Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 2 2020

Журнал Химиков-Энтузиастов
Помощь журналуПомощь журналу Химия и Химики




Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах
Neutralization of hexavalent chromium in waste


В.Н. Витер


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Соединения шестивалентного хрома обладают высокой токсичностью, в частности, они являются генотоксичными канцерогенами (повреждают и разрушают генетический материал клеток). Хроническое вдыхание соединений шестивалентного хрома увеличивает риск заболеваний носоглотки, риск рака лёгких. (Лёгкие особенно уязвимы из-за большого количества мелких капилляров). При этом шестивалентный хром широко используется в промышленности и лабораторной практике, что ведет к частым его контактам с человеком и постоянным выбросам шестивалентного хрома в окружающую среду.

В частности, соединения шестивалентного хрома широко используются в металлургии. Практически вся хромовая руда перерабатывается путем перевода соединений хрома в дихромат натрия. Шестивалентный хром применяется в производстве нержавеющих сталей. Другой областью, где используется большие количества соединений шестивалентного хрома, является производство красок. Хромовый ангидрид [оксид хрома (VI)] применяют при получении чистого хрома, в производстве керамики, цветных стекол и сверхтвердых материалов. Хромовый ангидрид также является основой электролитов для хромирования в гальванике. В отличие от других соединений шестивалентного хрома, хромовый ангидрид обладает летучестью, что значительно увеличивает его опасность. Дихромат калия (натрия) служит для получения дубителей в кожевенной промышленности. Раствор бихромата калия (реже - натрия) в серной или азотной кислоте - хромовая смесь - широко используется в лабораториях для удаления с поверхности стекла органических загрязнений. Бихромат калия применяют в качестве окислителя для консервирования проб молока перед их лабораторным анализом. К сожалению, его иногда незаконно добавляют в молоко для обеззараживания.

Чаще всего воздействию соединений шестивалентного хрома подвергаются работники металлургических предприятий, гальваники, работники заводов по производству красок, а также химики, работающие в лаборатории.

Механизм токсичности шестивалентного хрома обусловлен его сильным окислительным действием. Попав в организм, шестивалентный хром Cr(VI) сначала восстанавливается до метастабильного пятивалентного хрома Cr(V), затем - до трехвалентного хрома Cr(III) - при этом повреждаются клеточные структуры, в том числе, ядерная и митохондриальная ДНК.

Трехвалентный хром, присоединяясь к протеинам, создает комплексы, которые включают иммунную реакцию. После их появления чувствительность к хрому не пропадает. У чувствительных людей даже контакт с текстильными изделиями, окрашенными хромсодержащими красками или с кожей, обработанной хромом, а также цементом, красителями и инструментами, вызывает дерматиты и крапивницу. Аллергия к хрому, как и отравления им, чаще всего встречается у работников соответствующих предприятий. Но, в отличие от шестивалентного хрома, трехвалентный хром высокой токсичностью не обладает. Тоже - "не подарок" (см. выше), но с шестивалентным хромом его действие не сравнить.

Раньше считалось, что хром - биогенный элемент (именно в форме хрома (III)). В небольших количествах он присутствует в растениях и животных. Трехвалентный хром участвует в обмене белков, жиров и углеводов. Недостаток хрома может быть вреден для организма, поэтому необходимо восполнять его дефицит с помощью препаратов. Сейчас такая точка зрения поставлена под сомнение.

Необходим трехвалентный хром живым организмам или нет - вопрос отдельный. Важно, что трехвалентный хром не обладает высокой токсичностью. Поэтому эффективным методом нейтрализации шестивалентного хрома в сточных водах является его восстановление до трехвалентного хрома. Желательно - в виде малорастворимых соединений.

Пишу все это и с ужасом вспоминаю ванну блестящего хромирования объемом с куб и с концентрацией хромового ангидрида под 350 г/л... Если нужно будет ее менять или разбавлять, электролит из ванны придется перелить в бочки и канистры и сдать на утилизацию. Но эта ванна - не единственное место в цеху, где используется хромовый ангидрид.

