Обзор методов очистки сточных вод от меди, ванадия, никеля и марганца

ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ



К подгруппе меди относятся такие ионы: Hg2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+, Pd2+. Сульфиды этих катионов осаждаются не только в соляной, но и нейтральной и в щелочной средах при действии H2S, (NH4)2S или (NH4)2S2 [1].

Все соединения Cu+ или трудно растворимы или образуют устойчивые комплексы [2]. В отличие от других катионов этой подгруппы гидроксиды меди и кадмия легко растворяются в аммиаке.

Все соединения меди можно разделить на следующие группы [3]:

1.Трудно растворимые в воде, но более или менее легко в кислотах (HCl, HNO3).

Гидроксид меди;

Углекислотные и фосфорнокислые;

Основные соли.

2. Трудно растворимые в воде и в кислотах (HCl, HNO3).

а) Сернистые соединения (растворимые в азотной кислоте);

b) СuX (CuCl легко растворима в соляной кислоте).

Вытеснение меди из её солей более активными металлами

Из водных растворов солей меди, медь вытесняется более сильными металлами, стоящими, согласно электрохимическому ряду напряжений, до меди [2, 3, 4, 5, 6, 7].

Взаимодействие с сульфидом аммония или сульфидами натрия и калия

При добавлении по каплям аммиачного раствора сульфата меди к (NH4)2S происходит образование комплекса состава: [NH4][CuS4] [2, 6]. Образование происходит из кислых и нейтральных растворов [3, 8].

Взаимодействии с H2S

Двухвалентная медь из водных растворов солей осаждается сероводородом в виде черного CuS [2, 4, 6, 8]. Выпадение осадка происходит не только в HCl, но и при рН>=7 [6].

Взаимодействие с гидроксидами

При кипячении с водой CuCl взаимодействует с водой с образованием Cu2O [4]. При взаимодействии солей меди Cu2+ со щелочами происходит образование гидроксида меди (2) [2, 3, 4, 5, 6, 8]. Однако при добавлении избытка щелочи происходит растворение с образованием растворимого комплекса. В присутствии тартратов, цитратов, арсенатов гидроксиды не дают с солями двухвалентной меди осадка гидроксида меди (2), а происходит образование темно-синего раствора [4]. Глицерин, винная, лимонная кислоты образуют с медью окрашенные комплексы, из которых медь не осаждается [5]. Растворение гидроксида меди наблюдается при взаимодействии его с NH4OH.

При нагревании гидроксид меди разлагается с образованием CuO.

Взаимодействие с NH4OH

При взаимодействии солей меди (2) с NH4OH происходит выпадение осадка состава Cu2(OH)2SO4 светло-голубого цвета, который растворим в избытке аммиака [3, 4, 5].

Условия проведения: а) рН.=9; b) отсутствие ионов никеля и меди; c) отсутствие восстановителей восстанавливающих Cu2+ до Cu+ (SnCl2, CH2O, мышьяковистая кислота); d) отсутствие солей аммония; e) отсутствие органических соединений связывающих медь в комплекс [6].

Взаимодействии с карбонатом натрия или калия

При взаимодействии солей меди с карбонатом натрия или калия происходит выпадение зеленого осадка растворимого в аммиаке [6, 8].

Взаимодействии с Na2HPO4

При взаимодействии солей меди при рН>=7 с Na2HPO4 наблюдается образование голубого осадка Cu3(PO4)2 растворимого в аммиаке и уксусной кислоте [6].

Взаимодействие с иодидами

При взаимодействии с иодидами, например с иодидом калия протекает реакция, в результате чего в осадок выпадает CuI [2, 3, 4, 5, 6, 7]:


Cu2+ + 2 I- = CuI + 0.5 I2



Реакция протекает в слабокислой среде [7].

Взаимодействии с Na2S2O3

При взаимодействии солей меди с Na2S2O3 при подкислении и кипячении происходит образование осадка Cu2S и S [3, 6].

Электролиз солей меди

При электролизе солей меди на катоде происходит выделение чистой меди [2, 7].

Взаимодействие с роданидами

При взаимодействии солей меди с роданидами наблюдается выпадение в осадок черной соли Cu(SCN)2 [2, 4, 8].

Условие проведения: a) рН<=7; b) слабое нагревание; c) отсутствие ионов серебра [6].

