Способы окислениея трехвалентного мышьяка

СПОСОБЫ ОКИСЛЕНИЕЯ ТРЕХВАЛЕНТНОГО МЫШЬЯКА

В данной статье описываются способы окисления трехвалентного мышьяка, образующегося в процессе производства полупроводников.

Интенсивное развитие полупроводниковой и приборостроительной отраслей народного хозяйства связано с необходимостью современного развития систем водоотведения и очистки производственных сточных вод.

Производственные сточные воды содержат соли тяжёлых металлов, кислоты и щёлочи, соединения фтора, различные виды органических и неорганических веществ. К особой категории относятся стоки, содержащие соединения мышьяка, которые образуются в процессе механической, химической и электрохимической обработки полупроводниковых материалов, а также в ходе процессов эпитаксии и получения арсина.

Загрязнения стоков данных производств отличаются высокой токсичностью, технология обезвреживания - сложностью, энергоемкостью и материалоёмкостью.

Сточные воды с соединениями мышьяка в пятивалентной форме подвергаются более эффективной очистке. Поэтому окисление соединений мышьяка весьма важный фактор в очистке промышленных сточных вод.

Окисление мышьяка в жидкой фазе возможно двумя путями: химическим и электрохимическим.

В первом случае в качестве окислителей используются перекись водорода, бихромат и перманганат калия, пиролюзит, газообразный хлор, хлорная известь, гипохлоритная пульпа, озон, кислород воздуха.

Перекись водорода полностью окисляет As (Ш) при исходной его концентрации 2,0... 100 мг/л, теоретическом расходе перекиси водорода и pH =

. 10. При рН=1 полное окисление происходит лишь при 1,5 - кратном ее избытке и подогреве [25].

Хлорная известь с содержанием активного хлора 28,..30 % полностью окисляет As(III) при любом pH раствора в течение 10...15 мин. и 1,5- кратном расходе против теоретически необходимого. Газообразный хлор также быстро и полностью окисляет As(III) [25].

Несмотря на высокую окислительную способность хлора, следует отметить, что в производственных условиях хлорирование растворов в больших объемах небезопасно. Поэтому в основном применяется хлорная вода. Даже при 10-кратном избытке хлорной воды против теоретически необходимого этот метод имеет большое преимущество по сравнению с газообразным хлором (транспортировка по трубопроводу, дозировка, исключающая избыток С12). Для окисления As в производственных условиях может быть использована гипохлоридная пульпа [25] . Марганцовокислый калий за I...2 мин окисляет As(III) на 100 % в стехиометрическом соотношении и при любом значении pH.

Озон-один из наиболее сильных окислителей. По стехиометрии расход озона составляет 0,64 г на 1 г мышьяка. Экспериментальный расход близок к теоретическому [26] .

В практике очистки сточных вод для окисления трехвалентного мышьяка широко используется кислород воздуха. Применение кислорода имеет ряд преимуществ: доступность и простота технологии; не требуется специального оборудования для получения чистого кислорода, низкие приведенные затраты. Кроме того, очищенная вода не нуждается в удалении избыточного окислителя. Однако, установлено, что технологический процесс имеет низкую эффективность, чистый кислород в интервале pH =

.10 за 32 часа окисляет лишь 2 % As (Ш) [27] .

Более эффективно процесс окисления воздухом идет в присутствии катализаторов. Ионы тяжелых металлов - Си, Fe, Mn, Ni, СО значительно ускоряют протекание реакций окисления [27,28]. Так, в присутствии Мп2 в щелочной среде окисление мышьяка воздухом происходит на 50...60 % эффективнее, чем без применения катализатора [27,29].

Для окисления мышьяка в работе [29] предложено применять бихромат калия и отходы хромпикового производства. При соотношении As :Сг 1 : 1 степень окисления мышьяка составляла в опытах в среднем 94 %.

Электрохимический способ окисления целесообразно использовать при концентрациях мышьяка в стоках I г/л [13] .

Анодное окисление мышьяка при использовании постоянного тока связано с возможностью одновременного его восстановления до элементарного состояния, а при низкой щелочности-до мышьяковистого водорода. Для снижения сопротивления электролита и более эффективного окисления мышьяка за счет анодного выделения хлора

процесс рекомендуют вести в щелочных растворах, содержащих

. 100 г/л NaOH в 20...25 г/л NaCl.

Степень окисления составляет 65 % при исходной концентрации мышьяка 10...15 г/л, температуре раствора 30...40 °С, плотности тока 10...20 А/дм2 и напряжении 5...1 В. Одновременно часть мышьяка восстанавливается на катоде до элементарного состояния, причем отношение окисляющихся арсенид-ионов к восстанавливающимся составляет 4:1. Изоляция катода керамической перегородкой повышает степень окисления мышьяка и выход по току, но требует специальных устройств для регулировки режима электролиза.

При использовании переменного тока[30] степень окисления достигает

.90 % с начальной концентрацией мышьяка 10... 15 г/л и в присутствии

.20 г/л NaCl. Однако, выход по току снижается в 2,5 раза, а, следовательно, окисление арсенид-ионов в приэлектродном слое носит пульсирующий характер.

Расход электроэнергии на 1 кг окисляемого мышьяка при выходе по току 35% составляет 5...6 кВт ч.

