Способ переработки продуктов детоксикации люизита

 

Изобретение относится к области уничтожения химического оружия, а именно к разработке способа утилизации продуктов детоксикации люизита. Способ переработки реакционных масс, получаемых в процессе детоксикации люизита, включает операции внесения в реакционные массы щелочи и мышьяксодержащих отходов металлургической промышленности, содержащих мышьяк в форме оксида, последовательной обработки растворами соляной и серной кислот, одновременно являющихся подкислителями и осадителями, до рН 5, и выделение в качестве малорастворимого соединения оксида мышьяка (III). Изобретение позволяет по простой схеме процесса перерабатывать реакционную массу в мышьяковистый ангидрид и при наименьших затратах получать полезные мышьяксодержащие соединения и концентрат черных и цветных металлов. 1 ил.

Изобретение относится к области уничтожения химического оружия, а именно к разработке способа утилизации отравляющего вещества кожно-нарывного действия - люизита.

Решение этой задачи достигается несколькими технологическими приемами. В их основе лежат процессы сплавления люизита с серой, обработки спиртовыми растворами алкоголятов щелочных металлов, хлорирования и т.п.

Однако эти технологии имеют ряд существенных недостатков, вследствие чего их применение маловероятно.

Основной технологией уничтожения люизита, прошедшей конкурсный отбор, считается щелочной гидролиз с последующим электролизом реакционных масс и получением мышьяка [см. Петрунин В.А. и др. Математическое моделирование процесса щелочного гидролиза люизита. - Российский химический журнал, 1995, т. XXXIX, 4, с. 15-16].

Сами авторы отмечают, что при явных достоинствах первой стадии этой технологии дальнейшая переработка продуктов детоксикации имеет ряд недостатков: энергоемкость, сложность технического оформления стадии электролиза из-за образования на электродах высокотоксичных и взрывоопасных соединений: арсина, хлора, водорода. Кроме того, получаемый элементарный мышьяк находит весьма ограниченное применение. Тем не менее первая стадия этого технологического процесса, приводящего к образованию реакционной массы, содержащей арсенит и хлорид натрия, избыток щелочи, шлам, воду и другие компоненты, является общепринятой.

Известен способ утилизации таких реакционных масс путем упаривания с получением смеси солей арсенита и хлорида натрия [см. Русанов В.М. и др. Материалы первого Удмуртского семинара по проблемам уничтожения химического оружия. - Ижевск, 1994, с. 119-120].

Однако в данном случае полученный продукт обладает высокой токсичностью, что усложняет процесс его хранения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обработки реакционной массы (полученной методом детоксикации люизита раствором гидроксида натрия) раствором серной кислоты (для подкисления) с последующим осаждением мышьяка в форме сульфида мышьяка сульфидом натрия при рН 1-4 среды, температурах 15-50^oС и времени взаимодействия 10-60 мин [см. Пат РФ 2099116, МПК A 62 D 3/00]. Полученный осадок сульфида мышьяка направляется на хранение.

Недостатком способа является получение продукта (As₂S₃), который не используется в прямом назначении в народном хозяйстве и должен впоследствии дополнительными химическими процессами быть переведен в другие промышленно полезные соединения, например оксид мышьяка (III) или металлический мышьяк.

Изобретение направлено на переработку продуктов детоксикации люизита с получением наиболее широко используемого продукта, оксида мышьяка (III), ежегодная потребность в котором на отечественном и мировом рынках чрезвычайно высока и с каждым годом возрастает.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки реакционных масс детоксикации люизита, включающем подкисление и введение осадителя, для выделения продукта в виде малорастворимого соединения мышьяка, согласно изобретению реакционную массу предварительно отфильтровывают, дополнительно вносят щелочь и мышьяксодержащие отходы металлургических производств, содержащие мышьяк в форме оксида, последовательно обрабатывают растворами соляной и серной кислот, одновременно являющихся подкислителями и осадителями, до рН 5 среды, и выделяют в качестве малорастворимого соединения мышьяка мышьяковистый ангидрид. Полученный мышьяковистый ангидрид фильтруют, промывают и сушат.

Технологическая схема способа приведена на чертеже, где 1 - исходный реактор с реакционной массой; 2 - фильтры; 3 - смеситель; 4 - нейтрализатор, 5 - выпарной аппарат; 6 - скрубберы.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что реакционную массу, полученную после детоксикации люизита гидроксидом натрия, отделяют от нерастворимой части (шламов) путем фильтрования на фильтре (2), а далее фильтрат поступает в смеситель (3), где в него добавляют пылевидные мышьяксодержащие отходы металлургических производств, содержащие мышьяк в форме оксида и щелочь, в количестве, обуславливающем насыщение раствора арсенитом натрия. Процесс перехода оксида мышьяка из отходов в раствор осуществляется по следующей схеме: As₂O₃ ^*+6NaOH-->2Na₃AsО₃+3H₂O+шлак, где А₂О₃ ^* - оксид мышьяка, содержащийся в составе отходов металлургических производств, а нерастворимая составляющая (шлак) содержит оксиды и нерастворимые соли черных и редких металлов.

