Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2005 номер 4

Рассмотрены наиболее разработанные гидрометаллургические технологические схемы получения свинца и его соединений, основанные на использовании серной и соляной кислот. Показаны их основные недостатки, препятствующие их внедрению в практику, что связано, в первую очередь, с низкой растворимостью сульфата и хлорида свинца. Обоснована перспективность применения гидрометаллургических схем с использованием азотной кислоты для переработки свинецсодержащего сырья с получением свинца и его соединений. Извлечение металла достигает 96-99% при практически полной регенерации реагента. Проведенные испытания демонстрируют большую экологичность по сравнению с пирометаллургчиескими процессами.

Рассмотрено атмосферное загрязнение экосистем в районе Нерюнгринского топливно-энергетического комплекса (НТЭК). Проведено математическое моделирование процессов аэрозольного переноса пыли, SO₂, NO₂ методом постановки прямой и обратной задач. Путем сопоставления вычисленных и экспериментально измеренных данных (в 22 точках) запыленности снежного покрова выбрана адекватная модель, в которой выделены зоны с разной степенью атмосферной загрязненности. Проведен корреляционный анализ изменения химического состава верхних горизонтов почвенного покрова и тканей лиственницы (Larix cajanderi Mayr.) в зависимости от степени атмосферной запыленности. Выявлено, что с усилением атмосферного загрязнения в тканях лиственницы повышаются концентрации тяжелых металлов - Fe, V, Ni, Cu, Zn, Ga, Mo, Pb. Коэффициент корреляции в хвойных узлах не ниже 0.8, тогда как в почвах подобная высокая корреляция не наблюдается. Установлена обратная корреляция у биофильного Mn: чем загрязненнее среда, тем меньше его содержание в тканях лиственницы. В органах лиственницы накопление тяжелых металлов растет в ряду молодые побеги - хвоя - почки.

Определены структурные параметры гуминовых кислот окисленных углей месторождений Бурятии с использованием количественной ¹³С ЯМР-спектроскопии. В условиях агротехнических испытаний проведена оценка физиологической активности гуминовых кислот окисленных углей. Обнаружена взаимосвязь между показателями физиологической активности и структурным параметром Ф₁ гуминовых кислот, в связи с чем высказано предположение о перспективности применения ¹³С ЯМР-спектроскопии для прогнозирования биостимуляторных свойств гуминовых кислот.

Изучены распределение и состав низкомолекулярных азотсодержащих компонентов в нефтях нижнесреднеюрского комплекса Западной Сибири. Выявлена зависимость количественного содержания и качественного состава гетероорганических соединений азота от геолого-геохимических условий залегания нефти. Установлено, что групповой и индивидуальный составы азотистых соединений нижнесреднеюрских нефтей типичны и для нефтей из меловых и верхнеюрских отложений Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Явных различий в распределении преобладающих типов низкомолекулярных азотсодержащих соединений в исследованных нефтях не выявлено.

Гипергенные процессы в отходах обогащения сульфидных медно-никелевых руд (хвостохранилище в пос. Африканда, Мурманская обл.) исследованы методом физико-химического моделирования с использованием программного комплекса "Селектор". Новообразования в твердой фазе представлены гетитом (по сульфидам) и трехслойными слоистыми силикатами. При значительном взаимодействии фиксируется появление гипса. Концентрации никеля в поровом растворе превышают ПДК уже при изменении 0.01% объема вещества. Полученные результаты показывают, что, хотя рН поровых растворов во всех пробах в среднем выше 8, содержание тяжелых металлов в них достаточно высокое, что представляет реальную угрозу окружающей среде.

Для развития пористой структуры антрацитов Донецкого и Кузнецкого бассейнов использованы два различных подхода: высокоскоростной нагрев измельченного сырья в псевдоожиженном слое каталитически активного материала в потоке воздуха и термическая обработка в неподвижном слое в условиях теплового удара антрацита, предварительно подвергнутого химической обработке. Наиболее высокая удельная поверхность БЭТ (653 м²/г) и суммарный объем пор (0.319 см³/г) достигнуты при высокоскоростном нагреве антрацита, модифицированного смесью азотной и серной кислот. Выход сорбента достигает 84% от массы исходного антрацита. Полученный сорбент имеет преимущественно микропористую текстуру; его сорбционная емкость по йоду (71%) находится на уровне промышленных активных углей, получение которых требует длительной энерго- и ресурсозатратной стадии парогазовой активации.

Большое количество гемицеллюлоз и высокая плотность древесины березы затрудняют применение традиционных технологий для ее переработки в целлюлозу. Использование каталитических кислотных и окислительных превращений карбогидратов и лигнина березовой древесины позволяет получить ряд ценных органических продуктов. Изучено влияние температуры, состава реакционной среды, гидромодуля, продолжительности процессов, природы катализатора на выход продуктов кислотного предгидролиза древесины березы, ее каталитической делигнификации в среде уксусная кислота - пероксид водорода и каталитического окисления молекулярным кислородом в щелочной среде. Предложены технологические схемы комплексной, экологически безопасной переработки березовой древесины в ксилозу, микрокристаллическую целлюлозу, левулиновую кислоту, ванилин, сиреневый альдегид, фенольные вещества, использующие разработанные процессы каталитического окисления и кислотного катализа.

