Федеральное агентство Российской Федерации по образованию
ГОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет
Индивидуальное задание №2
Выполнил: студент гр. 4/5
Филиппов Ю. В.
Проверил: Тукумова Н. В.
Иваново 2007
КОБАЛЬТ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
Физические и химические свойства.
Характеристика элемента. Элемент VIII группы периодической системы. Атомный номер 27. Природный изотоп: 59Со
Металл. Существует в двух аллотропных модификациях. В соединениях проявляет степени окисления +2 (в большинстве простых соединений) и +3 (во многих комплексах).
Содержание в природе. Среднее содержание кобальта: в земной коре (18-25) ·10-4 %, в гранитном слое коры континентов 7,3·10-4 %. Кобальт слабо подвижен в нейтральных, еще меньше в кислых и практически неподвижен в щелочных и сильно щелочных почвах за счет перехода в нерастворимую форму. Содержание кобальта в почве, также связано с наличием в них органических веществ. Органические соединения увеличивают фиксацию кобальта в почве.
В Мировом океане средняя концентрация составляет 0,03-0,05 мкг/л, общая масса оценивается в 41,1 млн. т.. В небиогенных частицах (глинистые илы) средняя концентрация кобальта достигает 74,0·10-4 %, в биогенных (известковые илы)-7,0·10-4 %. Средняя концентрация кобальта в речных водах мира 0,3 мкг/л (в сумме солей 2,5·10-4 . Содержание К. в воде водоисточников, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, составляет в подземных водах 0,002 мг/л, в открытых водоемах 0,002-0,08 мг/л. Глобальный годовой вынос кобальта с речным стоком 11 тыс. т.
Связывание металла донными отложениями водоемов характеризуется достаточно высокой прочностью, что обуславливает малую их подвижность. Содержание кобальта в атмосферных осадках 0,9 мкг/л в растворе и 0,23 мкг/л во взвеси. Годовое поступление К. в атмосферу из природных источников составляет (в т): ветровая эрозия - 4000, извержения вулканов - 2500, космическая пыль - 80, морская соль - 20, дым лесных пожаров - 1200 [36].
Содержание К. в живой растительности континентов составляет 0,4- Ю-4 %, в золе -20·10-4 %. Суммарное количество К. в растительности суши оценивается в 2,5 млн. т; захват металла годовым приростом фитомассы достигает па всей поверхности суши 172,5 тыс. т;
Получение. Мировое производство К. составляет 250 тыс. т. в год. Металлический К. получают восстановлением оксида К.(II, Ш) углем, водородом или СО (алюмотермическим или электролитическим методом). К. можно получать восстановлением его галогенидов щелочными или щелочноземельными металлами; аммиачных комплексов К- водородом под давлением 1,5—2,0 МП а при 170-200 °С.
Применение. Металлический кобальт применяют главным образом для производства специальных жаропрочных и жаростойких сплавов.
лопаток для турбореактивных авиационных, двигателей, режущего инструмента, магнитных материалов. К- входит в состав сварочной проволоки. Радиоактивный изотоп применяют в медицине при лечении онкологических заболеваний. К. и его соединения используют как катализаторы, красители.
Антропогенные источники поступления окружающую среду. Одной из причин загрязнения атмосферы К. является сжигание в процессе промышленного производства природных топливных материалов содержащих К. При сжигании угля количество ежегодно высвобождающегося К в о раз превышает таковое, выносимое за тот же срок речным стоком. При сжигании угля в атмосферу поступает 10% содержащегося в нем К. содержание К., в различных типах и фракциях угольной пыли (антрацит, коксующийся, бурый, длиннопламенные угли) составляет 3,4- 17,0 мкг/г. К. может содержаться в пылевых выбросах предприятий цементной промышленности. Объемный коэффициент, характеризующий концентрирование загрязняющих веществ в единичном объеме воды осадков по отношению к тому же объему воздуха, для К. равен 780. В радиусе 5 км от ГРЭС из атмосферы выпадает 0,008 т К. в год, максимальное содержание подвижных форм К- в почве достигает 20 мг/кг, в растениях -до 1,5 мг/кг.