Нерастворившуюся часть отходов, содержащую оксиды и нерастворимые соли черных и редких металлов (шлак), отделяют на фильтре (2), промывают раствором щелочи, водой и используют в дальнейшем в металлургической промышленности для легирования сталей.

Полученный насыщенный по Na₃AsO₃ раствор при перемешивании в нейтрализаторе (4) обрабатывают раствором соляной кислоты, добавляемым в количестве, необходимом для перевода арсенита натрия в мышьяковистый ангидрид по реакции К полученному раствору, имеющему рН 7 среды, добавляют 60% раствор серной кислоты до рН 5 раствора. Этот процесс подкисления раствором серной кислоты (а не соляной) проводится, с одной стороны, для достижения полноты осаждения оксида, а с другой, для предотвращения образования растворимого хлорида мышьяка. Полученный осадок выдерживают в нейтрализаторе в течение часа при температуре окружающей среды (25^oС), отфильтровывают на фильтре (6), промывают, сушат и направляют после анализа на содержание основного вещества и примесей на хранение. К фильтрату, после отделения и промывки оксида мышьяка, добавляют щелочь до рН 10 среды и подвергают процессу упаривания в выпарном аппарате (5), при этом отделяют хлорид натрия, а остаточную часть, содержащую некоторое количество растворенного Аs₂О₃, направляют в реактор (1) с исходной реакционной массой, чем обуславливают замкнутость технологического цикла.

Предложенный способ утилизации реакционной массы обладает следующими достоинствами: практически полным одновременным превращением реакционной массы и мышьяковистых отходов, содержащих мышьяк в форме оксида, в мышьяковистый ангидрид; значительным увеличением количества продукта, получаемого в рамках одного цикла; простотой технологического оформления процесса, реализуемого на основе стандартного химического оборудования; использование доступных химических реагентов (водные растворы щелочей и кислот); конечный продукт может быть реализован в коммерческих целях.

Таким образом, предлагаемый способ утилизации реакционных масс, образующихся в результате щелочного гидролиза люизита, с одновременной переработкой мышьяксодержащих отходов металлургических производств является более экономичным, позволяет при наименьших затратах получать полезные мышьяксодержащие соединения и концентрат черных и цветных металлов, пригодный к реализации и длительному хранению.

Пример. Реакционная масса весом 200 г подвергается процессу фильтрования для отделения смолообразных продуктов детоксикации люизита (шламов) и направляется в смеситель. К реакционной массе при перемешивании добавляют 50 г пылевидных мышьяксодержащих отходов металлургических производств, содержащих 75% оксида мышьяка, и 45 г NaOH. Данная операция, с одной стороны, позволяет вести одновременную утилизацию второго токсичного объекта - мышьяксодержащих отходов металлургических производств, а с другой, создание насыщенного по Na₃AsO₃ раствора исключает стадию упаривания реакционной массы. После протекания растворения оксида реакционная масса направляется на операцию отделения нерастворимого концентрата черных и цветных металлов. 12,5 г концентрата отделяют на фильтре, промывают 20% раствором NaOH до полного удаления следов оксида мышьяка, далее водой и после просушки направляют на склад. Фильтрат, представляющий насыщенный по Na₃AsO₃ раствор, направляют в нейтрализатор, где при перемешивании обрабатывают 155 г реактивной соляной кислоты ( == 1,19 г/см³; С=37 мас.% НСl) до достижения нейтральной среды (рН= 7). Далее в реактор добавляют 60% раствор серной кислоты до достижения рН 5 среды. Осадок, выделяющийся в процессе нейтрализации щелочи, выдерживают в нейтрализаторе в течение часа при постепенном понижении температуры (чем ниже температура, тем меньше собственная растворимость Аs₂О₃ в воде), отфильтровывают, промывают и сушат. Масса выделившегося осадка в зависимости от конечной температуры раствора в реакторе составляет 46-49 г. К фильтрату, после отделения и промывки оксида мышьяка, добавляют щелочь до рН 10 среды и подвергают процессу упаривания для удаления большей части воды (до 90%), что приводит к кристаллизации 90 г хлорида натрия. Соль отделяется на фильтре и после промывки холодным раствором 5% НСl направляется на хранение. Остаточная часть фильтрата, содержащего некоторое количество Аs₂О₃ (за счет собственной растворимости в воде), направляют в емкость, в которой готовится 60% раствор серной кислоты, которая используется в следующем цикле осаждения оксида мышьяка. Тем самым создается замкнутый технологический цикл.

Формула изобретения

Способ переработки реакционных масс детоксикации люизита, включающий подкисление и введение осадителя для выделения продукта в виде малорастворимого соединения мышьяка, отличающийся тем, что реакционную массу предварительно отфильтровывают, дополнительно вносят щелочь и мышьяксодержащие отходы металлургических производств, содержащие мышьяк в форме оксида, последовательно обрабатывают растворами соляной и серной кислот, одновременно являющихся подкислителями и осадителями, до рН 5 среды и выделяют в качестве малорастворимого соединения мышьяка мышьяковистый ангидрид.

РИСУНКИ

Рисунок 1