В частности, есть еще ванна желтой пассивации цинка. Объем - до 100 л, концентрация хромового ангидрида - 6 г/л. Пришло время ее менять. Прежде, чем готовить новую, нужно куда-то деть отработанную ванну. В канистры и на утилизацию? Не сейчас - у завода нет денег. Что делали раньше? Просто выливали в канализацию, но я решил, что лить шестивалентный хром в Днепр - это слишком.

Начальство спросило, что надо, чтобы шестивалентный хром нейтрализовать? В уме прикинул: 100 л ванны - это 600 г хромового ангидрида + 1 л азотной кислоты + немного гальванической добавки неизвестного состава. Значит, нужно килограмм 5 сульфита натрия (с запасом) - чтобы восстановить шестивалентный хром до трехвалентного, нейтрализовать азотную кислоту и осадить гидроксид хрома (III).

Бухгалтерии дали задание посчитать, что выгоднее: платить штрафы за выброс или купить 5 кг сульфита натрия. Не знаю, что они ответили директору, но нетрудно догадаться: через две недели пришел сульфит натрия.

К тому времени я слил старую ванну в 3 канистры на 25 кг (ее оказалось меньше 100 л), канистры стояли рядом с ванной. Когда появилось время и желание - решил попробовать нейтрализовать хром (VI).

Самый простой способ - засыпать твердый сульфит натрия в канистры, закрыть и хорошо перемешать. Но я уже знал, то так делать нельзя: несколько месяцев назад получал основный сульфат хрома (III) из хромового ангидрида. Восстановителем служили, то сахар, то спирт, то щавелевая кислота (последняя - неудачно). Все хорошо, но в продукте осталось немного Cr(VI). Работе это не мешало, но такая примесь не допускалась по стандартам безопасности. Как ее убрать? - Более сильным восстановителем - сульфитом. Сколько нужно добавить? - Определил опытным путем, проводя каждый раз качественную реакцию на шестивалентный хром с йодидом. Удалось. Зато, когда перешел к бОльшим масштабам, решил для экономии объема вместо раствора добавить твердый сульфит натрия. Темно-зеленый киселеобразный продукт, который получился, был непрозрачным, но, когда я его перелил в другую бутылку, обнаружил, что твердый сульфит схватился комками на дне. Комки удалось разбить с трудом - ударами толстой пластиковой палки. Но в данном случае мы имеем дело не с литровой бутылкой, а с 25 кг канистрой.

Поэтому взял 10 л срезанную канистру, насыпал на дно 2 кг сульфита, и прилил к нему жидкости из канистр с отработанной ванной - чтобы не добавлять воду. Оранжево-коричневый раствор стал почти черным, в тонком слое - изумрудно-зеленым. Перемешал и разлил суспензию по трем канистрам с отходами. Закрыл, покатал по полу. Открываю. Жидкость - суспензия "цвета хаки" (грязный желто-коричневый). Остался там хром (VI) или нет? Разумеется, идти в лабораторию делать пробу с йодидом не стал. Просто взял еще один килограммовый пакет сульфита и, не растворяя, высыпал в три канистры. Снова закрыл, перемешал.

Открываю канистры, отливаю немного жидкости для пробы. Опять цвет хаки, теперь желтого оттенка - меньше, но есть. Сильный запах сернистого газа. Выливаю немного жидкости в ванну с водой (эта ванна служит для промывки деталей). Жидкость опускается, смешивается с водой, дает взмученный осадок, но раствора коричневого, оранжевого или желтого цвета, характерного для хрома (VI), нет. Значит шестивалентный хром полностью восстановился, а продукт его восстановления выпал в осадок. Это - гидроксид хрома Cr(OH)3? Скорее всего. Значительно позже - уже во время написания статьи - я вспомнил, что в растворе есть также красная кровяная соль, которая тоже могла дать с хромом (III) осадок.

Открываю слив, включаю максимальный напор воды и порциями выливаю суспензию в канализацию. Дальше - теоретически на очистные.

Кстати, твердый сульфит, который я, не растворяя, всыпал в канистры, тоже частично схватился комками - несмотря на тщательное перемешивание (с ударами массивным ботинком по дну канистр). Эти комки высыпались из канистр на дно промывочной ванны и растворились далеко не сразу.


Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste
Сульфит натрия

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste
Это было на несколько недель раньше. Вычерпываю отработанную ванну в канистры. Цвет раствора - характерный для Cr(IV)

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste
К сульфиту натрия прибавил жидкость из канистры с отработанной ванной с Cr(VI), перемешал. Жидкость стала черной, в тонком слое - изумрудно-зеленой - цвет Cr (III)

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste
Под действием сульфита содержимое канистр с отработанной ванной, содержащей Cr(VI), стало "цвета хаки". Шестивалентный хром перешел в трехвалентный, причем последний выпал в осадок.

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste
В "колонизацию"...

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste

Нейтрализация шестивалентного хрома в отходах. Neutralization of hexavalent chromium in waste




Комментарии
К1 Прошлые годы я немало занимался обезвреживанием шестивалентного хрома из отработанных ванн пассивации меди и цинка и их промывных вод.

Если в такие растворы постепенно добавлять сульфит натрия, при комнатной температуре хром частично восстановится до трёхвалентного, рН увеличится до ~4 единиц и дальше реакция не идёт. Чтобы хром восстановить до трёхвалентного полностью, надо добавить кислоты. При этом получается зелёный раствор соли хрома.

А можно кислоту не добавлять, нагреть раствор до кипения. Хром при этом выпадает в осадок в виде зелёного гидроксида.

Была пилотная установка в виде полукубовой ванны из нержавейки с подогревом.

К2 Уже после описанных событий прочитал в технологическом регламенте, как следует нейтрализовать хром (VI) в отработанной ванне желтой (радужной) пассивации цинка. В полном соответствии с законом Мерфи раздел по очистке сточных вод оказался на обратной стороне страницы - я на него просто не обратил внимания. Приведу цитату:

"Нейтрализация сточных вод
Промывные воды обезвреживаются как сточные воды шестивалентного хрома. Для этого показатель рН доводится до 2 - 2.5 и шестивалентный хром обезвреживается бисульфитом натрия. После этого раствор ощелачивается едким натрием или известковым молоком до показания рН 8 -9, при этом выпадают в осадок тяжелые металлы в виде гидроксидов. Для лучшего образования хлопьев рекомендуется добавка вспомогательного вещества для хлопьеобразования.

Отработанные растворы пассивации нейтрализуются следующим образом: в специальной емкости при рН 2 - 2.5 происходит обезвреживание шестивалентного хрома при помощи бисульфита натрия. Когда весь шестивалентный хром обезвредится, показатель рН поднимают при помощи едкого натрия до 5 - 6 и после этого добавляется 15%-ный раствор сульфида натрия, до тех пор, пока свинцовоацетатная бумага не станет черно-коричневой окраски.

Возможный остаток шестивалентного хрома можно устранить раствором хлорного железа. После этого раствор ощелачивают до рН =8 - 8,5 при помощи известкового молока, добавляют хлопьеобразователь и через 60 мин фильтруют. Отфильтрованный раствор подается на очистные сооружения для окончательной нейтрализации."



Динитротолуолы, озон, реакция Зинина и никакой лаборатории
Dinitrotoluenes, ozone, Zinin reaction and no laboratory


В.Н. Витер




Про нитротолуолы кое-что вспомнил. В 2015 г после армии остался без работы - сидеть в докторантуре за 2450 грн. в месяц (стипендия + 0.25 зарплаты с.н.с.) не захотел. Через 4 месяца знакомый помог устроиться в тот же институт, но в другой отдел, причем сотрудником, а не докторантом. Только на 3 мес. - главбух (которая до этого с директором по максимуму обрезала мне стипендию) настояла. Раз такие условия, значит, меня берут, чтобы я "держал ставку" для "правильных людей". Если никого не взять - президиум АН просто заберет у института ставку, но можно взять кого-то временно, а потом его уводить - когда нужно будет взять "своего человека" - по блату. Тогда я об этом не думал (три месяца - лучше, чем ничего), тем более, что в институте скоро должны были состояться выборы директора (и кого выберут, было неизвестно).