Взаимодействии с Na2HAsO3

При взаимодействии происходит образование желто-зеленого осадка состава Cu3(AsO2)2 [6].

Взаимодействие с MgCl2 + NH4OH + NH4Cl

При взаимодействии солей меди с указанным реагентом наблюдается образование сине-зеленого осадка, растворимого в избытке реагента и в кислотах [6].

Взаимодействие с щавеливой кислотой

При взаимодействии с щавеливой кислотой происходит выпадение в осадок голубой соли, растворимой в сильных кислотах и аммиаке, состава CuC2O4•H2O [2].

Взаимодействие с плавиковой кислотой

При взаимодействии гидроксида меди (2) или карбоната меди (2) с HF происходит образование светло-голубого осадка состава CuF2•2H2O [2].

Взаимодействие с цианидами

При взаимодействии с циан идами солей двухвалентной меди вначале происходит выпадение в осадок соли Cu(CN)2, которая затем распадается с образованием сине-желтого осадка CuCN и выделение (CN)2 [2, 3, 4, 5, 8].

Взаимодействие с K4[Fe(CN)6]

При взаимодействии солей меди с K4[Fe(CN)6] (рН<7 [5]) происходит связывание меди в нерастворимый красно-коричневый комплекс состава Cu2[Fe(CN)6] [2, 3, 4, 8].

Условия проведения: a) отсутствие Fe3+, Co2+ Ni2+; b) отсутствие окисляющей среды окисляющей Fe2+ до Fe3+; c) отсутствие восстанавливающей среды [6].

Взаимодействие с (NH4)2[Hg(CNS)4] в присутствии Zn

При взаимодействии наблюдается образование осадка зеленого цвета [4].

Взаимодействие с Zn(CH3COO)2 + (NH4)2[Hg(SCN)4]

При взаимодействии наблюдается образование осадка фиолетового цвета [5]. Необходимые условия: отсутствие Fe3+, Co2+ Ni2+.

Взаимодействие с SiO32-

При смешении растворов содержащих соли меди и раствора с SiO32- визуально не наблюдалось взаимодействие.

Взаимодействие с суперфосфатом

При смешении растворов содержащих соли меди и раствора с суперфосфатом визуально не наблюдалось взаимодействие.




ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ ВАНАДИЯ



РЕАКЦИИ ИОНА V2+



Взаимодействие с гидроксидами

При взаимодействии иона V2+ с гидроксидами происходит образование осадка коричневого цвета – V(OH)2 [2].

Взаимодействие с цианидами

При взаимодействии солей V2+ с избытком KCN в присутствии этилового спирта происходит выпадение в осадок соединения желто-коричневого цвета - K4[V(CN)6] [2].



РЕАКЦИИ ИОНА V3+



Взаимодействие с гидроксидами

При взаимодействии с гидроксидами или NH4OH происходит образование зеленого осадка V(OH)3, жадно поглощающего жадно кислород воздуха [2].

Взаимодействие с цианидами

При взаимодействии с цианидами протекает образование красных растворимых комплексов состава K3[V(CN)6] [2].



РЕАКЦИИ ВАНАДИЯ (V)



Электрохимическое восстановление

В результате электрохимического восстановления сернокислотных растворов V2O5 протекает до V2(SO4)3•H2SO4•12H2O. При нагревании до 180 С происходит образование V2(SO4)3 [2].

Взаимодействие с пероксидом водорода

Из растворов щелочных ванадатов происходит выделение солей желтого цвета состава MeVO4. Взаимодействие происходит в присутствии этилового спирта [2].



РЕАКЦИИ VO3-



Взаимодействие с NH4OH

При взаимодействии VO3- с гидроксидом аммония происходит образование NH4VO3 [каф. ХТНВ, К и Э]. По данным литературы [6] при обычных условиях осаждение не происходит, но в присутствие ионов Fe3+, Al3+, Ti(4) и др. ион VO3- вместе с ними соосаждается.

Взаимодействие с сероводородом и сульфидом аммония

Ванадий осаждается из кислых растворов - сероводородом, а из аммиачных - при подкислении осаждается (NH4)2S. [2].

