Безотходные технологии с использованием феррата калия и натрия

Безотходные технологии

Первая стадия: получение

Исходные вещества
– Металлическое железо и его сплавы;
– Железный лом, отходы металлообрабатывающих и металлургических производств;
– Сульфаты натрия или калия;
– Отходы химических и других производств, содержащие сульфаты натри; или калия, в том числе, отходы получения монохромата натрия и ксантогенатов.

Технология получения полупродукта позволяет утилизировать отходы разнообразных производств.
Окисление железа в расплавах сульфатов натрия или калия
Окисление железа приводит к последовательному образованию следующих оксидов:

Fe – FeO – Fe3U4 – Fe2О3

Обратный процесс Fе2О3 – Fe3O4 стимулируется повышением температур при котором происходит удаление атомов кислорода из узлов кристаллической решетки.
Для смещения равновесий в сторону соединений железа (III) использованы расплавы сульфатов натрия и калия, анионы которых обладают окислительными свойствами.

2Fe + SO42- + O2 = Fe2O42 + SO2  ↑

Для интенсификации процессов использовано электрохимическое окисление железа в расплавах сульфатов натрия или калия

Железный анод:

Fe – 2e = Fe2+
Fe2+ – e = Fe3+
2Fe2+ + 2SO42-  = Fe2O42 + SO2  ↑

Суммарная реакция:

2Fe + 2(Na, K) 2SO4 = (Na, K)2Fe2O4 + SO2  ↑

В объеме расплава происходит образование ферратов (IV) натрия или калия:

2Fe + 2(Na, K) 2SO4 + O2 = 2(Na, K)2FeO3 + 2SO2  ↑

Схема электрохимического окисления железа в расплаве сульфатов натрия и калия

Технологические параметры электрохимического окисления железа в расплаве сульфатов натрия или калия:

– Массовое соотношение – Fe: Na24 (K2SO4) 1:4 (1:4,5)
– Прикладываемая к электроду мощность – 1,4 – 1,8 кВтM
– Сила тока в цепи электрод – расплав – 100 – 120 А
– Линейная скорость вращения диска – 0,8 -2,2 см/мин.
– Массовая доля железа в продукте – 35 – 42%

Характеристика полупродукта

Основные компоненты

(Na, K)2Fe2O4, Fe2O3

Примеси

(Na, K)2O, (Na, K)2S, (Na, K)2SO3

Консистенция

Поликристаллический сплав

Плотность

3200 — 3400 кг/м3

Окраска

От пепельного до темно-серого

Хранение

Срок хранения не ограничен

Использование

Перед использованием полупродукт подвергается размолу

Вторая стадия синтеза: получение целевого продукта

Исходные вещества
Полупродукт, содержащий соединения желез (III);
– Гидроксиды натрия или калия;
– Отходы химических и других производств, содержащие гидроксиды натия и калия
– Кислород в составе газовоздушной смеси.

Технология получения реагента ФЕРНЕЛ позволяет утилизировать отходы разнообразных производств.

Основные химические процессы

Основные реакции:
2
Fe2O3 + O2 + 16(Na, K)OH = 4(Na, K)4FeO4 + 8H2O
2(Na, K)2Fe2O4+ O2 + 12(Na, K)OH = 4(Na, K)4FeO4 + 6H2O

Побочные реакции:
2(Na, K)2S + 3O2 = 2(Na, K)2O + 2SO2
(Na, K)2SO3+ O2 = (Na, K)2O + SO2

Состав активной части продукта:
(Na, K)4FeO4 · (Na, K)2O

Технологические параметры синтеза реагента Фернел

Массовое отношение:

  полупродукт: NaOH (КОН)

1 : 2 (1 : 2,4)

Температура синтеза

720 — 840 °С

Продолжительность синтеза:

  нагрев

15 — 45 мин.

  изотермический режим

15 —60 мин.

  охлаждение

5 — 25 мин.