Какую поставили мне задачу? У китайцев есть сточная вода, загрязненная динитротолуолами (такое бывает, например, на производстве красителей или того же ТНТ). Нужно найти методы ее очистки. Работа исключительно за компьютером - доступа в лабораторию не было.

Чем занимался отдел? Зарабатыванием денег. Но если директор и его отдел просто деньги воровали (а потом переписывали Википедию, "Популярную библиотеку химических элементов", журнал "Мурзилка" и другие солидные источники, - чтобы составить отчеты), то в этом отделе была реальная работа. Зав. отделом - физик. Соответственно, его интересовали физические и физико-химические методы очистки сточных вод. Причем - довольно экстремальные: кавитация, электрические разряды, ультразвук, генерация озона и т.д. В разных местах и в разных странах он пытался привлечь проекты. Непременное условие: "Никаких реагентных методов!"

В числе прочего наметился проект у китайцев, но для начала им нужно было что-то предложить. Очистка озоном? - Первая моя мысль. Но нитропроизводные, особенно - ароматические, особенно - если они не с одной, а с несколькими нитрогруппами - такие вещества окисляются озоном плохо и не полностью. Вторая мысль - реакция Зинина. Ароматические нитросоединения легко восстанавливаются до ароматических аминов.

RNO2 + 6[H] => RNH2

В оригинальном варианте автор использовал сульфид аммония:

Реакция Зинина. Zinin reaction

...но сейчас в лабораториях используют цинк в кислой среде или алюминий в щелочной. Дешевле использовать железную стружку с небольшой добавкой соляной кислоты - так и поступили в промышленности, получая из нитробензола анилин.

Первый шаг - восстановление динитротолуолов до диаминотолуолов отходами железа в присутствии соляной кислоты. Аминопроизводные - в отличие от нитропроизводных - окисляются хорошо. Особенно если это - не моно-, а диаминопроизводные. Поэтому второй шаг - озонирование. Так и предложил начальнику.

Поиск статей в сети? Немного искал, но особенно не спешил. Больше - смотрел книги по теме, а еще больше - занимался монтажом видео и написанием статей для журнала (понимал, что работа временная).

Потом все-таки задал поиск по ключевым словам. Выбросило статью китайцев, которую скачал через sci-hub. Уже из абстракта понял, что в статье то же, что и предлагаю я - с небольшой разницей (у них восстановитель другой). Показал статью начальнику, соврал, что раньше неправильно задавал ключевые слова, - поэтому нашел только сейчас. Когда при мне он стал обсуждать вопрос о покупке этих веществ или о возможности их синтеза - для экспериментов по удалению динитротолуолов из воды, - обрадовал:

- А вы знаете, что динитротолуолы - взрывчатые вещества: не такие сильные, как ТНТ, но мало не покажется.

Для физиков это оказалось новостью. Не очень приятной, но работу не остановило.

Что дальше? Не прошло и месяца, как состоялись выборы директора. Переизбрали действующего. На следующий день мне предложили подписать заявление по собственному желанию. Именно "подписать", а не написать: заявление было "заботливо" напечатано, от меня требовалось только поставить подпись. С такой подлостью не сталкивался: ни до, ни после. Обычно, если работодателя что-то не устраивает, просят написать заявление по согласованию. В крайнем случае - по собственному желанию (особенно - если есть административные рычаги или если работника запугали). Еще чаще заявление бывает по инициативе самого работника. Но чтобы подсовывали готовую бумажку: подпиши (желательно - не читая) - столкнулся только здесь.

Причина? Проект, якобы не пошел. Китайцы денег не дали.

Сказал: "Нет". С какой стати я должен "марать" трудовую книжку? (Приняли, а через 3 недели - уводили). Взяли на 3 месяца: значит, через 3 месяца наши отношения и закончатся. Крутили-вертели, но без заявления уволить сотрудника, которого взяли на работу 3 недели назад, проблематично. Договорился с заведующим, что я буду раз в неделю приезжать отмечаться в журнале. Зарплата? - За последний месяц заплатили аж 800 грн (примерно 1/3 от минимальной зарплаты по памяти). Хотел бы сказать:

- Это директору на лекарства.

