Плазмохімічна пробопідготовка для атомно-абсорбційного аналізу - Автореферат

В нинішній час в аналітичній хімії для інтенсифікації тривалих стадій пробопідготовки застосовують як хімічні процеси (агресивні середовища, каталіз), так і фізичні впливи (високі температури та тиски, акустичні та електромагнітні поля, фотоліз та інш.). Завдяки тому, що компоненти плазми можуть прискорювати процес, не втрачаючись у ланцюговому механізмі реакції, та виступати в ролі каталізатора окислювальних процесів, можна зробити висновок про доцільність застосування плазмової обробки для інтенсифікації стадії пробопідготовки. Таким чином, для цілеспрямованого використання плазми необхідне розширення та поглиблення знань про процеси, що протікають під її дією у розчинах електролітів, з визначенням головних чинників, які впливають на результат дії плазми. Формування розвіданої сировинної бази благородних металів отримало переважне значення на другому етапі розвитку матеріально-сировинної бази України і стало енергійним поштовхом для проведення великого обєму планових робіт по оцінці основних та імовірних рудних районів. Для досягнення мети необхідно було вирішити такі експериментальні та теоретичні задачі: З використанням хімічних та фізико-хімічних (атомно-абсорбційна спектрометрія, УФ-та видима спектрофотометрія) методів вивчити хімічні реакції, що протікають під дією плазми у розчинах різних сполук, та визначити характер впливу на них параметрів плазми.У першій главі наведено огляд літератури за темою дисертації, в якому стисло розглянуті роботи з: проблем інтенсифікації фізичним впливом стадії пробопідготовки в аналітичному процесі; активації хімічних реакцій в рідкій фазі частками плазми (іонами, радикалами, збудженими молекулами, фотонами); дослідження процесів, що відбуваються у плазмі при контакті з поверхнею рідини. З огляду літератури зроблено висновок, що ефективним способом інтенсифікації пробопідготовки може бути обробка рідин низькотемпературною нерівноважною плазмою зниженого тиску в умовах, коли один електрод занурений у розчин. При такій обробці відбувається концентрування енергії на поверхні, що обробляється; утворюються високі локальні концентрації радикалів, які сприяють перебігу хімічних реакцій; відсутнє забруднення розчинів. Встановлено, що загальні процеси, які відбуваються при цьому, являють собою складну систему електрохімічних реакцій на твердому електроді та хімічної взаємодії з пероксидом водню, що утворюється за рахунок іонізації плазмою часток розчину та пароповітряної суміші. При обробці плазмою відбувається руйнування ціанистих сполук до СО2 і N2 в результаті одночасного протікання електрохімічних процесів та хімічної реакції з високореакційним пероксидом водню, що генерувався у плазмі.Досліджено вплив параметрів обробки плазмою на процеси, що відбуваються в розчинах різноманітних сполук. Зміною параметрів плазми можна керувати окислювально-відновними процесами у розчинах. Обробка плазмою призводить до руйнування ціанистих сполук до нетоксичних форм, що може бути використано для очистки технологічних розчинів та стічних вод гальванічних виробництв. На відміну від відомих методів знешкодження ціанідів, плазмохімічна обробка дозволяє руйнувати як великі, так і малі концентрації ціанід-іонів у стоках та технологічних розчинах до рівня ГДК та нижче. Застосування плазми при оптимальних параметрах розряду (сила струму - 0,11 А, напруга - 400?800 В, тиск - 104 Па) призводить до усунення матричного ефекту ціанідів шляхом зниження їх концентрації до рівня, впливом якого на аналітичний сигнал золота та срібла можна знехтувати.

Основний зміст роботи

Вперше показана ефективність використання нерівноважної низькотемпературної плазми зниженого тиску на стадії пробопідготовки перед атомно-абсорбційним визначенням вмісту благородних металів в геологічних зразках та технологічних розчинах гідрометалургійних виробництв з метою її інтенсифікації та усунення впливу органічних та неорганічних речовин на аналітичний сигнал.

Досліджено вплив параметрів обробки плазмою на процеси, що відбуваються в розчинах різноманітних сполук. Результат цього впливу залежить від концентрації розчиненої речовини та від умов обробки. Зміною параметрів плазми можна керувати окислювально-відновними процесами у розчинах. Значну роль в процесах, що відбуваються, відіграє високо-реакційний пероксид водню, утворюваний під дією плазми.

