Спосіб знешкодження водних розчинів, що містять сполуки шестивалентного хрому
Винахід відноситься до гальванічного виробництва, безпосередньо до способу знешкодження промивної води та електролітів, що містять сполуки шестивалентного хрому. Спосіб заснований на відновленні сполук шестивалентного хрому розчинами гідразину або гідроксиламіну. Причому реакції протікають в ділянці рН від кислої до слаболужної без додаткового введення кислоти або лугу для зміни рН. Після закінчення реакції відновлення осад, що випав, гідроксиду хрому відфільтровують від розчину. Технічний результат: розробка реагентного способу знешкодження промивної води у ваннах непроточного промивання та електролітів, що містять сполуки шестивалентного хрому, без використання таких хімічних реагентів, після яких утворюються додаткові відходи, що важко утилізуються. 1 з.п. ф-ли.
Використання: у гальванічному виробництві для знешкодження промивної води у ванні непроточного промивання (ванна уловлювання) та електролітів, що містять з'єднання шестивалентного хрому.
Винахід відноситься до способу знешкодження промивної води у ваннах уловлювання та електролітів, що містять сполуки шестивалентного хрому. Пропонований спосіб дозволяють знешкоджувати промивну воду та електроліти, що містять сполуки шестивалентного хрому з утворенням мінімальної кількості додаткових відходів.
Метою винаходу є розробка реагентного способу знешкодження промивної води у ваннах уловлювання та електролітів, що містять сполуки шестивалентного хрому, без використання таких хімічних реагентів, після яких утворюються додаткові, важкоутилізовані відходи.
Сутність винаходу: відомі різні реагентні способизнешкодження промивної води та електролітів, що містять сполуки шестивалентного хрому. Найчастіше сполуки шестивалентного хрому спочатку відновлюють сполуки тривалентного хрому з використанням відновників: сульфату двовалентного заліза або сульфіту натрію. Реакцію, як правило, проводять у кислому середовищі, для чого до розчину, що містить сполуки шестивалентного хрому, попередньо додають розчин сірчаної кислоти. Після протікання реакції відновлення розчинні сполуки тривалентного хрому переводять у нерозчинні, для чого додають відповідну кількість розчину лугу
[1]. При проведенні знешкодження розчинів, що містять сполуки шестивалентного хрому, подібним способом утворюється додаткова значна кількість твердих відходів - осаду, що містить гідроксид тривалентного заліза (у разі використання як відновник сульфату двовалентного заліза), і велика кількість сульфату натрію (при використанні як відновник сульфіту на або сульфату двовалентного заліза та сірчаної кислоти та лугу для створення необхідного значення pH розчину).
Для зниження кількості додаткових твердих відходів і зменшення солевмісту розчинів, що утворюються, необхідно підібрати відновник, що взаємодіє зі сполуками шестивалентного хрому в широкій області pH (переважно від кислої області до слаболужної). Процес окислення відновника повинен протікати практично повністю, а продукти окислення відновника не повинні забруднювати розчин або вимагати будь-яких додаткових заходів щодо їх утилізації чи використання.
Використовуючи довідкові значення стандартних електродних потенціалів окислення гідразину та відновлення шестивалентного хрому, взяті з [2, 3], можнарозрахувати значення електродних потенціалів цих реакцій для різних значень рН розчину. Для pH, що дорівнює 0, 7 і 14, значення електродного потенціалу реакції відновлення сполук шестивалентного хрому дорівнює 1,33, +0,56, -0,13, а значення електродного потенціалу реакції окислення гідразину -0,33, -0, 74 і -1,16 відповідно. З наведених значень випливає, що зі збільшенням значення pH розчину окислювальні властивості сполук шестивалентного хрому зменшуються, водночас відновлювальні властивості гідразину зростають. Різниця потенціалів сумарної окислювально-відновної реакції набагато більша за нуль у всьому діапазоні значень pH, отже, відбуватиметься окислення гідразину сполуками шестивалентного хрому в широкій ділянці pH розчину. Сильними відновними властивостями має також гідроксиамін. Основними продуктами окислення гідразину або гідроксиламіну є азот та вода.
