Анотація до роботи:

Сергєєва О.В. Технологія плазмохімічного рідкофазного вилучення іонів полівалентних металів з відходів гальванічних та травильних виробництв – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 – технологія неорганічних речовин. – Український державний хіміко-технологічний університет, м. Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація присвячена питанням теоретичних і експериментальних досліджень вилучення іонів полівалентних металів із стічних вод гальванічних і травильних виробництв шляхом обробки їх контактною низькотемпературною плазмою (КНП).

У роботі надані дослідження фізико-хімічних перетворень у воді і водних розчинах, що містять іони полівалентних металів. Показано, що в ході плазмохімічної обробки відбувається накопичення пероксидних сполук і виділення іонів металів у вигляді осадів.

Розроблена математична модель кінетики концентраційних змін у рідині в ході її обробки КНП. Модель містить у собі хімічні, плазмохімічні, електрохімічні та фотохімічні реакції. Дана модель може бути використана для розрахунку плазмохімічних процесів, радіолізу, фотолізу і електролізу.

Запропонована технологічна схема плазмохімічного вилучення іонів полівалентних металів відрізняється компактністю, універсальністю і гнучкістю в залежності від вимог технологічного процесу. Використання запропонованої технології в процесах вилучення іонів важких металів зі стічних вод дозволяє вилучити більш 99% металу при одночасному зниженні витрат у порівнянні з базовим варіантом у 1,8-2 рази.

Матеріал дисертації викладений у 10 друкованих роботах.

1. У даній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача – розроблена технологія плазмохімічного вилучення іонів полівалентних металів із стічних вод гальванічних і травильних виробництв і виявлені фізико-хімічні основи протікання процесів активації води та водних розчинів контактною нерівноважною плазмою (КНП).

2. Встановлено, що в результаті процесів, що відбуваються у водних розчинах під дією КНП, відбувається зміна їх фізичних і хімічних властивостей, що виявляються в утворенні і накопиченні пероксидних сполук, зміні густини, в'язкості, кислотності і питомій електропровідності. При обробці дистильованої води питома електропровідність зростає в 4,8 рази при тривалості процесу (4 – 6)10² с, при тривалості обробки (0-1,2)10² с рН змінюється з 6,15 до 2,85, динамічна в'язкість зростає на 4 %.

3. Визначені параметри процесу обробки водних розчинів КНП, що дозволяють домогтися максимальної швидкості накопичення пероксидних сполук:

– для водопровідної води (1,1-2,7)10^-5 моль/лс тривалість обробки (0-3)10²с, сила струму 20 – 120 мА;

– для дистильованої води максимальна швидкість накопичення пероксидних сполук лежить у межах (1,2 - 1,3) 10^-5 моль/лс і відповідає тривалості обробки (4 - 6)10²с.

4. Корозійна активність дистильованої води, яка піддана обробці КНП і яка містить 0,03 мас.% Н₂О₂, у 1,5-2 рази вище, ніж корозійна активність розчину дистильованої води з штучним додаванням 0,03 мас. % Н₂О₂.

5. Методами зондової діагностики визначено, що в ході процесу обробки водних розчинів КНП, основним джерелом заряджених часток є поверхня розділу фаз газ – рідина, а основними постачальниками продуктів реакції є поверхня розділу фаз і катод.

6. Розроблена математична модель кінетики концентраційних змін реагуючих компонентів у рідкому середовищі під дією КНП.

7. Показано, що дана модель має високий ступінь універсальності, тому, що може бути застосовна для розрахунку плазмохімічних процесів, радіолізу, фотолізу і електролізу. Модель дозволяє прогнозувати властивості отриманих розчинів як під час, так і після їх обробки.

8. Теоретично визначені часові характеристики перетворень компонентів, що реагують. Отримані залежності використані при експериментальних дослідженнях і наступному проектуванні реакційного обладнання.

9. Експериментально досліджений процес вилучення іонів металів з водних розчинів у широкому діапазоні концентрацій. Найбільша ефективність відзначена для сильно розбавлених розчинів (концентрацій порядку 0,1–30 мг/л), при цьому ступінь вилучення перевищує 90 %.

10. Визначено, що введення домішок етанолу в кількості (0,1–1)10^-4 моль/моль у ряді випадків призводить до збільшення ступеня вилучення іонів важких металів у 1,5 – 3 рази, а в технологіях вилучення срібла з відпрацьованих фіксажних розчинів і хрому з хромовміс-них стічних вод дозволяє знизити втрати металу, винесеного стічними водами в 2–4 рази.

11. Запропонована технологічна схема плазмохімічного вилучення полівалентних металів із стічних вод, що відрізняється компактністю, універсальністю і гнучкістю в залежності від конкретних вимог технологічного процесу.

