CC BY
8
УДК 546.49;121 546.492 Федосеев А.Н., Макарова А.С.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИММОБИЛИЗАЦИИ РТУТИ В ОТХОДАХ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РТУТИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ В СУЛЬФИД РТУТИ
Федосеев Андрей Николаевич, студент 2 курса магистратуры института химии и проблем устойчивого развития; e-mail: andrew7080@yandex.ru
Макарова Анна Сергеевна, д.т.н., профессор кафедры ЮНЕСКО «Зелёная химия для устойчивого развития». Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
В данной статье предложена технология иммобилизации ртути из ртутьсодержащих отходов, с учётом принципов зеленой химии. Исследован процесс преобразования ртути и ее соединений в сульфид ртути до достижения предельно-допустимой концентрации ртути в почве.
Ключевые слова: иммобилизация, иммобилизация ртути, пирит, ртуть, ртутьсодержащие отходы.
DEVELOPMENT OF A TECHNOLOGY FOR IMMOBILIZATION OF MERCURY IN WASTE BASED ON THE PRINCIPLES OF CONVERSION OF MERCURY AND ITS COMPOUNDS INTO MERCURY SULFIDE
Fedoseev Andrey Nikolaevich, Makarova Anna Sergeevna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This article proposes a technology for the immobilization of mercury from mercury-containing waste, taking into account the principles of green chemistry. The process of transformation of mercury and its compounds into mercury sulfide until reaching the maximum permissible concentration of mercury in the soil has been investigated. Keywords: immobilization, immobilization of mercury, pyrite; mercury, mercury-containing waste.
Введение
Ртуть, - наиболее опасный во многих отношениях тяжелый металл, - в связи с высокой мобильностью в настоящее время является признанным глобальным загрязнителем. По этой причине несмотря на отсутствие на той или иной территории источников интенсивного промышленного ртутного загрязнения его актуальность может иметь место по ряду других причин. К их числу следует отнести ртутьсодержащие бытовые отходы, трансграничный перенос ртути, геохимические особенности территорий.
Из всех соединений ртути наиболее стабильной ее формой является сульфид (киноварь), который существует в двух формах двух формах: стабильной a-HgS (гексагональная, красная) и метастабильной Р-^ (кубическая, черная). Обе формы имеют низкую растворимость в воде (9*10-20 мг/л) и растворах кислот, не выделяют ртутных паров, стабильны в широком температурном интервале (температура сублимации - 580 °С) и на три порядка величины менее токсичны, чем сама ртуть и потому одним из широко используемых методов иммобилизации ртути и / или ее соединений является ее превращение в сульфиды. Необходимо также отметить, что в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (ФККО 2017) утвержден Приказом Росприроднадзора от 22.05.2017 № 242 (взамен ФККО 2016) и действует с 24 июня 2017 (в ред. Приказов Росприроднадзора от 20.07.2017 № 359, от 28.11.2017 № 566, от 02.11.2018 № 451 (в т.ч. с изменениями вст. в силу 08.12.2018)) к 4 классу
опасности относятся следующие виды обезвреженных ртутьсодержащих отходов:
- лом ртутных, ртутно-кварцевых, люминесцентных ламп термически демеркуризированный;
- бой стекла после демеркуризации ртутьсодержащих изделий раствором на основе полисульфида кальция;
- отходы демеркуризации боя ртутьсодержащих изделий и люминофора раствором на основе полисульфида кальция.
То есть после химической демеркуризации, например, полисульфидом кальция, в результате которой образуется сульфид ртути отходы могут считаться неопасными и подлежать захоронению на полигонах ТКО.
Глобальные инициативы, такие как Минаматская конвенция (конвенция в настоящий момент подписана 128 странами и ратифицирована 113. Российская Федерация также подписала конвенцию в 2014 году и в настоящее время ведется обсуждение о возможности ее ратификации), определили ртутьсодержащие отходы (РСО) как вещества, состоящие из ртути или ртутных соединений, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. [1]. Был проведен анализ научных интересов в области РСО с составлением семантической карты (в зависимости от частоты встречаемости ключевых слов вершины графа имеют разный размер (рис. 1)).
Рис. 1. Семантическая карта аспекта поиска — ртутьсодержащие отходы
Анализируя семантическую карту, можно отметить, что ртутьсодержащие отходы вызывают большой научный интерес, т.к. сопутствующими ключевыми словами с ртутьсодержащими отходами являются: опасные материалы, токсичность, опасные отходы, загрязнение воздуха и другие.