При этом протекают реакции [5]:



2 VO3- + H2S + 6 H+ = 2 VO2+ + S + 4 H2O

VO2+ + (NH4)2S (в среде аммиака) = VOS



По данным литературы [6, 8] при использовании в качестве осадителя сульфид аммония происходит осаждение ванадия в виде V2S5:



2 VO3- + 6 (NH4)2S + 6 H2O = 2 NH4VS3 + 10 NH4OH + 2 OH-

2 NH4VS3 + H2SO4 = V2S5 + H2S +(NH4)2SO4



Взаимодействие с SrCl2

При кипячении VO3- с SrCl2 происходит образование желтого осадка солей Sr(VO3)2 + Sr3(VO4)2 [6].

Взаимодействие с HgNO3

Наблюдается образование ванадата ртути HgVO3, при условии рН=7

[6, 8].

Взаимодействие с солями бария

При этом протекает процесс образования осадка желтого цвета по реакции [6]:



VO3- + Ba2+ = Ba(VO3)2



Взаимодействие с солями серебра

При действии солей серебра на ион VO3- наблюдается образование желтого осадка по реакции [6]:



VO3- + Ag+ = Ag2VO3



Взаимодействие с солями свинца

При действии солей свинца на ион VO3- наблюдается образование нерастворимых ванадатов свинца [6, 8].

Взаимодействие с NH4HCO3

При взаимодействии VO3- наблюдается выпадение рентгеноаморфного осадка содержащего ванадий [каф. ХТНВ, К и Э].

Взаимодействие с ( NH4)2CO3

Не изучалось.

Взаимодействие с NH4Cl

При взаимодействии VO3- с твердым NH4Cl при нагревании наблюдается образование NH4VO3 [6, 8].

Взаимодействие с ( NH4)2SO4

Не изучалось.

Взаимодействие с CaCO3

При взаимодействии VO3- с CaCO3 наблюдается снижение концентрации ванадия в растворе. [каф. ХТНВ, К и Э].

Взаимодействие с Ca(OH)2

Не изучалось.

Взаимодействие с CaSO4•0.5H2O

При взаимодействии VO3- с CaSO4•0.5H2O наблюдается снижение концентрации ванадия в растворе. [каф. ХТНВ, К и Э].

Взаимодействие с SiO32-

При смешении растворов содержащих VO3- и раствора с SiO32- визуально не наблюдалось взаимодействие.

Взаимодействие с суперфосфатом

При смешении растворов содержащих VO3- и раствора с суперфосфатом визуально не наблюдалось взаимодействие.




ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЯ



Взаимодействие с (NH4)2S в присутствии аммиака и солей аммония

Выпадает черный NiS [2-8].

Взаимодействие с H2S

При взаимодействии солей никеля с сероводородом при рН7 выпадает осадок NiS [4, 6-8].

Взаимодействие с NaOH(KOH) без избытка

Выпадает зеленоватый осадок Ni(OH)2 [2-6, 8].

Взаимодействие с NaOH(KOH) избыток при нагревании

Выпадает зеленоватый осадок Ni(OH)2 [3-5].

Взаимодействие с NH4OH без избытка

Зеленоватый осадок основных солей переменного состава [3-6, 8].

Взаимодействие с NH4OH в избытке и присутствии солей аммония

Раствор сереневого цвета – [Ni(NH3)6]2+ [3-5, 8].

Взаимодействие с Na2CO3, K2CO3, (NH4)2CO3

Образуется зеленый осадок Ni(OH)2 [2,3,5, 8]. По даннам [6] образуется

Ni2(OH)2CO3.

Взаимодействие с Na2HPO4 и (NH4)3PO4

Образуется зеленый осадок Ni3(PO4)2 [2, 5, 6, 8] и (NH4)2NiPO4 [2].

Взаимодействие с K4[Fe(CN)6]

Образуется бледнозеленый осадок переменного состава [4-6].

Взаимодействие с K3[Fe(CN)6]

Образуется желто-бурый осадок переменного состава [5,6].

Окислители в щелочной среде

Образуется черный осадок Ni2O3*H2O. Пероксид водорода не окисляет никель [5,6]. По данным [8]:

2 Ni(OH)2+NaOCl+H2O = NaCl+ 2 Ni(OH)3

Взаимодействие с цианидами

Образуется яблочно-зеленый осадок содержащий воду. При нагревании до 180-200 С в осадке Ni(CN)2 [2-4,8].

Взаимодействие с роданидами

При взаимодействии выпадают в осадок раданиды [2]:

Ni2+ + 2 CNS- = Ni(CNS)2

Взаимодействие с щавеливой кислотой

При взаимодействии солей никеля в осадок выпадают зеленовато-белые хлопья [2] оксалата никеля.

