RU2342449C2 - Способ обезвреживания металлической ртути иммобилизацией - Google Patents

Abstract

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.). Способ обезвреживания металлической ртути иммобилизацией включает ее окисление путем обработки водным раствором перекиси водорода. При этом дополнительно с окислением проводят осаждение ртути путем одновременной или последовательной обработками водным раствором реагента, переводящего металлическую ртуть в нерастворимое или труднорастворимое в воде соединение природного или техногенного состава. В качестве реагента используют водорастворимые соединения щелочных или щелочно-земельных металлов, например сульфаты, фосфаты или карбонаты. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса при исключении образования ртутно-органических соединений. 4 з.п. ф-лы.

Description

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.

Claims (5)

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.