Досліджено процес руйнування ціанистих сполук під дією плазми для ряду модельних та технологічних розчинів гідрометалургійної переробки благородних металів. Встановлені залежності ступеня руйнування від складу розчину та вихідної концентрації ціанідів, а також від сили струму та тривалості впливу. Показано, що кінетика розкладу ціанід-іонів у модельних розчинах є підпорядкованою кінетичним рівнянням першого порядку, в той час, як у технологічних розчинах вона має більш складний характер, що повязано з різною швидкістю розкладу вільного ціаніду та комплексів ціанід-метал. Обробка плазмою призводить до руйнування ціанистих сполук до нетоксичних форм, що може бути використано для очистки технологічних розчинів та стічних вод гальванічних виробництв. На відміну від відомих методів знешкодження ціанідів, плазмохімічна обробка дозволяє руйнувати як великі, так і малі концентрації ціанід-іонів у стоках та технологічних розчинах до рівня ГДК та нижче.

Вперше запропоновані методики полуменевого атомно-абсорбційного визначення вмісту золота та срібла у технологічних ціанистих розчинах з застосуванням плазмохімічної обробки проби. Застосування плазми при оптимальних параметрах розряду (сила струму - 0,11 А, напруга - 400?800 В, тиск - 104 Па) призводить до усунення матричного ефекту ціанідів шляхом зниження їх концентрації до рівня, впливом якого на аналітичний сигнал золота та срібла можна знехтувати. Час обробки залежить від хімічного складу розчину і, як правило, зростає з ростом вмісту ціанідів та концентрації металів. Для досліджених технологічних розчинів різного складу оптимальний час обробки варіювався між 10 та 25 хвилинами. Розроблені методики призводять до істотного прискорення стадії пробопідготовки, є екологічно чистими та впроваджені в аналітичну практику.

Показана можливість руйнування полімерної ПАР полісульфона під дією нерівноважної низькотемпературної плазми зниженого тиску, що може знайти застосування як для аналітичних цілей, так і у технології гальванічних виробництв.

Встановлено, що вплив нерівноважної низькотемпературної плазми на проби сульфідних мідно-нікелевих руд викликає істотні зміни в морфології та хімічному складі поверхні часток, чим сприяє наступному розчиненню елементів. Зміни виявляються у збільшенні питомої поверхні проби, а також активізації атомних звязків на поверхні.

Вперше розроблена методика прискореного плазмохімічного розкладу сульфідних мідно-нікелевих руд перед атомно-абсорбційним визначенням платини, паладію та срібла. Сконструйовано та виготовлено лабораторний реактор для обробки плазмою геологічних порошкових зразків. Для отримання максимального ступеня витягу елементів встановлені оптимальні області параметрів обробки: тиск - (0,5?1,0) х 104 Па, сила струму - 40?50 МА. Висока продуктивність і порівняно низька вартість дозволяють ефективно використати цю методику на різноманітних стадіях геологічних робіт. Розроблений метод у порівнянні з відомими методами кислотного розкладу характеризується меншими трудовитратами, скорочує кількість стадій методики та витрати реактивів.

Список робіт, що публікувалися

Пивоваров А.А., Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Куксенко А.Н., Майструк А.Н. Плазмохимическое обезвреживание циансодержащих сточных вод // Химия и технология воды. - 1996. - т.18, вып.4. - С.416-419.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Пивоваров А.А., Куксенко А.Н. Плазмохимическая пробоподготовка в атомноабсорбционном определении серебра в технологических растворах // Журнал аналитической химии. - 1997. - т.52, вып.4. - С.352-355.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Щеголихина Н.М., Пивоваров А.А. Изменение состояния ионов хрома в растворе при плазмохимической обработке // Химия и технология воды. - 1998. - т.20, вып.3. - С.283-287.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Пивоваров А.А. О механизме воздействия плазмы на растворы солей // Вісник Дніпропетровського університету. Хімія. - 1998. - вип.2. - С.23-29.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Пивоваров А.А., Щеголихина Н.М. Изменение состояния марганца при обработке растворов низкотемпературной плазмой // Вісник Дніпропетровського університету. Хімія. - 1998. - вип.2. - С.14-18.