Выбросы автотранспорта также служат источником загрязнения почв в придорожных зонах. Аэрозоли К.-содержащих соединений могут поступать в воздух производственных помещений и атмосферу в результате пиро- и гидрометаллургических процессов при промышленном получении К. при обслуживании плавильных печей в зоне пребывания работающих, занятых термической обработкой соединений К. для получения металлического К., концентрация металла достигает 36,3 мг/м3, а концентрация К- в воздухе прнии оксида К.(П) может колебаться в пределах 10-100 мг/м3 [55]. Курение также является одним из источников поступления К. в атмосферу и в легкие: табак содержит К- в концентрации 0,5 мг/кг сухой массы (в среднем), 0,5% этого количества найдено в модельных опытах в струе сигаретного дыма. К. может содержаться в сточных водах промышленных предприятий. В окружающей среде в условиях промышленного города распределяется по основным составляющим следующим образом (на одного человека в сутки): выпадения из атмосферы - 0,816 мг, твердые отходы - 45,0 мг и сточные воды - 2,97 мг. Около 80% К. на урбанизированных территориях поступает в окружающую среду с металлоабразивными пылями. Максимальная нагрузка К. на окружающую среду обуславливается твердыми отходами. Однако коэффициенты концентрации относительно фона составляют для содержания К- в выпадениях из атмосферы 74, в твердых отходах 26,4 и в сточных водах 1,9. Основным источником загрязнения являются выпадения из атмосферы. Для К. критическое поступление 1 кг/км2 в год
Токсическое действие. В повышенных концентрациях К. весьма токсичен, прием внутрь большой дозы К. может вызвать быструю гибель. У лиц, подвергавшихся хроническому воздействию соединений К., снижается артериальное давление, в тканях наблюдается увеличение содержания молочной кислоты, нарушаются функции печени. При этом выраженные клинические проявления могут быть стертыми или отсутствовать вовсе.
Растения. К. оказался токсичен для овса во всех видах почв в концентрациях, превышающих 10-70 мг/кг. Для проростков кукурузы повреждающее действие К- оказывал в почвенной концентрации 25 мг/кг . Для риса, как было установлено японскими исследователями, предельно допустимая концентрация К. в аллювиальной почве составляет 25 мг/кг, в вулканической - 50 мг/кг. При содержании К. в соломе в количестве 26 мг/кг, в стеблях и листьях 50 мг/кг и в корнях риса 300-400 мг/кг отмечено уменьшение урожая более чем на 10 %
У рабочих, занятых в производстве К., отмечается значительное число заболеваний желудочно-кишечного тракта и желчевыводящих путей. При гидрометаллургических процессах производства К. наблюдаются изменения со стороны слизистой носа, которые носят преимущественно дистрофический характер. Распространены случаи нарушения обоняния. При пирометаллургических процессах К. представлен в основном оксидами, в меньшей степени - гидроксидом и металлическим К. Вредное влияние К. усугубляется такими неблагоприятными факторами производства, как повышенная физическая нагрузка, лучистое тепло высокой интенсивности, что обуславливает преобладание легочных заболеваний, поражений слизистой оболочки верхних дыхательных путей, изменений со стороны крови и поражений сердечно-сосудистой системы.
Местное действие. Человек. К. и его соединения способны вызывать кожные аллергические реакции в виде дерматитов эри-тематознопапулезного типа.
Поступление, распределение и выведение из организма. Помимо характерного для промышленного производства ингаляционного пути, при котором поступление соединений К. носит выраженный антропогенный характер, в естественных условиях животный организм получает К. из биосферы алиментарным путем - по пищевой цепи с пищей и питьевой водой. Пиво содержит К. в концентрации 2-50 мкг/л. Содержание К. в питьевой воде, как правило, не превышает 5,0 мкг/л; С пищевым рационом в организм поступает 70% К- (0,113 мг), с питьевой водой - 30 % (0,047). С пищей и питьем в организм поступает до 300 мкг К. в день, из воздуха - менее 0,3 мкг.
Среднее содержание К. в организме взрослого человека весом 70 кг оценивается в 1,1 -1,5 мг. В силу хорошей растворимости солей К. в нейтральной и щелочной средах они быстро всасываются в кишечнике. Общая абсорбция металла - до 97 %, но, в зависимости от характера питания, состояния организма и других факторов может весьма различаться. Примерно пятая часть общего содержания К- в организме накапливается в печени, где его содержание достигает 0,05 мг/кг. Содержание К. в тканях взрослого человека колеблется от 0,4 мкг/л в сыворотке и 0,9-3,9 мкг/л в цельной крови до 0,04-0,07 мг/кг в печени.
