Способ обезвреживания металлической ртути иммобилизацией

Способ обезвреживания металлической ртути иммобилизацией

Реферат

Изобретение относится к области промышленной санитарии и охране окружающей среды при использовании в производстве и бытовых условиях металлической ртути, содержащих ее приборов и устройств, а также амальгам, и предназначено для обезвреживания ртути при попадании ее как на открытые поверхности из различных материалов, так и в объемы (грунты, кирпич, бетон и т.п.).

Известно, что металлическая ртуть является веществом первого класса опасности. Особую опасность представляют пары ртути, активно усваиваемые живыми организмами через органы дыхания в процессе аспирации.

Известно также, что вследствие высокой упругости паров ртути над ее поверхностью (даже находящейся под слоем воды) концентрация последних в воздухе уже при обычной температуре может превышать допустимую в селитебной зоне величину ПДК (предельно допустимая концентрация) максимально почти в 45 тысяч раз. В силу этого задачей номер один при проведении демеркуризации загрязненных ртутью поверхностей и/или объемов является полное механическое или термическое удаление металлической ртути или же перевод ее в неподвижную форму устойчивых химических соединений (иммобилизацию) с последующей утилизацией последних.

Для обезвреживания металлической ртути посредством ее химической иммобилизации предложено и используются на практике значительное количество химических реагентов и их составов, способных окислять ртуть и переводить ее из металлического состояния в труднорастворимую (лучше нерастворимую) в воде соль.

Наиболее широко представлены в литературе нередко используемые на практике составы и способы, переводящие ртуть в водонерастворимую сульфидную форму HgS, аналогичную природным киновари и метациннабариту (см., например, отечественные авторские свидетельства на изобретения №1051103; №2175664 - состав "Э-2000+"; №2185413 - состав "103"; заявки на изобретения №95105191; №2003105728 - состав "102А" и др.).

Общими недостатками этих решений является, с одной стороны, недостаточно высокая кинетика процессов, приводящая либо к необходимости неоднократного повторения операции иммобилизации ртути, либо к необходимости продолжительного воздействия химического реагента на металлическую ртуть, что нетехнологично, с другой стороны, применение в большинстве вариантов достаточно редких и малодоступных реагентов. Кроме того, при избытке серосодержащего реагента в процессе иммобилизации в определенных условиях могут образовываться водорастворимые полисульфиды ртути HgS_x.

Известен ряд составов (см., например, авторские свидетельства на изобретения №2081198; №2148662; №2240337 и др.), в частности иногда используемый в промышленности способ иммобилизации ртути с использованием спиртоиодового раствора, направленные на перевод ртути в весьма слабо растворимые в воде (˜60 мг/л) формы ее иодидов.

Основным недостатком этих решений является относительно высокая стоимость как самого иода, так и его соединений. Кроме того, иод является весьма коррозионно-активным и токсичным элементом.

Известны также многочисленные составы (см., в частности, авторские свидетельства на изобретения №1151103; №1678878; заявку на изобретение №2003106197/04 и др.), включая описанные в специальной литературе и даже рекомендуемые в некоторых нормативных материалах, направленные на окисление металлической ртути хлором, хлоркислородными соединениями, а также некоторыми хлоридами (хлорное железо FeCl₃ и т.п.) с переводом ее в труднорастворимую в воде (˜2,0 мг/л) каломель Hg₂Cl₂.

Основным недостатком этих способов является вероятность преобразования при существенном избытке окислителя одновалентного хлорида ртути - каломели в двухвалентную хлористую ртуть - HgCl₂ - сулему, являющуюся сильнодействующим ядовитым веществом. Кроме того, большинство окислителей, содержащих активный хлор (хлорная известь, гипохлорит натрия, хлорное железо, дихлорамин и др.), нередко обесцвечивают, а иногда и разрушают материалы обрабатываемых поверхностей, что в ряде случаев недопустимо.

В отдельную группу могут быть собраны известные способы иммобилизации ртути составами, выделяющими в процессе их использования активный кислород и переводящими металлическую ртуть в труднорастворимую в воде (˜50 мг/л), окись - HgO, аналогичную природному монтроидиту (см., например, авторские свидетельства на изобретения №266727; №380729; и др., а также рекомендованные и широко применяемые на практике окислители - пиролюзит MnO₂, марганцово-кислый калий - KMnO₄ и др.).

Так, в способе иммобилизации металлической ртути по авторскому свидетельству №380729, являющемуся аналогом заявляемого изобретения, окисление ртути осуществляется сильнейшим окислителем - перекисью водорода H₂O₂ в виде молекулярного комплекса с карбамидом CO(NH₂)₂, являющегося по существу явным подобием известного антисептического препарата - гидроперита. Использование карбамида в этом составе должно приводить к образованию труднорастворимого ртутно-органического комплекса R·(HgO), где R - органический радикал, образуемый молекулой карбамида.

Основными недостатками этого аналога является недостаточная эффективность, не позволяющая производить полную иммобилизацию металлической ртути, а также вероятность образования в процессе чрезвычайно токсичных ртутно-органических соединений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является принятый в качестве прототипа способ иммобилизации металлической ртути по авторскому свидетельству №266727, в котором обработку загрязненных ртутью поверхностей и мест ее скопления осуществляют 5%-ным водным раствором перекиси водорода Н₂О₂.

Основным недостатком прототипа так же, как и аналога, является недостаточная его эффективность, не позволяющая обеспечить снижение концентрации паров ртути над обрабатываемой поверхностью до нужных предельных значений. Кроме того, создаваемая на поверхности ртути пленка ее окиси является неустойчивой, как и сама перекись водорода.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса иммобилизации металлической ртути посредством осаждения ее в виде нерастворимых или труднорастворимых в воде соединений при одновременном исключении вероятности образования ртутно-органических соединений.