... но он теперь хороший (после крематория). Главбух? (точнее: "зам. директора по финансовым вопросам") - хорошей стать ей еще предстоит... Директор поменялся, а ее никак не могут "вынести". К сожалению, с тех пор она успела сделать много гадостей людям. Ничего: крематорий исправит.

Причина моего увольнения вскоре выяснилась. У директора дочка - зав. детским садиком. И он захотел ее срочно пристроить научным сотрудником на место химика. Зав. отдела эта идея не радовала (от слова "совсем"), но он был сильно зависим от директора, поэтому не стал упираться.

Зато работа с динитротолуолами в отделе продолжилась. Сначала их пытались разрушить адской комбинацией: разряды в воде, ультразвук, кавитация... Удавалось, но расход энергии был колоссальный. Потом один из сотрудников сделал электрохимическую установочку. Подробностей не знаю, думаю, что катодное восстановление до тех же диаминотолуолов, которые потом легко окислялись, давали смолу, которая уходит в шлам. Очистка достигалась с несравненно меньшей затратой электричества. Зав. отделом удивился:

- Как так?!

- Представьте бронированную дверь. Вам нужно через нее пройти. Можно выбить дверь кувалдой, угробив много сил и времени, а можно открыть ее ключом. Результат один, затраты - разные.

Лишь об одном жалею: увидеть динитротолуолы и поработать с ними мне так и не пришлось. Тринитротолуол - видел, точнее - насмотрелся. Даже на вкус дважды пробовал - есть у саперов такой ритуал посвящения. Динитробензол - видел, была банка. Какой изомер - не помню, зато помню, как мы с напарником на него облизывались: посчитать кислородный баланс, смешать с аммиачной селитрой и использовать "по назначению". Единственное, что удержало: вещество - канцероген (динитротолуолы тоже, кстати, не витамины). Так банка на складе и стоит - если ее не выкинули.


2,4-Динитротолуол. 2,4-Dinitrotoluene
2,4-Динитротолуол. 2,4-Dinitrotoluene

2,4-Динитротолуол. 2,4-Dinitrotoluene






Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды).
Грустный рассказ о буднях химиков (Институт сорбции и проблем эндоэкологии)
My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides).
Sad story about everyday life of chemists (Institute for sorption and problems of endoecology)


В.Н. Витер


Дело было в конце 2013 - начале 2014 года. Тогда я работал в Институте сорбции. Чем занимался? Формально - синтезом неорганических сорбентов, реально - ничем. Делать что-то свое директор, а особенно - тогдашний зам. директора по науке не давали (дело доходило до истерик, публичных угроз и выдергивания приборов из розеток). А задания от начальства поступали нечасто, бессистемно и без учета технических возможностей их выполнить (могли отсутствовать соответствующие реактивы и оборудование, например). Поэтому я не брал дурного в голову и в рабочее время занимался съемкой химических экспериментов. Еще - часто ходил на Майдан. Преимущественно после работы или на ночь, но и в рабочее время - тоже. Директор - бывший комсорг - сначала смотрел на это равнодушно. Но только до тех пор, пока его "штатная жертва" не уехала на несколько месяцев в Китай. - Была у нас в отделе одна научная сотрудница, которая все еще проявляла инициативу - несмотря на весьма богатый негативный опыт. Исключительно добрый человек, и вместе с тем - смелый. На ней директор и удовлетворял свою склонность к садизму - по-видимому, втаптывать в грязь людей ему приносило удовольствие. Но сотрудница временно уехала - и на вакантное место жертвы избрали меня. Естественно - не предупредив. Сначала ("Чтоб делу дать законный вид и толк...") - директор срочно дал мне задание: исследовать сорбцию некоторых редкоземельных элементов на полученных в институте сорбентах. Каких? Уголь, силикагель и силикагель с углем - много разных образцов. Состав и способ приготовления держали от меня в секрете. Какие металлы? Иттрий, лантан, скандий и несколько лантаноидов (самарий, гадолиний, диспрозий, празеодим и неодим). Большинство металлов было в форме оксидов, скандий - в виде нитрата, гадолиний - в виде оксалата. Их я перевел нагреванием в муфеле в оксиды.


Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Оксиды редкоземельных металлов

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Оксалат скандия и нитрат гадолиния

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)




Зачем все это? Редкоземельные элементы РЗЭ (в частности - лантаноиды) - продукты деления ядерного топлива в реакторах на АЭС, продукты далеко не безобидные. Они поглощают нейтроны, гасят цепную реакцию и их нужно удалять. В частности, лантаноиды недопустимы в оборотной воде. Еще одно направление - сорбенты для технологии производства РЗЭ. Причем, и то, и другое делалось с целью получить проект в России (вторжения в нашу страну тогда еще не было - шли последние месяцы и дни до его начала - 20.02.2014).

Методика эксперимента? Берется сорбент, сушится в стеклянном бюксе, чтобы удалить влагу. По разнице масс рассчитываем навеску. Помещаем ее в бутылочку. Дальше - заливаем ее аликвотой стандартного раствора соли РЗЭ, выдерживаешь сутки, периодически встряхивая, потом - анализируешь раствор комплексонометрическим титрованием. Если есть сорбция - концентрация металла в растворе упадет, нет сорбции - останется практически без изменений. Скажу сразу, что у меня получился вариант "Б" (т.е., сорбенты - мусорные).

Начал - с иттрия. Кстати, чтобы не получать раствор соли из оксида иттрия, мне дали нитрат. Приготовил 0.1 N раствор. Залил ним навески сорбентов.


Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Нитрат иттрия

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Исследование сорбции иттрия на силикагелях и активированных углях

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)




А как анализировать иттрий? Посмотрел в монографии по аналитике Рябчиков Д.И., Рябухин В.А. - Аналитическая химия редкоземельных элементов и иттрия [ссылка] - нашел мало полезного. Там основной упор делался на определение одного РЗЭ в присутствии других. А у меня в растворе - только один из этих металлов, но его нужно как-то оттитровать. Узнал только, что можно титровать ЭДТА (и родственными соединениями) при рН 4-6.

Выручила сотрудница, которая много лет занималась РЗЭ. Оказывается, РЗЭ титруются ЭДТА в среде ацетатного буферного раствора (ацетат аммония и уксусная кислота) в присутствии ксиленолового оранжевого как индикатора. С ксиленоловым оранжевым я титровал ОЧЕНЬ много - когда делал диссертацию. Тогда титрование было обратным, поскольку анион фосфата мешал при прямом титровании 3-D металлов. К аликвоте исследуемого образца добавлял ЭДТА, потом - уротропиновый буфер (рН=5.5), индикатор и титровал избыток ЭДТА раствором сульфата цинка до перехода желтой окраски ксиленолового оранжевого в розовую. Точнее, даже не в розовую (как пишут в книгах), а до "телесного цвета".

В случае иттрия (и других РЗЭ) титрование было прямым, т.е. переход окраски: от розовой - к желтой. Ну и буфер - вместо уротропинового - ацетатный. Прямое титрование существенно упрощало дело. Еще упрощал анализ тот факт, что особой точности не требовалось, поэтому я использовал для титрования 0.1N раствор ЭДТА и обычную бюретку (вместо 0.02N растворов и микробюретки - во время работы над диссертацией). Оригинала методики не помню, но она аналогична ГОСТовской методике титрования цинка:

"Определение массовой доли цинка. Раствор солянокислый, содержащий цинк, переносят из стакана в мерную колбу вместимостью 250 см3, объем раствора доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Затем берут из колбы пипеткой по 50 см3 раствора, вносят в стаканы и в каждый стакан добавляют 50 см3 дистиллированной воды, нейтрализуют аммиаком из капельницы по универсальной индикаторной бумаге до рН 4-5 по п.2.3, добавляют 15 см3 ацетатного буферного раствора и 3-4 капли индикатора ксиленолового оранжевого. Раствор титруют 0,025 моль/дм3 раствором трилона Б из микробюретки до перехода красно-фиолетовой окраски раствора в желтую.

Приготовление буферного ацетатного раствора. В мерную колбу вместимостью 1000 см3 вносят 250 г уксуснокислого натрия, 150-200 см3 дистиллированной воды, 20 см3 уксусной кислоты и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки."

