ДЕМЕРКУРИЗАТОР Российский патент 2007 года по МПК C22B43/00 B09B3/00 

Изобретение относится к области использования химических реагентов по природоохранному назначению и может быть использовано в технологических процессах очистки различных сред от ртутных загрязнений.

Как известно, к демеркуризаторам относятся те химические вещества, применение которых снижает скорость испарения (десорбции) ртути или ее соединений из источников вторичного загрязнения и облегчает механическое удаление ртути, пыли ее соединений и загрязненных ртутью и ее соединениями технологических растворов (взвесей) с поверхности полов, фундаментов, оборудования, рабочей и лабораторной мебели.

Физико-химические процессы, протекающие при взаимодействии ртути или ее соединений с демеркуризаторами, заключаются в эмульгировании ртути, окислении ртути, превращении ртути или ее соединений в малолетучие вещества.

К числу демеркуризаторов, применяемых в условиях "ртутных" производств, относится более десятка реагентов, среди которых упоминается и сера (Ртуть. Нормативные и методические документы / Справочник. - СПб, 1999. - С.45).

Там же в примечании редакции отмечается, что использование большинства перечисленных демеркуризаторов в непроизводственных помещениях, при отсутствии ртутеустойчивого покрытия пола, возможности гидрослива и т.п., неэффективно.

Использование серы как демеркуризатора основано на том, что она в процессе взаимодействия со свободной ртутью химически связывает ее в сульфид, то есть переводит ее в неподвижное, нелетучее и безопасное в обращении соединение. Преимущество применения серы в том, что взаимодействие с ртутью легко производится при комнатной температуре.

Но в процессе демеркуризации в случае выделения паров ртути сера сама по себе малоэффективна, так как она не выделяет сероводород, который может вступать во взаимодействие с этими парами.

Применение серы в качестве демеркуризатора в различных технологиях демеркуризации ограничено из-за ее сравнительно низкой эффективности, но в то же время может быть перспективным, так как сера не является дефицитным и дорогим реагентом и проблема состоит в том, что, используя известные преимущества серы, по возможности усилить ее демеркуризирующие свойства.

Известен демеркуризатор, содержащий порошок серы (Пугачевич П.И. Работа с ртутью в лабораторных и производственных условиях. М.: Химия, 1972. - С.308). Этот реагент использовали для демеркуризации поверхности приборов из нержавеющей стали, а также из легко амальгамирующих металлов (медь, латунь и бронза), причем при протирке загрязненных поверхностей этой серой выделяется тепло, достаточное для образования сульфида ртути, легко стираемого бумагой.

Применение серы здесь специфично и не является основанием для применения ее с таким же эффектом при обработке других сред, загрязненных ртутью.

Известен демеркуризатор, содержащий 4-5%-ный раствор полисульфида натрия, полученный нагревом кристаллического сульфида натрия до 105°С, последующего постепенного добавления при перемешивании молотой серы до полного растворения серы и разбавления полученного полисульфида натрия водой до требуемой концентрации (там же, с.304-305). Этот реагент использовали для обработки загрязненных ртутью поверхностей на втором этапе демеркуризации.

Приготовление этого демеркуризатора требует высоких температур и использование специального реагента (сульфида натрия).

Известен демеркуризатор, содержащий серу и раствор сульфида натрия (там же, с.304). Этот реагент использовали также для очистки поверхностей от ртути и ртутно-органических соединений на заключительной стадии демеркуризации. Серу в количестве до 10% в данном случае добавляли в 5-10%-ный водный раствор сульфида натрия для ускорения реакции за счет образования полисульфида натрия.

Демеркуризатор, полученный таким образом, предназначен для ограниченного применения и требует дополнительной стадии химической демеркуризации с использованием других реагентов перед применением этого демеркуризатора.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности процессов демеркуризации различных сред за счет расширения функциональных и технологических свойств демеркуризатора.

Эта задача решается тем, что демеркуризатор содержит элементную серу и источник сульфид-ионов, при этом в качестве последнего используют побочный продукт, полученный абсорбцией сероводорода и его гомологов, образующихся при синтезе диалкилдитиофосфорной кислоты, раствором гидрооксида натрия.

Использование демеркуризатора, содержащего элементную серу и источник сульфид-ионов, позволяет получить синергетический эффект от совместного действия компонентов демеркуризатора, который заключается как в действии, которое они оказывают на ртуть каждый в отдельности, так и в действии друг на друга.

Использование в качестве источника сульфид-ионов побочного продукта позволяет использовать отходы основного производства. Этот отход в связи с его относительно невысокой стоимостью нет необходимости реактивировать, а хранение не создает значительного загрязнения окружающей среды.