ПДКСС=0,001 мг/м3 - атмосферный воздух
ПДКв=0,1 мг/л – вода водоисточников
Методы определения. В воде. Фотометрический метод основан на образовании окрашенного в оранжево-красный цвет комплексного соединения К.(П1).с α-нитрозо-β-нафтолом; чувствительность метода 0,005 мг/л [28, 34]. Масс-спектрометрический метод - пределы определения до 0,2- 2,0 мг/л, рентгенофлюореслентный метод: границы определения до 5-20 мг/л. В природных и сточных водах атомно-эмиссионный спектральный метод; основан на извлечении из воды хлороформом в виде комплекса с диэтилдитиокарбонатом и гидроксихииолином с последующим спектрографическим окончанием анализа; минимально определяемое содержание в пробе 0,6 мкг, средняя относительная погрешность измерения ±20%.
Индивидуальная защита. Противоаэрозольный фильтрующий респиратор типа «Лепесток», «Астра», «Снежок» и др. Спецодежда, защитные очки, спецобувь. Работающие с К. и его соединениями должны соблюдать правила личной гигиены, обязательное мытье после работы, регулярную смену спецодежды. Прием пищи на рабочих местах запрещается.
Неотложная помощь. После попадания яда внутрь тотчас принять раствор поваренной соли (1 стол, ложка на стакан воды) и вызвать рвоту; в исключительных случаях - промывание желудка с добавлением активированного угля при соблюдении обычных мер предосторожности. Вслед за этим или вместо этого - изотонический раствор сульфата натрия. В качестве антидотов могут быть эффективными кальцийдинатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, тиосульфат натрия или кальция. При поступлении К- или его соединений в желудок рекомендуют немедленное промывание желудка теплой водой с унитиолом (10-15 мл 5 % раствора унитиола на 1 л воды), сердечные, симптоматические средства. При остром дерматите - холодные примочки с резорцином и таннином, смазывание пораженных участков кожи индифферентной пастой или жиром.
Методы очистки сточных вод.
1.Механические методы.
При заборе воды из водоисточника ее процеживают через решетки и сита с целью извлечения крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы. Для дальнейшего удаления грубодисперсных примесей применяют метод отстаивания, при этом осаждение частиц происходит за счет действия силы тяжести. Осаждение частиц происходит по законам падения тел в среде, которая оказывает сопротивление их движению.
Скорость осаждения взвешенных частиц зависит от их формы, размера, плотности и физических свойств среды. В начале осаждения частицы падают ускоренно, но через некоторый момент времени, когда сопротивление жидкой среды уравновесит действие силы тяжести, они приобретают постоянную скорость осаждения.
Для проведения данного процесса используют аппараты, которые называются отстойниками и песколовками.
Песколовки применяют для предварительного выделения примесей. Наиболее распространены горизонтальные песколовки глубиной до одного метра при скорости движения воды через них 2 м/мин. Они представляют собой резервуары с поперечным сечением в виде треугольника или трапеции.
Отстойники отличаются от песколовок большими размерами (до 200 м ) и разнообразием конструкций. Они бывают горизонтальные, вертикальные, радиальные, трубчатые, пластинчатые. Некоторые из них снабжены скребковыми механизмами и имеют несколько камер.
Отстойники, из-за больших размеров, обладают высокой производительностью и способны обрабатывать до 50 000 кубометров воды в сутки.
Одним из методов освобождения воды от взвешенных примесей является фильтрование ее через пористую среду. Движущей силой процесса фильтрации является разность давления над перегородкой и под фильтрующей перегородкой. Разности давления можно добиться за счет создания вакуума или избыточного давления на границах перегородки.
На практике наибольшее распространение получили самотечные открытые фильтры. Необходимый напор в фильтре обеспечивается высотой слоя воды на фильтрующем материале.
Работа фильтра носит периодический характер.
Первый период – подготовительный. Взвешенные частицы, содержащиеся в воде, оседают на поверхности песчаного слоя и постепенно образуют илистую пленку 2. В данный период времени фильтр не полностью очищает воду от взвешенных веществ. Фильтр становится полностью работоспособным, когда илистая пленка окончательно сформируется и ее толщина достигнет нескольких миллиметров.
Второй период – рабочий. Вода полностью очищается от взвешенных частиц. Диаметр пор в илистой пленке меньше, чем в слое песка. В данный период работы сооружения фильтрующим материалом является илистая пленка. По мере работы фильтра толщина пленки ила увеличивается и его производительность падает.
Третий период – промывка. Илистую пленку удаляют обратным током воды. После этого фильтр снова готов к работе.
Кроме указанных природных материалов в качестве фильтров могут быть использованы перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, асбеста, стекловолокна, хлопчатобумажных тканей и другие материалы.
Степень очистки химическими методами Х`=50-70%.