Исследована кинетика растворения пирротина в сернокислых растворах, содержащих небольшие добавки азотистой кислоты. Показано, что вскрытие пирротина в данных окислительных условиях проходит через стадии интенсивного начального и последующего медленного растворения. Первая стадия, вероятно, соответствует растворению окисленного слоя на поверхности сульфида и интенсивному неокислительному выщелачиванию с образованием сероводорода. Замедление скорости процесса на второй стадии обусловлено переходом к окислительному режиму выщелачивания и образованием пленки труднорастворимых соединений (окисленного железа с кислородом, элементной серы) на реакционной поверхности. Активирующее действие азотистой кислоты, по-видимому, проявляется на второй стадии при окислении растворов FeSO₄ молекулярным кислородом. Экспериментально показано, что даже при незначительной концентрации HNO₂ (0.001М) и низкой температуре (293K) существенно увеличивается интенсивность регенерации активного агента химического выветривания зоны гипергенеза - ионов Fe³⁺.
В этой связи система H₂O+O₂У₂+H₂SO₄ может играть значительную роль в окислительных процессах в сульфидных отвалах. Пирит в данной окислительной системе за время проведения эксперимента практически не растворялся.

Изучены катализируемые гидросульфатом натрия и серной кислотой процессы конверсии фруктозы и сахарозы в двухфазных системах вода - спирт (от бутанола до октанола), а также в гомогенных спиртовых средах (этанол, бутанол) при 82-102^оС. Методами ГЖХ-МС и ¹³С и ¹Н ЯМР-спектроскопии показано, что основными продуктами конверсии углеводов являются простые и сложные эфиры 5-гидроксиметилфурфурола и левулиновой кислоты соответственно. Суммарный выход эфиров достигает 80-90 мол.%. Выход эфиров снижается при увеличении концентрации углеводов. При высоких концентрациях субстрата максимальная селективность кислотно-каталитической конверсии фруктозы падает в ряду двухфазная система (вода - спирт) - гомогенная водная среда - гомогенный раствор в бутаноле. Увеличение молекулярной массы спирта снижает его алкилирующую способность в изученных процессах. Полученные результаты показывают, что сочетание процессов алкилирования и экстракции при удалении продуктов реакции из каталитически активной водной фазы в двухфазных системах спирт - вода позволяет увеличить выход целевых продуктов процесса.

Проведены исследования окислительной очистки подскипидарных вод сульфатно-целлюлозного производства, содержащих сероводород, метилмеркаптаны, тиметилсульфиды, диметилдисульфиды, скипидар, метанол. В качестве окислителя выбран пероксид водорода. Установлено, что сероводород, диметилсульфиды, диметилдисульфиды легко окисляются в присутствии H₂O₂. Метилмеркаптаны и другие органические соединения более эффективно окисляются классическим реактивом Фентона (H₂O₂, FeSO₄, pH2-3) и электрохимическим способом с использованием H₂O₂.

Методами рентгенофазового анализа, термогравиметрии, электронной микроскопии, ИК-спектроскопии и химического анализа исследован оксохлорид висмута (III) состава BiOCl, полученный при взаимодействии тригидрата нитрата оксогидроксовисмута (III) с раствором NH₄Cl. Показана целесообразность получения оксохлорида висмута (III) высокой чистоты из металлического висмута, предварительно окисляя последний кислородом воздуха. Образовавшийся Bi₂O₃ растворяют в азотной кислоте (1:1) и очищают висмут от примесных металлов путем его осаждения в виде тригидрата оксогидроксонитрата висмута (III) и обработкой полученного осадка растворами NH₄Cl или HCl при температуре процесса (6010)^oС и мольном отношении хлорид-ионов к висмуту, равном 1.1.

Исследовано влияние минералов (монтмориллонита, кальцита, кварца) на образование групповых компонентов жидких продуктов при термолизе керогена сапропелевой природы в среде бензола. Установлено, что в присутствии кварца и монтмориллонита образуется максимальное количество жидких продуктов (массовая доля более 60%). Определено, что карбонатные и глинистые породы способствуют генерации высокомолекулярных соединений пиролизата.

Найдены условия кулонометрического определения меди (II) в экстракте титрованием электрогенерированным бромом. В качестве комплексообразующего реагента предложен 8-меркаптохинолин, образующий с ионами меди комплексное соединение состава CuR₂. Экстракцию проводили в хлороформ при рН 6. Способ апробирован на искусственных смесях и образцах поверхностных вод. Нижняя граница определяемых концентраций при силе тока генерации 1^.10^-3А и времени, равном 10с, составляет 5^.10^-7М.

Рассмотрены тенденции развития современных углехимических технологий топливного и нетопливного использования углей. На примере Кузбасса предложены некоторые направления глубокой переработки углей и углеотходов, практическое осуществление которых возможно уже в настоящее время во многих угледобывающих регионах России.