Массовая доля железа в продукте

8 — 18%

Вариант технологии непрерывного получения реагента Фернел

Окислительные свойства реагента Фернел

При растворении в воде ферраты (IV) щелочных металлов диспропроционируют по схеме:
Na4FeO4 Na2FeO4 + Fe2O4 + NaOH

Окислительная способность феррат-ионов в кислой среде превосходит перманганат-ионы:
Fe3+ + 4H2O = FeO42-+ 8H+ + 3e
φ = 1,700 – 0,1580 · pH + 0,0197 · lg [FeO42-] / [Fe3+]

HFeO2 + 2H2O = FeO42-+ 5H+ + 4e
φ = 1,001 – 0,0738 · pH + 0,0148 · lg [FeO
42-] / [HFeO2]

Области применения
– Технологии очистки сточных и природных вод от соединений мышьяка;
– Технологии очистки сточных вод от цианидов, фосфатов, непредельных углеводородов, радионуклидов;
– Технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод;
– Технология водоподготовки;
– Обеззараживание источников питьевого водоснабжения.

Продукты реагентной обработки являются нетоксичными

Основные характеристики реагента

– Поликристаллический сплав оксидов и ферратов(1\/)—(VI) натрия и калия;
– Плотность 3220-3740 кг/мЗ;
– По окислительной способности превосходит перманганат калия;
– Высокая окислительная активность сохраняется в течение 720 часов после приготовления при условии хранения в свето- и влагонепроницаемой упаковке;
– Хорошо растворяется в воде, образуя раствор красно-фиолетового цвета. Растворение сопровождается частичным разложением с выделением газообразного кислорода и осаждением гидроксида железа(Ш);
– Раствор не подлежит длительному хранению и используется в течение четырех часов после приготовления.

Исключается вторичное загрязнение обрабатываемых растворов
– Реагент ФЕРНЕЛ заменяет такие традиционные окислители, как пиролюзит, хлорная известь и др., применение которых приводит к вторичному загрязнению растворов соединениями марганца и хлора;
– Произведение растворимости арсената железа(III) равно 5,8·10-21, что обеспечивает концентрации мышьяка в растворе ниже ПДК в технологиях очистки мышьяк-содержащих природных и сточных вод:

Реагент Фернел может обезвреживать соединения мышьяка (III) как в кислых, так и в щелочных растворах
6AsO2 + 6FeO42- + 6H2O = 6FeAsO4 ↓ + 3O2 + 12OH
6AsO+ + 6FeO42- = 6FeAsO4 ↓ + 3O2

Вследствие гидролиза концентрация мышьяка в растворе увеличивается
СAs = [AsO43-] + [HAsO42-] + [H2AsO4] + [H3AsO4]

Для обеспечения достаточной полноты очистки кислотность среды следует поддерживать не ниже 6,5 единиц рН

Технологическая схема очистки кислых растворов от мышьяка

Выходной контроль материалов

При осуществлении технологии периодическому контролю подвергаются:
– содержание водорастворимых соединений мышьяка(III),
– содержание кислоторастворимых соединений железа в реагенте ФЕРНЕЛ
– окислительная активность реагента ФЕРНЕЛ по отношению к реакции окисления мышьяка(Ш) до мышьяка(У).

Контроль осуществляется с помощью стандартных физико-химических методик, применяемых в аналитической химии.

Контроль технологического процесса

В процессе работы постоянному контролю и управлению подвергаются:
– уровень заполнения приемных резервуаров обрабатываемой воды;
– уровень заполнения реакторов для обезвреживания и кристаллизации соединений мышьяка;
– водородный показатель пульпы в реакторе для обезвреживания и кристаллизации соединений мышьяка;
– водородный показатель подлежащего очистке технологического раствора в резервуаре-усреднителе для приемки и корректировки сточной воды;
– содержание мышьяка в воде после очистки.

Категории
Рекомендации
Подсказка
Нажмите Ctrl + F, чтобы найти фразу в тексте
Партнеры
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
яндекс.ћетрика
Рейтинг@Mail.ru

У вас включен AdBlock!

Привет! Мы создали этот сайт с различными интересными статьями. Для нас очень важно, чтобы вы отключили AdBlock. Ведь именно за счет рекламы живет этот сайт. Огромное спасибо.

Уведомление для пользователей AdBlock

У вас включен AdBlock!

Привет! Нас зовут Дима и Аня. Мы создали этот сайт с различными интересными статьями. Для нас очень важно, чтобы вы отключили AdBlock. Ведь именно за счет рекламы живет этот сайт. Огромное спасибо.