Композиция, содержащая перманганат калия, для использования при химической демеркуризации Российский патент 2020 года по МПК B08B3/08 B09B3/00 

Область техники

Изобретение относится к содержащей перманганат калия композиции, предназначенной для использования в качестве окислителя при демеркуризации с использованием соляной кислоты с целью химического удаления ртути из жилых или промышленных помещений.

Уровень техники

Перманганат калия (калий марганцовокислый, KMnO₄) представляет собой темно-фиолетовые, почти черные кристаллы, при растворении в воде образующие ярко окрашенный раствор малинового цвета. Вещество является сильным окислителем. В зависимости от рН раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления.

Перманганат калия в форме раствора широко применяется для демеркуризации помещений, которое заключается в добавлении к раствору соляной кислоты и обработке полученным продуктом реакции мест разлива ртути. При этом происходит окисление перманганатом соляной кислоты с выделением свободного хлора, который впоследствии вступает в реакцию с металлической ртутью с образованием безопасного хлорида.

Однако использование перманганата калия в чистом виде не является безопасным. В виду высокой активности при взаимодействии с восстановителем, происходит разогревание смеси, а иногда ее воспламенение или даже взрыв. Кроме того, в случае неполного растворения перманганата калия в воде при неосторожном использовании он может вызвать ожоги тканей.

Таким образом, для уменьшения опасности применения перманганата калия при демеркуризации, представляется целесообразным его разбавление сухим наполнителем, уменьшающим окислительную активность смеси в целом, но сохраняющим химические свойства вещества в отдельности.

Из уровня техники известна композиция в виде сухой смеси перманганата калия и 0,01-99,9 мас. % инертного наполнителя (см. публикацию международной заявки WO 2009028978, 05.03.2009). В качестве инертного наполнителя применяются пористый силикат, пемза, силикагель, оксид алюминия, уголь или их комбинация. Несмотря на то, что указанная композиция заявлена в качестве биоцидного средства для защиты от коррозии, она очевидно может применяться и для целей демеркуризации. В связи с этим данное средство выбрано в качестве наиболее близкого аналога.

Недостатком аналога является то, что композицию с инертным наполнителем можно подвергнуть физическому разделению, с выделением чистого перманаганата калия. Такое разделение может быть осуществлено путем избирательного растворения перманганата калия и его последующей' кристаллизации отдельно от наполнителя или путем просеивания композиции с сепарацией кристаллов перманганата по размеру частиц. Выделение чистого перманганата калия из данной композиции является нежелательным, поскольку он может в дальнейшем применяться по иному назначению в качестве сильного окислителя, в частности, для изготовления взрывчатых веществ, пиротехники или запрещенных наркотических препаратов.

Раскрытие изобретения

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов и разработка содержащей перманганат калия композиции., которая обладает безопасностью для ее применения в процессе демеркуризации, а также защищена от использования по иным назначениям, требующим наличие сильного окислителя.

Технический результат изобретения заключается в снижении окислительной активности композиции при сохранении способности окисления соляной кислоты при демеркуризации, повышении безопасности ее использования, а также исключении возможности физического разделения композиции с выделением чистого перманганата калия.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет того, что композиция для демеркуризации содержит смесь кристаллов перманганата калия и наполнителя в соотношении, мас. %: перманганат калия 1-60, наполнитель - остальное. В качестве наполнителя использован сульфат натрия или сульфат магния, имеющий средний размер кристаллов, который отличается от среднего размеров кристаллов перманганата калия в смеси не более чем на 10%.

Согласно частным вариантам реализации изобретения:

- использован наполнитель со средним размеров кристаллов, совпадающим со средним размером кристаллов перманганата калия;

- кристаллы наполнителя окрашены красителем;

- для окрашивания кристаллов наполнителя использован краситель пищевой Е151;

- размер кристаллов перманганата калия и наполнителя составляет от 1 мкм до 10 мм.

Осуществление изобретения.

Композиция для демеркуризации представляет собой смесь кристаллов перманганата калия и наполнителя при соотношении компонентов, мас. %: калия перманганат 1 - 60, наполнитель остальное.