Базельская конвенция установила глобальные рамки в отношении обращения с ними: сбор, транспортировка и утилизация. Это означает, что должны соблюдаться строгие требования безопасности, чтобы предотвратить вторичное загрязнение в результате улетучивания или выщелачивания в водной среде. Для переработки
вышеупомянутых 100
отходов
было
предложено
ограничить поступления в окружающую среду ртути и ее соединений из РСО за счет иммобилизации. Одним из вариантов иммобилизации РСО является перевод в HgS, который считается плохо растворимым и стабильным веществом в окружающей среде [2].
Ранее нами была проверена возможность иммобилизации ртути серой [4], однако, результат иммобилизации достигался не более 95%, поэтому в данном исследовании рассматривался пирит и смесь серы и пирита.
Результаты иммобилизации металлической ртути различными серосодержащими соединениями и РеБз) представлены на рисунке 2.
я
и fr
а ж
tu
В
а га ш О
га tu
а
О
90
80
70
60
50
40
L
^■л 1
f
R2 = 0,8856
I......*......»
R2 = 0,7359
• иммо бнлизация PCO пиритом
■ Иммобилизация PCO серой
0,0
4,0
1,0 2,0 3,0
Ss, FeSs - ртуть (соотношение) Рис. 2. Результаты иммобилизации металлической ртути серой и пиритом в РСО (соотношение ртути к стеклу в которых составляет 1:10). Продолжительность воздействия на реакционную смесь - 90 минут
Из графика на рисунке 2 видно, что пирит проведенные исследования с сульфидом железа
способствует более полной иммобилизации ртути, чем сера и при 90 минутах достигаются значительно лучшие результаты при меньшем расходе сырья. Необходимо отметить, что дополнительно
показали явно более низкую способность данного реагента к иммобилизации ртути.
При соотношении FeS:Hg равное 1, удалось достичь иммобилизации менее 60% содержащейся в
отходах металлической ртути, в то время как при иммобилизации РСО пиритом при тех же условиях было удавалось перевести в сульфид более 75%.
Кроме того, было установлено, что пирит лучше по сравнению с элементной серой (рис. 3) способствует иммобилизации оксида ртути. Образование оксидов ртути по мнению многих авторов возможно при доступе кислорода в процессе иммобилизации.
Н§0:РеБ2 = 1:2
Также была исследована иммобилизация ртути смесью серы и пирита при различном соотношении как серы, так и пирита (рис. 4).
Количество смеси бралось по отношению ко ртути в соотношении Hg:(FeS2+S8) = 1:3. Установлено, что увеличение содержания серы приводит к заметному снижению иммобилизации, а увеличение содержание пирита в смеси не дает никакого эффекта.
HgO:FeS2 = 1:1 HgO:S8 = 1:3 HgO:S8 = 1:2 HgO:S8 = 1:1
0 20 40 S0 80 100 120
% прореагировавшей ртути
Рис. 2. Результаты иммобилизации оксида ртути серой и пиритом в РСО. Продолжительность
воздействия на реакционную смесь - 90 минут
« <ц
а «
л «
о а s
Í3
<ц
а о
s &
а
100
98
9S
94
92
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
FeS2 - S8 (соотношение)
3,0
3,5
Рис. 4. Иммобилизация ртути смесью серы и пирита при различных соотношениях серы и пирита
Пирит способствует более полной иммобилизации ртути, чем сера и при 90 минутах достигаются значительно лучшие результаты при меньшем расходе сырья.
Значительную иммобилизацию (более 99%) за 90 минут можно достичь при использовании смеси серы и пирита при соотношении 1:1.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 18-29-24212) и связана с достижением цели № 12: Обеспечение перехода к рациональным моделям потребления и производства.
Список используемой литературы
1. Ртутьсодержащие отходы: источники, политика и технологии обработки для восстановления и безопасного удаления ртути / - Пер. ст.: Chalkidis
A., Jampaiah D., Aryana A., Wood C.D., Hartley P.G., Sabri Y.M., Bhargava S.K. из журн.: J Environmental Management. - 2020. - Vol. 270,110945.
2. Уточнение термодинамических констант сульфидов ртути (II) в равновесии с метациннабаром при субмикромолярных концентрациях водных сульфидов. / - Пер. Drott A., Björn E., Bouchet S., Skyllberg U. из журн.: Environmental Science & Technology. - 2013. - Vol. 47 (9) - Р. 4197-4203.
3. Разработка технологии иммобилизации ртути в твердых ртутьсодержащих отходах. / - Пер. Makarova A.S., Yarovaya O.V., Fedoseev A.N., Yakubovich L.M. из журн.: Cleaner Engineering and Technology. - 2020. - Vol. 1. 100030.