Деркач Т.М., Щеголихина Н.М. О действии низкотемпературного неравновесного плазмохимического разряда на растворы электролитов // Вісник Дніпропетровського університету. Хімія. - 1998. - вип.3. - С.74-77.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Щеголихина Н.М., Пивоваров А.А. Использование электрического разряда пониженного давления в анализе щелочного электролита цинкования // Вопросы химии и химической технологии.-1999.-вып.1.-С.363-364.

Чмиленко Ф.А., Пивоваров А.А., Каташинский А.С., Деркач Т.М., Куксенко А.Н. Кинетика и механизм разрушения цианидов в промышленных сточных водах неравновесной низкотемпературной плазмой // Плазмотехнология-95: Сб. научн. тр. - Запорожье, 1995. - С.41-44.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Пивоваров А.А., Щеголихина Н.М. Аналитический контроль соединений марганца в растворах, обработанных неравновесной плазмой // Плазмотехнология-97: Сб. научн. тр. - Запорожье, 1997. - С.77-80.

Чмиленко Ф.А., Романенко Г.Н., Носова Л.А., Деркач Т.М. Особенности атомноабсорбционного определения золота и серебра в геологических объектах месторождений Украины // Вісник Дніпропетровського університету. Геологія. Географія. - 1998. - вип.2. - С.36-41.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Носова Л.А., Щеголихина Н.М., Ковалева Н.А. Влияние вещественного состава на результаты атомноабсорбционного определения золота и серебра в геологических пробах // Сб. научн. тр. Национальной горной академии Украины. - 1998. - т.2, вып.3. - С.162-166.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Пивоваров А.А. Особенности аналитического обеспечения цианистой переработки золото- и серебросодержащего сырья // Сб. научн. тр. Нац. горной академии Украины. - 1998. - т.2, вып.3. - С.166-169.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Носова Л.А., Ковырева Э.Г. Атомноабсорбционное определение платины, палладия и серебра в геологических образцах сульфидно-никелевых руд // Зб. наук. пр. “Актуальні проблеми геології, географії та екології”. - 1999. - т.2. - С.149-154.

Чмиленко Ф.О., Пивоваров О.А., Деркач Т.М., Куксенко О.М. Спосіб очистки стічних вод та технологічних розчинів від ціанідів // Патент України на винахід UA №24249 -А C 02 F 10/78 від 07.07.98. - Опубл. 30.10.98, бюл.№5.

Чмиленко Ф.О., Деркач Т.М., Куксенко О.М., Пивоваров О.А.. Особливості атомно-абсорбційного визначення срібла в технологічних розчинах ціанування // Наук. доповіді Всеукраїнської конф. з аналітичної хімії. - Київ, 1995. - С.70.

Chmilenko F.A., Derkach T.M., Pivovarov A.A., Kuksenko A.N., Maistruk A.N. The decontamination of industrial cyanide liquid wastes by plasma-chemical pretreatment // Abstracts and Presented Papers. Symposium on Ecological Chemistry. - Chisinau (Moldova). - 1995. - P.152.

Chmilenko F.A., Pivovarov A.A., Derkach T.M., Kuksenko A.N.. Atomic-adsorption control of noble and heavy metals content in technological solutions with toxic cyanide ion // Advanced Research Workshop “Conversion and Ecology”. - Dniepropetrovsk (Ukraine). - April 24-27, 1997. - P.69.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Куксенко А.Н., Пивоваров А.А. Особенности применения низкотемпературной неравновесной плазмы в пробоподготовке для атомноабсорбционного определения благородных металлов // Сб. инф. матер. Второй Международной конференции “Благородные и редкие металлы-97”. - Донецк. - 1997. - Ч.4. - С.39.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Щеголихина Н.М., Пивоваров А.А. Неравновесная низкотемпературная плазма в пробоподготовке для анализа сложных объектов // Тез. доп. Всеукраїнської конференції з аналітичної хімії. Ужгород. - 1998. - С.62.

Чмиленко Ф.А., Деркач Т.М., Смитюк А.В. Интенсификация процесса разложения геологических образцов, содержащих благородные металлы, для атомноабсорбционного анализа // Друга Міжнародна конференція “Наука і освіта-99”. - 1999. - С.23.

Chmilenko F.A., Derkach T.M., Tchegolihina N.M. Nonequilibrium Low-Temperature Plasma in the Sample Preparation Stage for Analysis of Complicated Objects // Proc. Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy (Pittcon, 99). - Pittsburgh. - 1999. - P.32.