Получение побочного продукта путем абсорбцией сероводорода и его гомологов, образующихся при синтезе диалкилдитиофосфорной кислоты, раствором гидрооксида натрия дает возможность получать более доступный реагент, более активный по сравнению с другими источниками сульфид-ионов, обеспечивающий сере, взаимодействующей с металлической ртутью и/или ее ионами, более активное состояние с термодинамической точки зрения.

Действие продукта основано на том, что он в процессе взаимодействия с серой и ртутью выделяет сероводород, который связывает пары ртути, а также из-за наличия щелочи в нем снимает оксидную пленку с ртути, приводя последнюю в более реакционное состояние и тем самым способствуя ускорению реакции. Немаловажным является и то обстоятельство, что этот продукт является безопасным как в процессе его получения и хранения, так и использования по новому назначению.

В качестве источника сульфид-ионов используют вышеуказанный продукт, включающий сульфиды натрия и воду при следующем содержании компонентов, мас.%:

Сульфиды натрия, не менее25Вода, не более75Отношение серы к натрию составляет не в масс. частях, не менее1:1.

Использование демеркуризатора осуществляют следующим образом. Аналитическим или экспериментальным путем по результатам опытных обработок определяют необходимое и достаточное количество компонентов рабочего раствора, составляют необходимый объем водного раствора на основе указанного продукта (базового раствора) и в него вводят при перемешивании серу. В качестве серы можно использовать серу техническую (природную или газовую; комовую или молотую) по ГОСТ 127-64.

Введение в 25-30%-ный рабочий раствор серы, взятом в количестве, требуемом для обработки той или иной среды, обеспечивает получение в растворе смеси полисульфидов натрия (многосернистых соединений) с различным содержанием серы.

Полученный сульфидный раствор используют при комнатной температуре или нагретым и им обрабатывают среду, подвергнутую ртутному загрязнению.

Соотношение между компонентами может варьироваться в широких пределах в зависимости от вида обрабатываемой среды, подвергшейся ртутному загрязнению, условий обработки и требований к ПДК ртути в очищенных средах и разновидности ртутного соединения (неорганического или органического) или состояния ртути в элементном состоянии.

Примеры, иллюстрирующие ниже эффективность применения демеркуризатора по изобретению, сгруппированы таким образом, чтобы в каждой паре примеров было показано действие на какую-либо из загрязненных ртутью сред демеркуризатора на основе одной только серы и серы в растворе указанного продукта. Во всех случаях температура как демеркуризатора, так и обрабатываемых сред поддерживалась комнатной, что позволяет произвести оценку эффективности действия демеркуризатора даже в условиях, не являющихся оптимальными для того или иного примера.

Примеры 1-2. Обработке подвергают воздух, подвергнутый загрязнению парами ртути, в условиях, имитирующих загрязнение воздуха производственного помещения, например разбитым ртутным термометром.

Демеркуризаторы приготавливают путем введения в воду серы и в указанный продукт серы и воды до нужной концентрации и перемешивания. Десорбированный из рабочего раствора сероводород, взаимодействуя с парами ртути, находящимися в воздухе, конденсируют их с образованием на каплях ртути устойчивой защитной пленки сульфида ртути.

Заключение об эффективности демеркуризации делается на основании анализа на ртуть в воздухе рабочей зоны (содержание его не должно превышать среднесменной ПДК - 0,005 мг/м³).

Примеры 3-4. Обработке подвергают сточные воды, имеющие рН 4, загрязненные ионами ртути, размещенные в открытых стеклянных сосудах путем добавления рабочего раствора при перемешивании в течение 5 минут. В одну пробу добавляют суспензию серы в воде, а в другую - раствор серы в указанном продукте.

Источник сульфид-ионов вводят с их избытком в 40% по сравнению со стехиометрическим количеством ртути до образования рН 10. Высокая щелочность в сточной воде необходима для снижения эмиссии сероводорода из нее и обеспечивается наличием в рабочем растворе едкого натра и сульфидов натрия. Высокая щелочность раствора обеспечивает нахождение соединений сероводорода в виде молекулярно растворенного газа H₂S, гидросульфидных ионов HS^-, а также сульфидных ионов S^2-. Гидросульфид и сульфид натрия хорошо растворимы в воде.

Во всех случаях после окончания реакции образования сульфидов ртути осадку дают осесть, сливают из сосудов раствор, а сульфид направляют на промывку, которую проводят декантацией горячей водой. Промывку проводят для полного удаления щелочи и сульфидов. Отмытый сульфид ртути фильтруют и сушат при 100-120°С.

Заключение об эффективности демеркуризации делается на основании анализа на ртуть сточной воды (содержание его не должно превышать ПДК 0,0005 мг/л).

Примеры 5-6. Обработке подвергают поверхность в виде покрытия из линолеума, в условиях имитирующих загрязнение поверхности пола жилого помещения металлической ртутью, например, из разбитого ртутного термометра.

Суспензию серы в воде и раствор серы в продукте и воде приготавливают в металлических ваннах, а обработку пола и плоских горизонтальных поверхностей осуществляют обливом до полной смачиваемости всей поверхности.

Заключение об эффективности демеркуризации поверхности делают на основе анализа воздушной среды на содержание паров ртути через сутки по окончании обработки (среднесуточная ПДК ртути в воздухе жилых помещений не должна превышать 0,0003 мг/м³).

Примеры 7-8. Обработке подвергают съемные детали, например из стали, демонтированного оборудования цеха электролиза, работавшего длительное время в условиях ртутного загрязнения их внешней поверхности.

Полученную суспензию серы в воде и раствор серы в продукте используют для обработки деталей в ванне, габариты которой обеспечивают полное погружение изделий, подвергаемых демеркуризации.

Детали простой конфигурации средней степенью коррозии после их предварительной обработки путем очистки их от видимой ртути, продуктов коррозии и старых антикоррозионых покрытий, выполненных известными способами, подвергают воздействию 35%-ного водного рабочего раствора в течение 2-х часов с периодическим поднятием и опусканием в раствор. После завершения цикла обработки детали промывают в другой ванне проточной водой.

Заключение об эффективности демеркуризации оборудования делается на основании анализа на ртуть смыва с поверхности оборудования (съемное оборудование не должно содержать на наружных поверхностях более 100 мг/м² ртути).

Сравнительные данные, свидетельствующие о повышении эффективности обработки предлагаемым демеркуризатором по сравнению с известным, приведены в таблице.

Как видно из таблицы, применение предлагаемого демеркуризатора обеспечивает более эффективную обработку различных сред, подвергнутых ртутному загрязнению, что предопределяет более полную очистку этих сред от ртути и приводит эти среды в состояние, когда содержание ртути в них не превышает допустимые нормы (ПДК).

Таким образом, предлагаемый демеркуризатор обеспечивает повышение эффекта обработки серой различных сред, подвергнутых ртутному загрязнению, при снижении стоимости обработки и позволяет значительно расширить область применения элементной серы в процессах демеркуризации.

Применение в условиях г.Тольятти демеркуризатора, известного как препарат под названием "Политион" для очистки различных сред, в том числе и отходов, не указанных в примерах, показало его высокую эффективность, простоту и безопасность обращения с ним.

№ примераВид среды, загрязненной ртутьюУсловия обработки средыСодержание ртутиСостав демеркуризатораСоотношение между компонентами демеркуризатора, объемные частиРасход демеркуризаторадо обработкипосле обработки1-2Воздух помещения1. Сера
2. Сера + продукт (по изобретению)---
1:10,2 л на 1 м³
-//-0,05 мг/м³
0,05 мг/м³0,08 мг/м³
0,0003 мг/м³3-4Промышленные стоки1. Сера
2. Сера + продукт (по изобретению)---
1:101 л на 1 м³
-//-0,5 мг/л
0,5 мг/л0,5 мг/л
0,0005 мг/л5-6Твердая поверхность в помещении1. Сера
2. Сера + продукт (по изобретению)---
2:10,5 л на 1 м²
-//-150 мг/м²
150 мг/м²15 мг/м²
3 мг/м²7-8Твердая поверхность оборудования1. Сера.
2. Сера + продукт (по изобретению)---
5:10,3 л на 1 м²
-//-250 мг/м²
250 мг/м²200 мг/м²
10 мг/^м2

Изобретение может быть использовано в технологиях очистки различных сред от ртутных загрязнений. Предложенный демеркуризатор содержит элементную серу и источник сульфид-ионов, при этом в качестве последнего используют побочный продукт, полученный абсорбцией сероводорода и его гомологов, образующихся при синтезе диалкилдитиофосфорной кислоты, раствором гидрооксида натрия, обеспечивается повышение эффективности и снижение стоимости процесса демеркуризации. 1 табл.

Демеркуризатор, содержащий элементную серу и источник сульфид-ионов, отличающийся тем, что в качестве этого источника используют побочный продукт, полученный абсорбцией сероводорода и его гомологов, образующихся при синтезе диалкилдитиофосфорной кислоты, раствором гидрооксида натрия.