В качестве наполнителя использован сульфат натрия или сульфат магния, что обусловлено следующим:

- указанные соли являются нейтральными (инертными) по отношению к перманганату калия;

- соли не взаимодействуют с другими веществами, участвующими в процессе демеркуризации, в частности соляной кислотой;

- указанные соли являются безопасными для человека;

- соли имеют растворимость в воде и других растворителях не ниже растворимости перманганата калия (6,36 г на 100 г воды при температуре 20°С), что не позволяет отделить перманганат калия от наполнителя путем избирательного растворения.

Выбор указанных интервалов состава композиции обусловлен следующим. При содержании перманганата калия более 60 мас. % окислительная способность композиции увеличивается до такой степени, что может представлять опасность при некорректном использовании (разогревание смеси, ее взрыва т.д.). А при содержании перманганата калия менее 1 мас. % использование композиции нецелесообразно с технической и экономической точек зрения, поскольку для достижения необходимых окислительных свойств потребуются большие объемы композиции, что увеличит расход наполнителя и усложнит его растворение.

Наиболее предпочтительно, чтобы содержание перманганата калия составляло до 45 мас. %. Это связано с тем, что при концентрации перманганата калия 45 мас. % и более вещество подпадает под определение прекурсора и его оборот подлежит контролю на территории РФ в соответствии с IV списком Перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации Постоянного комитета по контролю наркотиков (ПККН). Указанные обстоятельства накладывают дополнительные обязанности, связанные с предоставлением отчетности о деятельности и ведению журнала при использовании вещества.

Наполнитель должен иметь средний размер кристаллов, который отличается от среднего размера кристаллов перманганата калия в смеси не более чем на 10%. Это свойство гарантированно препятствует разделению частиц двух веществ путем механической сепарации. Наиболее предпочтительно, чтобы средние размеры частиц элементов совпадали. Однако даже в случае различия в средних размерах до 30% разделение с практической точки зрения не. представляется возможным, поскольку получаемые частицы обеих веществ не имеют одинаковый размер и форму, а характеризуется некоторым разбросом по указанным свойствам. Значение разницы не более 10% выбрано исходя из возможных погрешностей, чтобы гарантировать невозможность физического разделения веществ.

Размер кристаллов наполнителя и перманганата калия может варьироваться в пределах от 1 мкм до 10 мм.

Для создания дополнительных препятствий разделению веществ в композиции кристаллы наполнителя могут быть окрашены таким образом, чтобы они имели характерный для перманганата калия цвет. Для окрашивания может быть использован пищевой краситель Е151 (бриллиантовый черный) или любые другие подходящие по цвету красители (черные, темно-фиолетовые). Концентрация красителя подбирается опытным путем для получения необходимого цветового оттенка, соответствующего кристаллам перманганата калия.

Получение композиции.

В качестве примера приводится технология получения композиции для демеркуризации, содержащей смесь 44 мас. % перманганата калия и 56 мас. % окрашенного сульфата натрия (наполнителя). Размер кристаллов перманганата калия и сульфата натрия находится в интервале 50-100 мкм. Средний размер частиц перманганата 75 мкм, сульфата натрия - 70 мкм.

Для получения композиции использовали 44 кг сухого перманганата калия, 55,16 кг сульфата натрия и 0,84 кг красителя Е151.

Сначала осуществляли покраску кристаллов наполнителя. Для этого готовили 5%-ный раствор красителя и смешивали 20% полученного раствора с 80% сульфата натрия. После этого производили сушку и размол окрашенного наполнителя в мельнице до нужного гранулометрического состава. Полученные кристаллы смешивали с кристаллами перманганата калия в лопастном смесителе для получения композиции.

Использование композиции.

Заявленная композиция применяется для демеркуризации в форме водного раствора в сочетании с соляной кислотой. Следует отметить, что соляная кислота не является частью заявленной композиции, а служит лишь в качестве источника хлора в химическом взаимодействии.

Пример 1

Композицию, содержащую 20 мас. % перманганата калия (средний размер 1 мкм) и 80 мас. % сульфата магния (средний размер 1 мкм), разбавляют водой до получения 1%-ного раствора (от общего веса композиции). В полученный раствор добавляют соляную кислоту, с удельным весом с удельным весом 1,19, в количестве 5 мл кислоты на 1 л раствора. Указанным раствором обрабатывали места разлива ртути (пол, стены, мебель и т.д.)

В результате химических реакций образуется малотоксичная нерастворимая в воде соль - каломель:

2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O;

2Hg + Cl₂ = Hg₂Cl₂

Полученную соль ртути собирали механическим путем с помощью тряпки. После проведения демеркуризации на обрабатываемых поверхностях не были обнаружена металлическая ртуть.

