Можно предположить, что увеличение скорости окисления ванадия низких валентностей происходит и за счет выделения атомарного кислорода при электрохимическом процессе.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Характеристика золы

Зола и шлак ТЭЦ представляет собой остаток от сжигания твердого топлива. Они являются продуктами высокотемпературной (до 1200-1700C) обработки минеральной, несгорающей части углей. При этом в камерных топках получают отходы двух видов: зола-уноса и шлак.

Шлак образуется в результате сжигания размягченных частиц золы в объеме топки или на ее стенках и накапливается в шлаковом бункере под топкой. Размер зерен шлака 150 мм. Зола-уноса уносится из топки с дымовыми газами и улавливается при их очистке в циклонах и электрофильтрах. Размер частиц золы менее 1 мм. Свыше 80% минеральной части углей переходит в золу, до 20% – в шлак.

Химический состав золы ТЭЦ-4

(экибастузский уголь)

SiO2	Al2O3	FeO	CaO	MgO	SO2	TiO2	K2O	Na2O	P2O5	MnO2
61-62%	27,3%	5,65%	1,17%	0,49%	0,52%	1,49%	0,42%	0,32%	0,52%	0,17%

Содержание химических элементов в золе, % масс.

Элементы	% масс.
Кремний, (Si)	29
Железо, (Fe)	4,0
Кальций, (Ca)	0,52
Алюминий, (Al)	11,0
Магний, (Mg)	0,16
Стронций, (Sr)	0,044
Титан, (Ti)	0,38
Марганец, (Mn)	0,082
Барий, (Ba)	0,20
Иттрий, (Y)	0,0040
Лантан, (La)	0,0014
Церий, (Ce)	0,0066
Иттербий, (Yb)	0,0006
Тербий, (Tb)	0,0008
Диспрозий, (Dy)	0,0009
Самарий, (Sm)	0,0005
Торий, (Th)	0,0006
Уран, (U)	0,0002
Цирконий, (Zr)	0,034
Медь, (Cu)	0.0056
Ванадий, (V)	0,014
Галлий, (Ga)	0,0044

Примечание: анализ золы проводился в институте Гидроцветмет (г. Новосибирск).

2.2. Техника безопасности

Техника безопасности при выполнении любой работы в химической лаборатории должна быть предметом постоянного внимания, так как даже незначительная неосторожность и невнимательность могут привести к несчастным случаям с тяжелыми последствиями.

Правила работы с электрическим оборудованием.

При работе с электрооборудованием необходимо соблюдать следующие требования:

• электрооборудование должно быть исправным;

• при работе с электрооборудованием, находящимся под напряжением, применять исправные средства защиты (резиновые перчатки, изолирующие подставки и др.), работу проводить инструментом с изолированными рукоятками;

• в случае перерыва подачи электроэнергии все приборы должны быть немедленно выключены;

• в случае загорания проводов или электрооборудования, находящегося под напряжением, необходимо выключить электроэнергию и тушить огонь сухим углекислотным огнетушителем, сухим песком, покрывалом из асбеста.

Правила работы с едкими веществами.

Едкие вещества (кислоты, щелочи), попадая на кожу, вызывают ожоги. Особая опасность заключается в возможности поражения глаз. Поэтому необходимо соблюдать следующие условия:

• при любых работах с едкими веществами обязательно применение защитных очков или масок;

• переливать кислоты только при включенной тяге в вытяжном шкафу;

• растворение щелочей необходимо производить прибавлением к воде небольших кусочков, куски щелочи брать только щипцами;

• кислоты следует разбавлять в термостойких стаканах прибавлением их к воде небольшими порциями, разлитые кислоты и щелочи следует немедленно нейтрализовать и только после этого проводить уборку

В лаборатории для оказания первой помощи должна быть аптечка, а также растворы борной кислоты, бикарбоната натрия и перманганата калия.

2.3. Приборы и посуда

1. Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2 №838440. Рабочий диапазон длин волн 315-980 нм. Пределы измерения оптической плотности от 0 до 1,5.

2. Термостат ЕЗЕ №3178.

3. Мешалка механическая РМ-70/30, рабочее напряжение 220В, сила тока 0,2A, частота 30Гц, максимальное число оборотов 3000 в мин.

4. Весы аналитические А-3/200. Точность измерения 10^-4 г, заводской номер 133051.

5. Весы технические. Точность измерения 10^-1 г.

6. Плитка электрическая, рабочее напряжение 220 В.

7. Муфельная печь ПМ-8 №42048. Напряжение 220 В, ток переменный, максимальная температура 1100C, частота 50 Гц, мощность 1,8 кВт.

8. Стаканы термостойкие вместимостью 100, 250, 400, 1000 см³.

9. Колбы мерные вместимостью 50, 100, 200, 250, 1000 см³.

10. Пипетки мерные вместимостью 5, 10, 20, 25 см³.

11. Цилиндры мерные вместимостью 10, 100 см³.

12. Колбы плоскодонные термостойкие вместимостью 100 см³.

13. Фарфоровая ступка.