Поставленная задача решается тем, что в способе обезвреживания металлической ртути иммобилизацией, включающем окисление ее путем обработки водным раствором перекиси водорода, согласно изобретению дополнительно с окислением проводят процесс осаждения ртути путем одновременной или последовательной обработки водным раствором реагента, переводящего металлическую ртуть в нерастворимое или труднорастворимое в воде соединение природного или техногенного состава, причем в качестве реагента используют водорастворимые соединения щелочных или щелочно-земельных металлов, например сульфаты, фосфаты или карбонаты. Указанная совокупность признаков позволяет провести полную иммобилизацию металлической ртути в результате образования нерастворимых - основной сульфат ртути HgSO₄·2HgO, аналогичный природному минералу шуеттиту, фосфат ртути Hg₃(PO₄)₂ или крайне малорастворимых в воде - основной карбонат ртути HgCO₃·2HgO и, следовательно, нетоксичных и неразлагаемых в обычных условиях соединений ртути.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. Взаимодействие металлической ртути с перекисью водорода Н₂О₂ аналогично прототипу.

Навеску ртути массой 4,3799 г при температуре 25°С обрабатывают 5 мл 20%-ной перекиси водорода Н₂O₂. Через 1-2 мин начинается процесс газовыделения. Через 24 часа поверхность металлической ртути была покрыта осадком серого цвета, легко отделяющимся от ртути и переходящим в раствор с образованием малоустойчивой суспензии. Осадок темно-серого цвета растворяется в разбавленной азотной кислоте HNO₃. Рентгенограмма осадка показывает, что в результате окисления металлической ртути перекисью водорода образуется осадок оксида ртути (II) (HgO), растворимость которого составляет 49-51 мг/л H₂O при 25°С.

Убыль массы ртути 0,01895 г при площади поверхности навески S=2,27 см², скорость реагирования металлической ртути в растворе перекиси водорода составляет 20,9 мг/см²·час.

Пример 2. Взаимодействие металлической ртути с перекисью водорода Н₂O₂ с добавкой сульфата лития Li₂SO₄.

Навеску ртути массой 2,45985 г при температуре 25°С обрабатывают раствором, содержащим 5 мл 20%-ной перекиси водорода и 0,5 мл 20%-ного раствора сульфата лития (Li₂SO₄). Через 3-5 мин наблюдаются интенсивное газовыделение и разогрев раствора до температуры 50-60°С. Процесс реагирования протекает 25 минут, в результате которого образуется осадок лимонно-желтого цвета.

Рентгенограмма осадка показала, что в результате окисления металлической ртути перекисью водорода с добавкой сульфата лития образуется основной сульфат ртути (II) (HgSO₄·2HgO), аналогичный природному минералу шуеттиту, с растворимостью 30 мг/л Н₂О при 16°С.

Убыль массы ртути составляет 0,50225 г при площади поверхности навески S=1,09 см², скорость реагирования металлической ртути в растворе перекиси водорода составляет 3300,0 мг/см²·час.

Увеличение скорости растворения ртути за счет добавки сульфата лития по сравнению с примером 1 (прототип) составляет ≈4000 раз.

Пример 3. Взаимодействие металлической ртути с перекисью водорода Н₂О₂ с добавкой сульфата магния MgSO₄.

Эксперимент по окислению металлической ртути массой 2,45958 г 5 мл 5%-ной перекиси водорода с добавкой 0,5 мл 20%-ного раствора сульфата магния (MgSO₄) сопровождается интенсивным газовыделением и разогревом раствора до температуры 50-60°С. Процесс реагирования протекает 25-30 мин.

Рентгенограмма полученного осадка лимонно-желтого цвета показала присутствие оксида (HgO) и основного сульфата ртути (II) HgSO₄·2HgO, имеющего растворимость ˜30 мг/л Н₂О при 16°С.

Пример 4. Взаимодействие металлической ртути с перекисью водорода H₂O₂ с добавкой фосфата натрия Na₃(PO₄).

Эксперимент по окислению металлической ртути массой 2,45985 г 5 мл 5% перекиси водорода с добавкой 0,5 мл 20%-ного раствора фосфата натрия Na₃(PO₄). Процесс реагирования протекает 45-60 минут.

Рентгенограмма полученного осадка желтовато-белого цвета показала присутствие в нем водонерастворимого фосфата ртути Hg₃(PO₄)₂.

Пример 5. Взаимодействие металлической ртути с перекисью водорода Н₂О₂ с добавкой карбоната натрия Na₂CO₃ и азотной кислоты HNO₃.

После обработки навески металлической ртути массой 2,45985 г 5 мл 5%-ной перекиси водорода добавили 0,5 мл 20%-ного раствора карбоната натрия Na₂CO₃ и 0,5 мл 1%-ного раствора азотной кислоты HNO₃.

В результате был получен красно-коричневый осадок основного карбоната ртути (II) (HgCO₃·2HgO).

Таким образом, применение данного способа повышает эффективность иммобилизации металлической ртути.

1. Способ обезвреживания металлической ртути иммобилизацией, включающий ее окисление путем обработки водным раствором перекиси водорода, отличающийся тем, что дополнительно с окислением одновременно или последовательно проводят осаждение ртути путем обработки водным раствором реагента, переводящего металлическую ртуть в нерастворимое или труднорастворимое в воде соединение природного или техногенного состава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют водорастворимые сульфаты щелочных металлов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют водорастворимый сульфат магния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют водорастворимые фосфаты щелочных металлов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют водорастворимые карбонаты щелочных металлов с добавкой азотной кислоты.