И ксиленоловый оранжевый, и фиксаналы ЭДТА у меня были - дома. Но приносить что-то с дома, чтобы выполнить задание директора, мне не хотелось - от слова "совсем". Поэтому пошел на принцип: нужен анализ - покупайте реактивы. Чтобы в академическом институте приобрели реактивы по заявкам сотрудников - глухой номер. Что-то для администрации или бухгалтерии (вплоть до стиральной машины) - другое дело. Но случилось чудо - реактивы купили. Второй раз за 12 лет работы в академии наук. Приготовил рабочие растворы, поставил сорбцию иттрия, делал анализы.


Titration of yttrium

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Приготовление 0.1N раствора ЭДТА

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Боек в воронке

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Подпись на колбе не соответствует

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Титрование иттрия

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Ксиленоловый оранжевый - индикатор

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Начальная точка титрования

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)

Мое знакомство с редкоземельными элементами (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). My acquaintance with rare earth elements (scandium, yttrium, lanthanum and lanthanides)
Конечная точка титрования



Взвешивал, заливал раствором иттрия, встряхивал, выдерживал, титровал, а для разнообразия - отлучался, чтобы носить шины в огонь на улице Грушевского или провести холодную ночь на баррикадах, глядя, как "беркут" выстраивается в колонны для штурма, а потом - получает отбой и снова прячется за спины 18-летних курсантов или солдат-срочников (внутренние войска). Некоторые из этих мальчиков были ростом полтора метра (с берцами и каской). Один раз - после проведенной на Майдане и на Грушевского ночи - пошел домой. Был уверен, что штурма не будет: раз ночью не решились, когда нас там было человек 50 против нескольких тысяч "правоохранителей", то днем - когда придет много людей - они тем более не посмеют. Ошибся - посмели. В этот день появились первые погибшие - от подкалиберных пуль, предназначенных для разрушения автомобильных двигателей (такими и слона убить можно). Шутки кончились. Впрочем, они кончились уже давно, только мало кто тогда это понимал (до некоторых - и на шестой год войны не дошло). Поэтому я больше стал проводить время на Майдане и меньше - за титрованием редкоземельных элементов. Но и это не помешало понять, что сорбенты не работают - концентрация иттрия в растворе не падала или почти не падала после выдерживания раствора над сорбентами. Да и с какой стати, силикагель и активированный уголь должны проявлять повышенную склонность к сорбции РЗЭ? - Вот это и поставили мне в вину. Что нет результатов. А что сорбенты чужие - не имеет значения. Это было бы неважно, если бы мне не стали постоянно названивать клерки из окружения директора. Как раз в то время, когда нам на Майдане под ноги падали светошумовые гранаты. И не только гранаты. Основную опасность представляли не они, а пластиковые пули в глаза и камни. "Доблестная милиция" демонстративно бросала камни в протестующих. А также - коктейли Молотова. Один такой коктейль упал сантиметров в 20 от моей ноги, но без последствий - он погас и даже не разбился. Внутри - черная, негустая жидкость. По-видимому, загущали черным солидолом или т.п. Другим повезло меньше - от близких попаданий на людях загоралась одежда и они бежали, пытаясь ее погасить. Кстати, правильный вариант, как сбить пламя, - упасть и качаться по земле - был не лучшим: под ногами находилось много острых предметов: битого стекла, камней и торчащей арматуры.

Во время таких событий институтские клерки и пытались мне выносить мозги по телефону. Не директор лично, а те, кто действовал по его указанию: секретарь, кадровик, зав. отделом и т.д., и т.п. Формальный повод? От меня срочно требуется доклад "Перспективы возрождения выпуска редкоземельных элементов в Российской Федерации". Не готовился и не интересовался этим вопросом, гугл тоже не смотрел. В те времена еще не было принято по любому поводу заглядывать в гугул: конечно, поисковые запросы задавали, но на так часто, и, как правило, - со стационарного компьютера - мобильный интернет тогда совсем "не летал". Не зная темы, сразу ответил, что готов представить доклад, хоть сейчас. - Это вызвало замешательство, т.к. директор и его "штатные с-ки" явно рассчитывали, что я спасую. Потом время этого доклада они трижды переносили - так я его не прочитал. Зато чисто логически суть проблемы понял правильно: какие-такие "перспективы возрождения выпуска редкоземельных элементов в Российской Федерации", если Китай их задавит демпингом? Тогда я не знал, что Китай задавил не только их, но даже производство РЗЭ в Америке, поскольку у китайцев есть выгодное месторождение, где, благодаря природным факторам, себестоимость добычи низкая, а объемы - высокие. Результат - китайская монополия.