14. Фарфоровые тигли.

2.4. Реактивы

1. Соляная кислота HCl, х.ч.

2. Азотная кислота HNO₃, х.ч.

3. Серная кислота H₂SO₄, х.ч.

4. Ортофосфорная кислота H₃PO₄, х.ч.

5. Кислота сульфосалициловая 2-водная C₇H₆O₆S2H₂O, х.ч.

6. Аммиак NH₃, х.ч.

7. Ледяная уксусная кислота CH₃COOH, х.ч.

8. Гидроокись натрия NaOH, х.ч.

9. Железоаммонийные квасцы (NH₄)₂SO₄Fe₂(SO₄)₃24H₂O, ч.д.а.

10. Аммоний сернокислый (NH₄)₂SO₄, ч.д.а.

11. Натрий уксуснокислый CH₃COONa, ч.д.а.

12. Алюминон (аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты), ч.д.а.

13. Метаванадиевокислый аммоний NH₄VO₃, ч.д.а.

14. Вольфрамовокислый натрий 2-водный Na₂WO₄2H₂O, ч.д.а.

15. Титан треххлористый TiCl₃, ч.д.а.

16. Родамин В (тетраэтилдиамино-о-карбоксилфенилксантенилхлорид), ч.д.а.

17. Толуол C₇H₈, ч.д.а.

18. Бутилацетат C₆H₁₂O₂, ч.д.а.

2.5. Методики анализов

2.5.1. Фотометрическое определение железа с сульфосалициловой кислотой [39]

Метод основан на том, что сульфосалициловая кислота или её натриевая соль образует с солями железа окрашенные комплексные соединения. Причем в слабокислой среде сульфосалициловая кислота реагирует только с солями Fe (III) (красное окрашивание), а в слабощелочной - с солями Fe (III) и (II) (желтое окрашивание).

Реактивы:

1. Сульфосалициловая кислота, 10%-ный раствор, или сульфосалицилат натрия, насыщенный раствор.

2. Аммиак, разбавленный раствор. Смешивают 200 мл концентрированного аммиака и 300 мл дистиллированной воды.

3. Стандартный раствор соли железа. Растворяют 0,8634 г железоаммонийных квасцов в дистиллированной воде, к раствору добавляют 10 мл H₂SO₄ плотностью 1,84 г/см³, разбавляют в мерной колбе на 1 л. Отбирают 100 мл полученного раствора, разбавляют водой в мерной колбе снова до 1 л.

В 1 мл раствора содержится 0,01 мг железа.

Ход определения общего содержания железа.

В коническую колбу вместимостью 50 мл наливают 10 мл анализируемой воды. В этом объеме должно содержаться от 1 до 10 мкг железа, что соответствует концентрациям от 0,1 до 1 мг/л. Более концентрированные по содержанию железа сточные воды предварительно разбавляют в мерной колбе так, чтобы содержание железа в 10 мл полученного раствора было в указанных пределах. Затем в пробирку приливают 5 мл раствора сульфосалициловой кислоты и 5 мл раствора аммиака.

Измеряют оптическую плотность полученного раствора на длине волны 420-430 нм по отношению к холостому раствору. Молярный коэффициент поглощения равен 5,510³.

Содержание железа находят по градуировочному графику, для построения которого наливают из микробюретки 1-10 мл стандартного раствора, разбавляют до 10 мл дистиллированной водой и продолжают как при анализе пробы.

Построение градуировочного графика.

Были приготовлены реактивы как указано в методике. Взяли 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 мл стандартного раствора. Фотометрировали на ФЭКе на длине волны 440 нм в кюветах 3 см. Данные приведены в таблице 2.5.1.

Таблица 2.5.1.

Зависимость оптической плотности растворов от концентрации железа

С, мкг/мл	0,4	0,8	1,2	1,6	2,0
D1	0,075	0,17	0,26	0,36	0,44
D2	0,075	0,16	0,25	0,36	0,44
D3	0,080	0,17	0,26	0,35	0,44

Статистическая обработка проводилась на ЭВМ по методу наименьших квадратов. Получено уравнение регрессии:

y=2,310^-1x

r_т=0,878, r_р=1,000

b=2,310^-11,310^-2.

Рисунок 2.5.1.

Г

D

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

радуировочный график поглощения растворов железа

0,5 1,0 1,5 2,0 С, мкг/мл

2.5.2. Фотометрическое определение алюминия с алюминоном [40]

Метод основан на способности иона Al³⁺ образовывать с алюминием красное труднорастворимое комплексное соединение.

Реакция осуществляется при pH=4,9 в присутствии сульфата аммония. Оптическую плотность измеряют на длине волны 540 нм. Чувствительность метода 0,05 мг/л алюминия.

1. Приготовление основного стандартного раствора с концентрацией 0,10 г/мл. Стандартный раствор можно приготовить из алюминиевой стружки. Для этого 0,1 г стружки растворяют в 5 мл концентрированной соляной кислоты при нагревании и перемешивании. Переливают раствор в мерную колбу на 1000 мл и доводят до метки дистиллированной водой.