Взаимодействие с (C2H6N4O)2*H2SO4

При взаимодействии солей никеля с дициандиамидинсульфатом в присутствии KOH образуется желтый осадок [2].




ОЧИСТКА ОТ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА



Mn2+



Взаимодействие с (NH4)2S в присутствии аммиака и солей аммония

Образуется осадок телесного цвета MnS [2-8].

Взаимодействие с H2S

Выпадает осадок MnS [6,7].

Взаимодействие с NaOH(KOH) без избытка

Образуется белый буреющий осадок Mn(OH)2 [2-6, 8, 9]. Образуемый осадок на воздухе буреет вследствие перехода Mn2+ в Mn4+, при этом образуется MnO(OH)2 или H2MnO3 (марганцоватистая кислота) [9].

Взаимодействие с NaOH(KOH) избыток при нагревании

Образуется белый буреющий осадок Mn(OH)2 [5].

Окислители в щелочной среде

При взаимодействии в щелочной среде в присутствии пероксида водорода при нагревании образуется бурый осадок MnO2·xH2O [3, 5, 6].

При взаимодействии в щелочной среде (избыток) в присутствии Br2 образуется MnO2·H2O [4].

При взаимодействии в щелочной среде в присутствии окислителей образуется бурый осадок MnO2·xH2O [5, 6].

При взаимодействии в присутствии более сильных окислителей происходит окисление до MnO4-[5, 6]. При окислении марганца до перманганата в качестве окислителей обычно используют: PbO2, (NH4)2S2O8 и другие ОВП которых выше 1,52 в. [9].

Взаимодействие с NH4OH без избытка

 Образуется белый буреющий осадок Mn(OH)2 [2, 3, 5, 6, 8, 9].

Условия протекания: рН=9-10

Взаимодействие с NH4OH в избытке и присутствии солей аммония

Образуется MnO2·xH2O [5].

Взаимодействие с Na2CO3, K2CO3, (NH4)2CO3

Образуется белый осадок MnCO3 [2, 3, 5, 6, 8].

Взаимодействие с Na2HPO4

При рН около 7 образуется белый осадок Mn3(PO4)2 [2, 5, 6, 8].

Взаимодействие с K4[Fe(CN)6]

Образуется белый осадок переменного состава [4-6].

Взаимодействие с K3[Fe(CN)6]

Образуется бурый осадок переменного состава [5, 6].

Взаимодействие с цианидами

Образуется осадок Mn(CN)2 [2, 8].

Взаимодействие с щавеливой кислотой

При взвимодействии солей марганца при нагревании образуется MnC2O4·2H2O [2].

Взаимодействие с SO2

При взаимодействии солей марганца в водных растворах с SO2 образуется осадок MnSO3 [2].

Взаимодействие с AgCl в присутствии конц. NaOH



2 AgCl+Mn2++ 4OH- = 2 Ag+MnO(OH)2+2 Cl- +H2O



По данным [5].



Mn3+



Взаимодействие с CH3COOH(горячая) и KMnO4 или Cl2

При охлаждении образуется Mn(C2H3O2)3·2H2O [2].




СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



А. Нойс, В. Брэй. Качественный анализ редких элементов.- М.: ОНТИ, Главная редакция химической литературы.-1936.

Г. Реми Учебник неорганической химии. Т2. Под. ред. Б.М. Беркенлеима.- Л.: ОНТИ, Химтеорет, 1935.-390 с.

В. Бурдаков Качественный анализ кислот и металлов.- Изд-е 3-е. – Л.: Ленинградский горный институт.-1930.

Л. Кертман Курс качественного анализа.- М.: ОНТИ, Главная редакция химической литературы.-1937.

Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Изд. 5-е пер. и доп. Под. ред. П.К. Агасяна.- М.: Химия, 1970.-472 с.

Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Качественный анализ. Изд. 3-е перер. Т1.-М.:Химия, 1970.-462 с.

Г. Шарло Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. Под. ред. Ю.Ю. Лурье.- М.: Химия,

	1965.-976 с.

Ф. Тредвел курс аналитической химии. Том 1. Качественный анализ/ Под. ред. А.С. Коновалова.- М.-Л.: 1931.-511 с.

Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Практическое руководство по качественному полумикроанализу (на основе бессероводородного метода). – М.: Просвещение, 1972.- 134 с.