын катионның валенттілігі мен атомдық массасына байланысты.

Күшті қышқылды катиониттер әр түрлі ортада процесті жүргізуге мүмкіндік береді, ал әлсіз қышқылдылар тек сілтілі және бейтарап ортада жүргізуге мүмкіндік береді.

Аниондау. Аниониттер – бұл жасанды смолалар, олар кейбір органикалық қоспалардың поликонденсациясы немесе полимеризациясы негізінде алынады (фенилдиамин, мочевина, меланин).

Әлсіз негізді аниониттердің негізгі радикалдарының диссоциациялану константасы 110^-3 нен кіші болғанымен сипатталады, ал күшті негізділер – 110^-2- нен жоғары. Әлсіз негізді аниониттер күшті қышқылдар аниондарымен ауысады (мысалы, SO₄ ^2-, Cl^-, NO₃^-, PO₄^-) және әлсіз минералды қышқылдар аниондарымен ауыса алмайды (CO₃ ^2-, SiO₂ ^2- және т.б.).

2[A]OH + H₂SO₄↔[A]₂SO₄+ 2H₂O (43)

Әлсіз негізді аниониттердің ауысу сыйымдылығына сорбцияланатын аниондардың табиғаты әсер етеді. Ерітіндідегі қышқылдың концентрациясын жоғарылатқан сайын аниониттердің ауысу сыйымдылығы жоғарылайды.