Анализ методов окисления мышьяка, приведённый выше указывает на наличие большого информационного материала, посвященного окислению мышьяка.

Однако всем перечисленным разработкам присущи следующие недостатки:

-отсутствуют сведения об оптимальных параметрах процесса при изменяющихся исходных показателях промстоков;

не приводятся технико-экономическая оценка рекомендуемых способов очистки сточных вод и их аппарационное оформление;

сведения по окислению соединений мышьяка носят поисковый характер и, как правило, не выходят за рамки лабораторных исследований.

Анализируя результаты исследований по окислению соединений мышьяка, а также проведя предварительные опыты, автор пришел к выводу о целесообразности проведения глубоких исследований двух способов окисления - электрохимического и окисления озонированием без применения катализаторов и при каталитическом проведении процесса. Исследования проводились на лабораторных и полупромышленных установках.

Список литературы

Найденко В.В., Губанов Л.Н., Акулынин А.А. Очистка производственных сточных вод от соединений мышьяка // Водоснабжение и санитарная техника: ООО "Издательство ВСТ" Москва. 1987. №12. с. 6-8.

Акулынин Ал.А., Крыгина А.М., Акулынин Ан. А. Очистка сточных вод от нерастворимых формы мышьяка. Известия Юго-Зап. Гос. ун-та. 2011. №5-2(38). с 116- 118.

Губанов Л.Н., Акулынин А.А., Фукин К.К., Горбунов А.В., Фурман Р.В. Очистка мышьякосодержащих стоков методом электрокоагуляции. Депонированная рукопись. ВИНИТИ / 03.06.1985 / 13 стр.

Акулынин А.А., Дахов И.К. Очистка сточных вод предприятий по производству полупроводниковых элементов от соединений мышьяка. Современные экологические проблемы провинции. Курск. 1995. с. 5-6.

Акулынин А.А. Исследование состава и методов очистки сточных вод, образующихся в процессе механической обработки полупроводниковых материалов. Курск. 1994. с 113-114.

Фильтр буровой скважины/ Акулынин А.А., Поздняков А.И.// патент на полезную модель RUS 52441 31.10.2005

Фильтр буровой скважины/Акулынин А.А., Акулынин В.А., Акулынин А.А.// патент на полезную модель RUS 92463 29.07.2009

Насосный агрегат для очистки скважин/ Акулынин А.А., Акулынин В.А., Акулынин А.А., Молчанов М.С.// патент на полезную модель RUS 102707 08.07.2010

Фильтр буровой скважины/ Акулыпин А.А., Нуждов О.Ю., Акулыпин В.А., Алешечкин В.Н., Акулыпин А.А.// патент на полезную модель RUS 129552 28.06.2012

Классификация фильтров водозаборных скважин/ Акулыпин А.А., Петриченко

П., Шалай И.С.// Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2012. № 2-3. С. 207-210.

Дозатор-сдабриватель сыпучих кормов/ Мухин В.А., Варламова Т.В., Акулыпин А.А.// патент на изобретение RUS 2170200 06.12.1999

Использование биофильтров для биологической очистки сточных вод/ Поливанова Т.В., Уваркин А.В., Булгакова Е.С.// В сборнике: Перспективное развитие науки, техники и технологий, сборник научных статей материалы IV Международной научно- практической конференции. Председатель организационного комитета Горохов А.А. (ответственный редактор); Члены оргкомитета: Ивахненко А.Г., Сторублев М.Л.. 2014.

283-286.

Строительство и реконструкция трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения с использованием бестраншейных технологий/ Поливанова Т.В., Бокинов Д.В., Можайкин В.В., Поливанова С.А.// В сборнике: Поколение будущего: Взгляд молодых ученых - 2014, сборник научных статей 3-й Международной молодежной научной конференции: в 2-х томах. Ответственный редактор Горохов А.А.. 2014. С. 198- 201.

Внедрение технологии уф-обеззараживания сточных вод на очистных сооружениях КУРСКОЙ АЭС/ Морозов В.А., Поливанова Т.В., Поливанова С.А.// Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 8. С. 14-16.

Опыт удаления фосфора из сточных вод/ Морозов В.А., Поливанова Т.В., Уваркин А.В., Поливанова С.А.// Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 4. С. 7-8.

Совершенствование технологий очистки сточных вод сахарных заводов с целью повышения экологической безопасности окружающей среды/ Поливанова Т.В., Фролов К.А., Поливанова С.А.// Промышленное и гражданское строительство. 2013. №2. С. 26-27.

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин/Игнатенко М.Н., Кобелев Н.С., Кобелев А.Н., Поливанова Т.В.//патент на изобретение RUS 2115793

Designing filtraring equipment forwater wells of the municipal water intakes in the city of Kursk/Akulshin A., Kobelev N., Polivanova T., Kretova V., Kobelev V.// Applied Mechanics and Materials. 2015. T. 725-726. C. 1344-1349.

Innovative environment friendly refurbishment technologies for water supply and sewage systems of sugar factories/Polivanova T., Polivanova S., Kobelev N., Akul'shin A., Kobelev V.// Applied Mechanics and Materials. 2015. T. 725-726. C. 1332-1337. УДК 628.3

Количество показов: 706