CC BY
17УДК 621.37:39.002.68 O.A. Давыдова, М.В. Бузаева, E.H. Калнжова, В.В. Дубровина, Е.С. Климов
КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ КАК СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА
(Ульяновский государственный технический университет) e-mail: [email protected]
Для утилизации травильных растворов железо-никелевых сплавов применены комплексообразующие пространственно-затрудненные пирокатехины, позволяющие утилизировать железо и никель в виде металлорганических комплексов, пригодных для вторичного использования.
Ключевые слова: железо, комплекс, никель, сплав, пирокатехин, утилизация
Широко используемый метод травления железо-никелевого сплава типа «Инвар» основан на растворении железа и никеля мощной окисляющей смесью — водным раствором соляной кислоты и пероксида водорода. После операции травления окислительная смесь содержит значительное количество ценных металлов - железа и никеля в виде их солей. Эти отходы экологически опасны.
Одним из возможных вариантов извлечения металлов из водных сред является метод ком-плексообразования [1]. При этом ион металла координируется органическим комплексообразовате-лем типа этилендиаминтетрауксусной кислоты. Однако подобные комплексы неустойчивы в пе-роксидно-водородных средах и не могут быть применены для утилизации травильных растворов.
Нами найден новый тип устойчивых ком-плексонов, являющихся, кроме того, экологически наиболее приемлемыми. К ним относятся пространственно-затрудненные ор/м о-хиноны и соответствующие им пирокатехины [2].
Целью настоящей работы явилось изучение
-
вильных растворов с применением комплексонов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для утилизации травильных растворов были взяты следующие комплексоны: 3,5-ди-трет-бу ти л п и рока тех и н: 3,5 -ди-от/?еот-бутил-1,2-бензохинон; тетрахлорпирокатехин; тетрахлор-1,2-бензохинон. Соединения синтезированы по методикам, приведенным в работе [3]. Содержание железа и никеля определяли стандартными
.
Травитель, состоящий из 147 мл соляной кислоты (А =1,11 - 1,19) и 387 мл пероксида водорода, растворенных в 466 мл воды, содержит после отработки 23,2 г ионов железа и 16,4 г ионов никеля. После отработки среда травителя слабо кислая. Исследовали несколько вариантов выде-
-
твора.
1. К 1000 мл травильного раствора при перемешивании добавляли 194 г гидроксида калия и 390 г 3,5-ди-от/?еот-бутилпирокатехина. Через 8 ч осадок сине-зеленого цвета отфильтровывали, промывали водой, высушивали, т. пл.=118 -120°С. Осаждение протекало количественно. Полученные комплексы железа и никеля выделяли из
-
нии 10~3 мм рт. ст. После разделения получали 300 г комплекса железа и 200 г комплекса никеля.
2. Реакцию с тетрахлорпирокатехином проводили аналогично 1.
К 1000 мл травильного раствора при перемешивании добавляли 200 г гидроксида калия и 400 г тетрахлорпирокатехина. Через 8 ч коричневый осадок отфильтровывали, промывали водой, высушивали, т. пл.= 147°С. После разделения возгонкой в вакууме получали 300 г комплекса железа и 220 г комплекса никеля.
3. К 1000 мл травильного раствора при перемешивании добавляли эквимольно рассчитанное количество 3,5-ди-от/>еот-бутил-1,2-бензохи-нона (220 г, 1 моль) в 100 мл метанола. Через 6 ч после перемешивания выпавший осадок, аналогичный полученному с 3,5-ди-»?/»е»2-бутилпиро-катехином, отфильтровывали, промывали водой, высушивали.
4. Реакцию с тетрахлор-1,2-бензохиноном проводили аналогично 3. Эквимольное количество хинона - 246 г. Через 3 ч перемешивания отделяли осадок, аналогичный приведенному в 2.
Полученные комплексы хорошо растворимы в полярных и неполярных растворителях: бензоле, эфире, диглиме, ТГФ, ДМФА, ацетонитриле.
Термическое разложение комплексов в отсутствие кислорода при температурах выше 200»С приводит к разложению комплексов до исходных
.
126
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2010 том 53 вып. 9
Для практических целей наиболее целесообразны примеры 1 и 2.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Пространственно-затрудненные о-хиноны (О) и их восстановленные формы - пирокатехины (ОН) с ионами металлов образуют термически устойчивые комплексы хелатного типа. Значительный термодинамический выигрыш при хела-тообразовании (около 120 кДж/моль) определяет стабильность комплексов.
г^Г0 я--
о (С1-0) он (С1-0Н)
Здесь 0 - 3.5-ди-/??/;ея7-бутил-1,2-бензохи-нон; С1-0 - тетрахлор-1,2-бензохинон; ОН - 3,5-ди-от/>е»?-бутилпирокатехин; С1-0Н - тетрахлор-пирокатехин.
Разнообразные химические реакции о-
хинонов с металлорганическими соединениями,
-
-
новлению с образованием о-семихинолятов металлов (80) [4].
Принципиально осуществимо несколько вариантов осаждения ионов железа и никеля из растворов хлорного железа и хлористого никеля в виде комплексов: прямая реакция о-хинона и обменная реакция между дикалиевой солью пирокатехина с солью металла. В обоих случаях образуются пирокатехолатные металлорганические комплексы.
0 + Меп+ = (80)пМе
ОН + КОН = 0202- + Мс" = (80)пМе
Синтетическая доступность и широкие
-
мых комплексонов открывает реальные перспективы использования их в практике утилизации травильных растворов. Полученные комплексона-
ты металлов могут быть применены в качестве
-
лов трения, среди которых большое распространение получили антифрикционные пластмассовые композиты на основе полиэтилена - «Масляни-ты» [5].
Комплексные соединения железа и никеля, выделенные из травильных растворов, были добавлены в жидкие смазочные материалы, из которых получали антифрикционные пластмассовые композиты на основе полиэтилена. Испытания модифицированных композитов в узлах трения показали, что длительность приработочного режима и коэффициент трения улучшаются на 25 -30% по сравнению с ^модифицированными.
Таким образом, обработка травильных растворов железо-никелевых сплавов комплексо-нами - пространственно-затрудненными о-хинонами и пирокатехинами, приводит к образованию металлорганических комплексов. Комплек-сонаты железа и никеля могут быть выделены для вторичного использования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.It Комплексо-ны и комплексонаты металлов. М.: Химия. 1988. 544 с.
2. Климов Е.С., Дубровина ВВ., Бузаева М.В. // Естественные и технические науки. 2009. № 6. С. 285 - 286.
3. Климов Е.С. Парамагнитные интермедиаты в реакциях жидкофазного окисления. Дис. ... д.х.н. Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет. 1988. 314 с.
4. Кожанов К.А. Пинцерные комплексы никеля с о-семихиноновыми лигандами. Дис. ... к.х.н. Нижний Новгород: Нижегородский государственный университет. 2005. 127 с.
5. Антифрикционные материалы специального назначения / Под ред. Логинова В.Т. Новочеркасск: НПИ. 1991. 128 с.
Кафедра химии
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2010 том 53 вып. 9
127
