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.

ПДК_СС=0,001 мг/м³ - атмосферный воздух

ПДК_в=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%.