VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Хром и его соединения применяется в различных отраслях промышленности, например в качестве легирующих добавок в металлургии, при нанесении гальванических покрытий в машиностроении, при изготовлении красок, выделке кож, производстве фунгицидов, катализаторов, а также в деревообрабатывающей, текстильной и др.Хотя хром является химически неактивным металлом, его соединения токсичны. Более токсичными являются шестивалентные соединения хрома, менее - трехвалентные. При отравлении хромом появляется слабость, головная боль, потеря в весе, нарушаются функции печени, поджелудочной железы и желудка, может возникнуть бронхит, бронхиальная астма, а также дерматит, экзема.

Наиболее опасные хромовые загрязнения промышленных сточных вод образуются на гальванических участках. При электролитическом хромировании электролит хромирующей ванны должен содержать не трехвалентный хром, а хромовую кислоту, т.е. шестивалентный хром. При этом в промывных гальванических водах появляется наиболее токсичный шестивалентный хром. Чтобы очистить сточные воды от ионов хрома, необходимо провести восстановление Cr+6 до Cr+3 (цвет меняется от желто-оранжевого до зеленого) и затем провести реакцию перевода хрома в гидроксид, который затем выпадает в осадок. Важно при этом избежать избытка щелочи, т.к. при этом может произойти растворение полученного гидроксида. Отказаться от проведения восстановления хрома невозможно, поскольку шестивалентный хром гидроксида не образует. Важным обстоятельством при восстановлении является также снижение токсичности промстока.

В Уфимском нефтяном институте разработан комплексный метод биохимического извлечения хрома. Сущность его заключается в использовании специализированных бактериальных культур, отличающихся высокой стойкостью к отравляющему действию хрома. Хромсодержащие сточные воды подают в соответствующие емкости-накопители, затем - в биотенк, где смешиваются с бактериальными культурами. Из биотенка очищенные воды отводятся в отстойник, после чего направляются в фильтры для доочистки. Очищенная вода поступает на повторное использование. Хромсодержащие осадки, образующиеся в биотенках, отстойниках и фильтрах, подаются в шламонакопитель, обезвоживаются на вакуум-фильтрах и используются в качестве добавок при производстве строительных материалов [1].

Всероссийским НИИ межотраслевой информации для извлечения хрома (VI) были использованы микроорганизмы Pseudomonas dechromaticons Rom, способные восстанавливать хром (VI) в процессе своей жизнедеятельности до хрома (III), который выпадает в осадок в виде Cr(OH)3 вместе с осуществившими этот процесс микроорганизмами. Осадок после соответствующей подготовки может быть использован на металлургических комбинатах в качестве легирующей добавки или для получения оксида хрома и краски [2].

Германскими учеными был предложен способ выделения хрома путем сорбции на биомассе активного ила или других сорбентах растительного происхождения, отличающийся тем, что биомассу предварительно обрабатывают растворами кислот, щелочей, солей или органическими растворителями. При этом значительно увеличиваются сорбционные свойства биомассы и возрастает скорость десорбции хрома из растворов выщелачивания [3].

В настоящее время электрохимические методы выделения хром ионов из сточных вод гальванопроизводства находят все более широкое применение. Метод электрокоагуляции наиболее пригоден для выделения хрома. Сущность метода заключается в восстановлении Cr(VI) до Cr(III) в процессе электролиза с использованием растворимых стальных электродов. При прохождении растворов через межэлектродное пространство происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

Суть протекающих при этом процессов заключается в следующем: при протекании постоянного электрического тока через хромсодержащие растворы гальваношламов, анод подвергается электролитическому растворению с образованием ионов Fe, которые, с одной стороны, являются эффективными восстановителями для ионов хрома (VI), с другой - коагулянтами:

Cr₂O₇ ^2- + 6Fe ²⁺ = 6Fe ³⁺ + 2Cr ³⁺

На катоде выделяется газообразный водород, что ведет квыщелачиванию раствора и созданию таким образом условий для выделения гидроксидов примесных металлов, также происходит процесс электрохимического восстановления по реакциям:

2H + ^+2e = H₂

Cr2O₇ ^2- + 14H + = 2Cr ³⁺ + 7H₂O

Находящиеся в растворе ионы Fe³⁺, Fe²⁺, Cr³⁺ гидратируют собразованием гидроксидов Fe(OH)₃ ,Fe(OH)₂ ,Cr(OH)₃. Образующиеся гидроксиды железа являются хорошими коллекторами для осаждения гидроксидов примесных металлов и адсорбентами для других металлов.

Помимо вышеуказанного метода существует гальванокоагуляционный метод, который используется в основном для очистки хромсодержащих стоков от ионов шестивалентного хрома. В обоих методах растворяют железо и образовавшиеся ионы двухвалентного железа восстанавливают шестивалентный хром (Cr⁶⁺) до трёхвалентного (Cr³⁺) с последующим образованием гидроксида хрома. В гальванокоагуляционном методе железо растворяется гальванохимически за счёт разности потенциалов, возникающей при контактировании железа с коксом или медью [4].

В практике чаще всего применяется способ перевода, рекомендованный СН 118-68 «Указания по строительному проектированию предприятий, зданий и сооружений машиностроительной промышленности», согласно которому используется реагентный метод перевода хрома из шестивалентной формы в трехвалентную в кислой среде при pH = 2 ÷ 3 путем добавления кислоты и реагентов - бисульфита натрия или сернистого натрия.

Этот способ требует последующего щелочения раствора известковым молоком, в результате чего образуется большое количество гальваношлама.Например, в результате обезвреживания 1 м³ отработанного рабочего раствора ванны хромирования, в котором содержится до 200кг окиси хрома, образуется около 20т шлама.

Очистка сточных вод или отработанных растворов гальванического производства от ионов хрома (трехвалентного и шестивалентного) при одновременном получении ценного продукта, минимизации образующихся отходов и используемых растворов солей свинца заключается в том, что обработку сточных вод проводят последовательным добавлением в них сначала раствора гидроокиси или карбоната щелочного металла до рН 7-8, затем после отделения выпавшего осадка последовательным добавлением растворов одного или нескольких соединений щелочноземельных элементов и цинка в порядке уменьшения растворимости их хроматов и завершают очистку добавлением соединений свинца. Таким образом, основное осаждение осуществляется доступными и дешевыми реагентами (например, известковая вода), а финишное - с использованием растворов соединений свинца.

Используемая литература

1. Аксенов В. И. ред. Водное хозяйство промышленных предприятий. Книга 1. Книга 2. М.: «Теплотехник», 2005.

2. Интернет-ресурсы.

3. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. ред. С.В. Калюжного М.: «Мир», 2004.

4. Колесников В.П., Вильсон Е.В. Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях: Под ред. Академика ЖКХ РФ В.К. Гордеева-Гаврикова. - Ростов-на Дону: «Изд-во «Юг», 2005.

Код для цитирования: Скопировать