12. Використання запропонованої технології в процесах вилучення іонів полівалентних металів із стічних вод дозволяє провести їх очищення до ГПК при одночасному зниженні витрат у порівнянні з базовим варіантом у 1,8 –2 рази.

13. Здійснені на ВАТ “Агрегатний завод” випробування на реальних стічних водах показали, що зазначений метод є перспективним, зокрема для локального очищення стічних ліній гальванічних покритій вузлів і деталей машинобудівного комплексу.

14. Показана можливість застосування отриманих шламів для одержання вартісних продуктів неорганічної хімії, у лакофарбовій промисловості для виробництва пігментів або повернення металів у виробничий цикл після регенерації шламів.

15. На підставі отриманих результатів видані рекомендації на проектування плазмохімічних установок нового покоління на ВАТ “Дніпропетровський машинобудівний завод”.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

1. Пивоваров А.А., Сергеева О.В. Сорбционные технологии на основе ионообменных смол в гидрометаллургии золота и серебра //Экотехнологии и ресурсосбережение.-1998.-№5.-С.23-33.

Здобувачем виконаний патентний пошук та літературний аналіз.

2. Пивоваров А.А., Сергеева О.В. Физико-химические превращения в водных средах под действием неравновесной плазмы тлеющего разряда // Вопросы химии и химической технологии. - 1999. - №2. - С.48-50.

Здобувачем проведені досліди та виконаний аналіз перетворень у воді під дією КНП.

3. Пивоваров А.А., Сергеева О.В. Физико-химические превращения воды, обработанной плазмой тлеющего разряда //Вопросы химии и химической технологии. -1999. -№3. -С.61-64.

Здобувачем проведені досліди та виконаний аналіз перетворень у воді під дією КНП.

4. Пивоваров А.А., Сергеева О.В., Сытник С.В. Влияние добавок низших спиртов на свойства водных растворов, обработанных электрическими разрядами. // Вопросы химии и химической технологии. –2001. – №1. –С.186 – 189.

Здобувачем виконаний аналіз впливу добавок нижчих спиртів на фізико-хімічні перетворення у воді під дією КНП.

5. Пивоваров А.А., Сергеева О.В. Кинетическая модель химических превращений в дистиллированной воде под действием контактной низкотемпературной плазмы тлеющего разряда.// Вопросы химии и химической технологии. –2001. – №5. – С.74 – 78.

Здобувачем складено кінетичну модель хімічних перетворень під дією КНП у дистильованій воді, знайдені константи швидкості хімічних реакцій у літературних джерелах, виконано розрахунки на ЕОМ.

6. Пивоваров А.А., Сергеева О.В. Извлечение поливалентных металлов из сточных вод гальванических производств плазмохимическим методом // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. Сборник научных трудов. Тематический выпуск “Химия, химическая технология и экология”. Харьков: НТУ “ХПИ”.-2003.-№4.С.77-84.

Здобувачем виконані досліди з вилучення іонів полівалентних металів з водних розчинів та проведено дослідження осадів, що утворилися в результаті вилучення металів.

7. Деклараційний патент на винахід Україна №39031А (UA) 7 C02F1/46 Півоваров О.А, Сергєєва О.В., Ситнік С.В., Зябрева О.А. “Спосіб активації хімічно чистої та питної води” від 15.05.2001. Бюл.№4.

Здобувачем виконані досліди та аналіз перетворень у воді під дією КНП та зроблено патентний пошук.

8. Деклараційний патент на винахід Україна №39032А (UA) 7 C02F1/461, C02F1/54 Півоваров О.А, Сергєєва О.В., Ситнік С.В. “Спосіб очищення стічних вод від іонів важких металів” від 15.05.2001. Бюл.№4.

Здобувачем зроблені досліди по вивченню впливу добавок етанолу на швидкість вилучення іонів полівалентних металів з водних розчинів. Зроблено патентний пошук. Визначено формулу винаходу, та зроблено опис винаходу.

9. Пивоваров А.А., Сергеева О.В. Коррозионная стойкость материалов в воде, обработанной низкотемпературной плазмой тлеющего разряда // Вопросы химии и химической технологии. Специальный выпуск, посвященный 70-летию УГХТУ. Материалы Международной научно-технической конференции „Химия и химическая технология – 2000” (25-27 мая 2000, г. Днепропетровск, Украина).-2000,– №1. –С.200 – 202.

Здобувачем виконані корозійні іспити матеріалів у воді яку оброблено КНП.

10. Д.т.н. Пивоваров А.А., Сергеева О.В., Сытник С.В. Применение неравновесной плазмы тлеющего разряда в перспективных технологических процессах Материалы Международной научно-практической конференции “От переходной экономики к устойчивому развитию” (19-20 апреля 2001, г. Днепропетровск, Украина), С.107-108.

Здобувачем здійснений літературний аналіз можливостей застосування нерівноважної плазми в технологічних процесах.