При дії обмеженої кількості гідразину на розчини хромової кислоти утворюється хромат хрому:
При збільшенні кількості гідразину, що взаємодіє з хромовою кислотою, відновлення протікає до утворення гідроксиду тривалентного хрому:
Реакції (1) та (2) протікають швидко та практично повністю. Знешкодження піддається як промивна вода ділянки хромування, що містить 0,01 г/л CrO3 (ванна уловлювання), так і відпрацьований електроліт хромування, що містить
250 г/л CrO3. При використанні як відновник гідразину не потрібно введення кислоти або лугу для створення потрібного значення рН розчину, т.к. відновлення сполук шестивалентного хрому відбувається у широкому діапазоні рН розчину. Продукти окислення гідразину - азот і вода не вимагають будь-яких додаткових заходів щодо їхутилізації.
Аналогічними сильними відновними властивостями має гідроксиамін, який реагує із сполуками шестивалентного хрому (хромовою кислотою) за рівняннями:
Гідроксиламін, також як і гідразин для протікання реакції (3) і (4), не вимагає введення для зміни pH кислоти або лугу, а продукти окислення гідроксиламіну - азот і вода не вимагають будь-яких додаткових методів утилізації.
Розчини та електроліти, що містять, крім шестивалентного хрому, багато вільної сильної кислоти (електроліти полірування сталі та її сплавів, розчини освітлення цинку, міді та її сплавів, розчини пасивації цинку, міді) вимагають введення додаткової кількості лугу для нейтралізації надлишку кислоти та оса хрому після введення відновника - гідразину або гідроксиламіну.
Для зменшення надходження сполук шестивалентного хрому у ванну проточного промивання необхідно прагнути до того, щоб підтримувати у ванні уловлювання (ванні непроточного промивання), призначеної для промивання деталей після операції хромування в стандартному електроліті, найменшу концентрацію сполук шестивалентного хрому, наприклад, 0, 0 г/л у перерахунку на CrO3. При досягненні у ванні уловлювання концентрації хромової кислоти з діапазону 0,1-1,0 г/л у перерахунку на CrO3 у ванну додають розрахункову кількість розчину гідразину або гідроксиламіну, перемішують і залишають на кілька годин (на ніч). Після закінчення реакції випав осад гідроксиду хрому відокремлюють (декантують або відфільтровують) від розчину. Очищений розчин використовують повторно як ванну уловлювання.
Для знешкодження електроліту хромування до нього невеликими порціями при перемішуванні додають розрахункову кількість розчинугідразину або гідроксиламіну. Після завершення реакції осад, що випав, тривалентного хрому відокремлюють фільтруванням. У разі потреби залишкова кількість гідразину або гідроксиламіну у фільтраті видаляється введенням розчину пероксиду водню або продуванням повітря через фільтрат (каталізаторами реакції окиснення гідразину або гідроксиламіну є сполуки міді або заліза). В осаді гідроксиду хрому залишки гідразину або гідроксиламіну поступово окислюються киснем повітря (невеликі кількості сполук міді та заліза, що є каталізаторами цього процесу, завжди є у виробничому електроліті хромування).
[1]. Прикладна електрохімія. / Під. ред. А.П.Томілова. - 3-тє вид., перероб. - М: Хімія, 1984, с.349-350.
[2]. Короткий довідник з хімії. / За заг. ред. Куриленко О.Д. – Київ.: Наукова думка, 1974. з 359-361.
[3]. Лур'є Ю.Ю. Довідник з аналітичної хімії. – 4-те видання. - М: Хімія, 1971, 456 с.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб знешкодження водних розчинів, що містять сполуки шестивалентного хрому, що включає додавання розрахункової кількості відновника гідразину за реакціями: 10 H2 CrO4+3 N2H4=2 Cr2 (CrO4)3+16 H2O+3 N2 , 4 H2CrO 3 N2H 4=4 Cr(ОН)3 +4 H2O+3 N2, або додавання розрахункової кількості гідроксиламіну за реакціями: 5 H 2CrO4+6 NH2OH=Cr2(CrO 4)3+14 H2O+3 N2 , 2 H2CrO4+6 NH2OH=2 Cr(ОН) 3 +8 H2O+3 N2, причому реакції протікають в області рН від кислої до слабо-лужної без додаткового введення кислоти або лугу для зміни рН, перемішування та фільтрування осаду, що випав гідроксиду тривалентного хрому.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що проводять знешкодження промивної води непроточної ванни промивки або проводять знешкодження електролітухромування.