Исчез повод "доставать" - стали доставать без повода. Или - по исчезнувшему поводу. Последней каплей стало, когда позвонила кадровичка и сказала, что доклад я должен представить в письменном виде (в качестве благодарности, что директор со мной такой добрый) - причем, звонок был через час, после того, как зав. отдела в очередной раз перенесла время моего доклада. Вернулся и "изложил в письменной форме" - заявление про уход из института по собственному желанию. Полторы недели издевались - пытались сделать, чтобы я остался. Потом попробовали "по-хорошему". Кадровичка пригласила к себе сказала, что "директор ко мне претензий не имеет". Я по-хорошему ответил, что остаться не могу, поскольку из-за вашего "коллективного пинания" у меня проблемы со здоровьем. Если я буду в таком состоянии ходить на протесты - это может стоит жизни. Обратиться к врачу за больничным тоже не могу, поскольку даже легкого запаха дыма от тела или от одежды хватит, чтобы врач вызвал милицию (а на мне полиэтиленовая ленточка от огня поплавилась).

В результате заявление не забрал и вместе с работой потерял доступ к лаборатории, в которой можно было ставить и снимать эксперименты. Звонили мне и после увольнения - в тот день, после которого наступил вечер штурма Майдана. Был тогда на Институтской и там было очень жарко. С какой радости звонили? Чтобы я срочно приехал в институт и получил остаток зарплаты. Естественно, трубку не взял, но и телефон отключить не мог - поскольку могли позвонить близкие.

На следующий день было относительное затишье, поэтому решил приехать в тот институт, чтобы потом можно было про него забыть. Пришел с большой гематомой вокруг левого глаза и двумя десятками швов. Крупно повезло, что от большого камня, брошенного "беркутовцем", я не потерял сознанные. Упасть в двух метрах перед строем "беркута" означало конец биографии - подойдут и профессионально забьют насмерть. От двух других камней голову защитила каска. В институте местный планктон покачал головой, на этом дело и закончилось. Никто не решился сказать слова против. Милицию вызвать тоже побоялись. Да я и не сомневался.

Позже узнал, что кадровичка после этого случая уволилась: она была неизлечимо больна и участвовать в будущей травле сотрудников отказалась. Немолодая женщина отлично понимала, что я был не только не первым, но и не последним. Далеко не последним. Текучесть кадров в институте зашкаливала. Сотрудница, которая вернулась из Китая, потом мне позвонила, причем не "просто так", а, чтобы я вернулся в институт - ради этого она пошла к директору и получила от него согласие - возвращение на ту же должность и на тех же условиях. Естественно, я отказался, хотя с поиском работы были проблемы. В лабораторию смог вернуться только через четыре месяца - в другой институт. И то, не как полноценный сотрудник, а как докторант. До этого мне обещали там место научного сотрудника, но есть пословица "Обещанного три года ждут". Кстати, зам. директора по науке, который ходил за мной по пятам и выдергивал приборы из розеток, теперь - директор института. Когда тогдашний директор уехал в очередную командировку в США (обычно - на несколько месяцев, а то и на полгода), его "верный зам" организовал выборы и стал директором. Кукушонок вырос. Если с бывшим директором еще можно было как-то иметь дело, то от этого шарахаются даже отпетые конформисты. Увы, кроме конформистов там оставались и люди. Для людей такая работа - настоящий ад.


<Хром, Молибден, Вольфрам> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные / Nitro compounds, Nitrate esters (Nitroglycerin, Ethylene glycol dinitrate [EGDN], Trinitrotoluene, Picric acid and etc.)> <Профессия - химик (жизнь химиков)>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном 2] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Хром, Молибден, Вольфрам и их соединения (Обсудить на форуме)>
<Нитропроизводные и родственные соединения (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]