Пример 2

Композицию, содержащую 44 мас. % перманганата калия (средний размер 10 мм) и 56 мас. % сульфата натрия (средний размер 9,5 мм), разбавляют водой до получения 0,45%-ного раствора. В полученный раствор добавляют соляную кислоту с удельным весом 1,19, в количестве 5 мл кислоты на 1 л раствора. Указанной смесью обрабатывают места разлива ртути. Соль ртути удаляли механическим путем с помощью тряпки. После проведения демеркуризации на обрабатываемых поверхностях не была обнаружена металлическая ртуть.

Испытания на возможность разделения композиции.

Для подтверждения факта невозможности физического разделения компонентов смеси были проведены эксперименты по разделению трех составов:

№1; Композиция, содержащая:

1 мас. % перманганата калия со средним размером частиц 10 мм,

99 мас. % сульфата натрия со средним размером частиц 9,5 мм.

№2: Композиция, содержащая:

44 мас. % перманганата калия со средним размером частиц 410 мкм,

56 мас. % сульфата магния со средним размером частиц 430 мкм.

№3: Композиция, содержащая:

60 мас. % перманганата калия со средним размером частиц 1 мкм,

40 мас. % сульфата натрия со средним размером частиц 1,1 мкм.

В первом эксперименте композиции растворяли в воде с получением 5%-ных растворов, отделяли раствор и выпаривали. В результате испытаний все три композиции полностью растворились в воде.

Во втором эксперименте композиции просеивали через сита:

Композицию №1 через сито с размером ячейки 9,8 мм,

Композицию №2 через сито с размером ячейки 420 мкм,

Композицию №3 через сито с размером ячейки 1 мкм.

В результате просеивания получили по 2 смеси для каждого состава.

В третьем эксперименте каждую композицию подвергали воздушной сепарации. В результате получили по 2 смеси для каждого состава.

В таблице 1 показано изменение составов композиций после разделения на составляющие.

Из полученных результатов видно, что разделение компонентов композиции физическим путем с выделением чистого перманганата калия не представляется возможным, поскольку в полученных в результате разделения составляющих содержание веществ практически не отличается от исходного, что связано с близкими значениями среднего размера частиц.

Таким образом, заявленная композиция сохраняет свою способность к окислению ртути, но обладает значительно меньшей активностью, что повышает безопасность обработки помещений и препятствует непосредственному использованию композиции для получения опасных веществ (взрывчатых, наркотических и т.д.). При этом сродство физико-химических показателей частиц перманганата калия и наполнителя не позволяет подвергнуть смесь физическому разделению на вещества для ее косвенного использования по указанным назначениям в качестве сильного окислителя.

Изобретение относится к содержащей перманганат калия композиции, предназначенной для использования в качестве окислителя при демеркуризации с использованием соляной кислоты с целью химического удаления ртути из жилых или промышленных помещений. Композиция содержит смесь из кристаллов перманганата калия в количестве 1-60 мас.% и наполнителя – остальное. В качестве наполнителя использован сульфат натрия или сульфат магния, имеющий средний размер кристаллов, который отличается от среднего размеров кристаллов перманганата калия в смеси не более чем на 10%. Обеспечивается снижение окислительной активности композиции при сохранении способности окисления соляной кислоты при демеркуризации, повышение безопасности ее использования, а также исключение возможности физического разделения композиции с выделением чистого перманганата калия. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

1. Композиция для использования в качестве окислителя при химической демеркуризации, содержащая смесь кристаллов перманганата калия и наполнителя, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя использован сульфат натрия или сульфат магния, имеющий средний размер кристаллов, который отличается от среднего размеров кристаллов перманганата калия в смеси не более чем на 10%, при этом использованы компоненты в следующем соотношении, мас.%:

перманганат калия 1 – 60 наполнитель – остальное

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что использован наполнитель со средним размером кристаллов, совпадающим со средним размером кристаллов перманганата калия.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что кристаллы наполнителя окрашены красителем.

4. Композиция по п. 3, отличающаяся тем, что для окрашивания кристаллов наполнителя использован краситель пищевой E151.

5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что размер кристаллов перманганата калия и наполнителя составляет от 1 мкм до 10 мм.