М.В.Васёха, Д.А.Теслюк
Мурманский государственный технический университет

При очистке отходящих газов различных от оксида серы(IV) наибольшее распространение получили методы щелочной очистки, в частности, сульфит-бисульфит натриевый метод, где в качестве поглотителя SO₂ используется сода или ее смесь с гидроксидом натрия.

Отработанные хемосорбенты представляют собой сухую смесь или раствор сернистых солей и являются отходами, которые нужно подвергать захоронению или утилизации. 

Ранее нами была обоснована возможность использования сульфита натрия для конверсии железистого кека медно-никелевого производства [1].

В данной работе приведен сравнительный анализ модельного хемосорбента с раствором сульфита натрия и пиросульфита натрия методом УФ-спектроскопии.

В качестве модельного хемосорбента использовался раствор карбоната натрия (х.ч.) с массовой долей Na₂CO₃ 20%, через который пропускался оксид серы(IV). Пропускание осуществлялось до тех пор, пока плотность раствора не становилась постоянной и равной 1.36 г/см³. Общее содержание S(IV) определялось йодометрическим титрованием.

Для сопоставления содержания серы(IV) в изучаемых растворах выбрана молярная концентрация эквивалента (нормальность). Формулы эквивалентов сульфита и пиросульфита натрия равны соответственно ½Na₂SO₃ и ¼Na₂S₂O₅.

УФ-спектры снимались в диапазоне длин волн 190-350 нм на приборе T70 UV/VIS Spectrometer. Растворы для этого разбавлялись до заданной концентрации, с добавлением серной кислоты рН устанавливалось равным 3.

Гидроксид железа(III) переводился в состояние лиозоля обработкой пептизатором - раствором FeCI₃ при молярном отношении Fe(OH)₃ к FeCl₃ равным 3. Для сопоставления эффективности сульфитизации пульпа гидроксида железа(III) параллельно смешивалась с раствором хемосорбента, растворами пиросульфита и сульфита натрия; при этом сохранялось молярное отношение Fe(III):S(IV) = 1:3. Реакционная смесь выдерживалась при постоянном перемешивании в течение часа. После отстаивания суспензии равные порции жидкой фазы отбирались для анализа, а остаток подвергался конверсии в красный железооксидный пигмент.

Для выявления характерных полос поглощения гидросульфит-иона и пиросульфит-иона сняты УФ-спектры растворов сульфита натрия при рН = 4.5 в диапазоне молярной концентрации эквивалента от 2·10^-3 до 1.5 моль·л^-1. Такое значение рН выбрано исходя из распределительной диаграммы для сернистой кислоты, в соответствии с которой мольная доля гидросульфит-иона близка к 1.

При значении рН = 3, которое соответствует условиям сульфитной конверсии железистого кека, в УФ-спектрах растворов сульфита натрия, пиросульфита натрия и модельного хемосорбента в диапазоне длин волн 258-277 нм наблюдается гипсохромный сдвиг. Отклонение от закона Бугера-Ламберта-Бера и смещение пика поглощения пиросульфит-иона связанно с протонированием иона S₂O₅^2- и образованием Н₂S₂O₅, а точнее S₂O₄·H₂O, максимум поглощения которого 276-277 нм соответствует свободному SO₂. При увеличении концентрации раствора доля протонированных ионов снижается и пик смешается в полосу поглощения, характерную для пиросульфита [2].

Батохромный сдвиг пика в диапазоне от 205 до 217 нм для трех растворов происходит практически идентично, что свидетельствует о равной степени таутомеризации гидросульфит-иона при одинаковом содержании S(IV) и рН.

После проведении сульфитизации гидроксида железа(III) растворами сульфита натрия, пиросульфита натрия и модельного хемосорбента было отобрано по две одинаковых пробы жидкой фазы из каждого параллельного опыта. Первая проба выдерживалась в эксикаторе над серной кислотой в атмосфере гелия в течение четырех недель до полного обезвоживания. Полученные кристаллы подвергались рентгенофазовому анализу. Вторая проба титровалась йодометрически. Анализ показал, что качественный и количественный составы жидких фаз в параллельных опытах практически идентичны. В растворе обнаружены сульфат железа(II), сульфат натрия и дитионат натрия.

Пигментные свойства материалов из полученных опытов очень схожи.

По содержанию водорастворимых солей более высокими характеристиками обладают образцы, выделенные в случае применения пиросульфита натрия и раствора модельного хемосорбента. Это объясняется различным молярным отношением Na:S(IV) в исходных сульфитных растворах.

Таким образом, при равных молярных концентрациях эквивалента S(IV) и одинаковом значении рН водные растворы сульфита натрия, пиросульфита натрия и модельного хемосорбента сернистого газа имеют одинаковый ионный состав. Это подтверждается схожестью спектрофотометрических характеристик, идентичностью качественного и количественного состава продуктов сульфитизации, отсутствием значительных отличий в пигментных свойствах продуктов, полученных из параллельных опытов. Совокупность полученных данных позволяет сделать вывод о возможности использования отработанных растворов хемосорбентов сернистого газа вместо сульфита натрия при конверсии железогидратных отходов медно-никелевого производства, в частности железистого кека, в красный железооксидный пигмент.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мотов Д.Л., Васёха М.В .Железистый кек и проблемы его утилизации. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. 2007. 51 с.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона