Древесина имеет прекрасные потребительские свойства, является одним из важнейших строительных материалов и единственным из них возобновляемым. Для производств 1 т древесины энергозатраты составят 7,5 кВт·ч, бетона — 300 кВт·ч, цемента — 1 000 кВт·ч, стекла — 6 000 кВт·ч, алюминия — 72 000 кВт·ч.

При росте деревьев снижается содержание углекислого газа, ответственного за парниковый эффект на планете, при производстве других строительных материалов он выделяется в атмосферу.

Потребность в легких, экологически безопасных материалах делает применение древесины весьма актуальным. Однако древесина, находящаяся на открытом воздухе, подвергается воздействию климатических факторов, микроорганизмов (бактерий и грибов), зеленых водорослей, насекомых. Материал, контактирующий с почвой или водой, может разрушаться грибковыми организмами. Бактерии действуют медленнее, но их воздействие усиливается в условиях пониженного содержания кислорода (столбы, свайные сооружения). Для древесины наружных дверей и окон характерно капиллярное водопоглощение, которое способствует образованию поврежденных зон. В субтропических и тропических регионах серьезную угрозу древесине представляют жуки-древоточцы и термиты.

Основные принципы защиты древесины: правильный выбор сорта; обеспечение максимальной сухости при эксплуатации; обработка химическими консервантами.

Разделяют профилактическую и восстановительную обработку древесины с целью консервации. Восстановительная обработка предусматривает уничтожение присутствующих и действующих организмов. Она в основном направлена против древоточцев и сухой бурой гнили в строениях, что обусловливает более высокий риск для окружающей среды и человека, поскольку часто применяется обработка распылением.

Современные методы консервации с помощью химикатов развивались с середины XIX века в связи с необходимостью защиты деревянных телеграфных, телефонных и электрических столбов, железнодорожных шпал, строительных лесоматериалов для гаваней. Основными были химикаты на основе соединений меди (сульфат меди) и дистиллятов угольной смолы (креозот).

Выбор подходящих активных ингредиентов для производства консервантов относительно невелик. Маловероятно, что в будущем будут разработаны какие-либо оригинальные составляющие.

Консерванты типа ССА (Сu, Сr, Аs) весьма эффективны для защиты древесины в условиях контакта с землей и в морской воде, действуют длительное время, безопасны для здоровья человека. В мировой практике антисептики типа ССА нашли широкое применение для защиты деревянных изделий от воздействия микроорганизмов, насекомых, грибков. Они составляют до 35 % всего рынка антисептиков для деревянных изделий специального назначения: опорные столбы, морские причалы и т. д. Рецептуры часто запатентованы. Входящая в них мышьяковая кислота — ценный продукт, его предложение на рынке ограничено. Главная цель настоящего исследования — разработка способа синтеза этого соединения из отходов производства меди.

В основу разработанной технологии утилизации отходов, содержащих сульфид мышьяка, положена реакция окисления его перекисью водорода с получением мышьяковой кислоты:

Аs₂S₃ + 5Н₂O₂ → 2Н₃АsO₄ + 2Н₂0 + 3S.

В качестве исходного сырья использованы шламы газоочистки Средне-Уральского металлургического завода (СУМЗ), содержащие сульфид мышьяка. В настоящее время их направляют на захоронение. Состав сырья, мас. %: А — 46; S — 42; Na — 5; Са — 0,7; Fе — 0,15.

В экспериментах устанавливали:

— возможность окисления Аs₂S₃ без выделения SO₂ и Н₂S;

— оптимальные условия предварительной промывки и последующего окисления отходов, содержащих Аs₂S₃;

— распределение элементов, содержащихся в шламе, между промывными растворами и конечным продуктом;

— значения концентрации Н₃АsO₄, которые можно достичь без упаривания и после упаривания;

— содержание Н₂SO₄ в мышьяковой кислоте в результате концентрирования.

После вскрытия сырья перекисью водорода раствор отмытого шлама имел концентрацию по мышьяку 310 г/л. Весь мышьяк находился в виде H₃AsO₄. Оценка материального баланса показала, что из 1 т шлама можно получить до 300 кг H₃AsO₄ (100 %) и около 100—150 кг технической серы.

Промывные воды подают на приготовление технического раствора Na₂S для улавливания мышьяка в пылях или на станцию нейтрализации. Несколько раз их можно использовать для кислой промывки шламов. В этом случае в промывных водах накапливается цинк, который по достижении оптимальной концентрации утилизируют.

Осадки технической серы после накопления и промывки от мышьяка представляют собой техническое сырье.

Достоинства процесса получения технических сортов мышьяковой кислоты путем окисления шламов газоочистки раствором перекиси водорода:

— отсутствие выделения кислотообразующих газов;

— снижение энергозатрат за счет экзотермического течения реакции;

— отсутствие сточных вод, поскольку промывочные растворы либо возвращают в цикл получения H₃AsO₄, либо используют для приготовления растворов газоочистки;

— возможность извлечения цинка из промывных вод;

— бесплатное сырье, так как затраты на его получение заложены в цену производимых цветных металлов;

— определенное снижение экологической нагрузки благодаря уменьшению темпов накопления мышьяк-сульфидных шламов на полигонах.

Предложенный способ получения мышьяковой кислоты не имеет аналогов среди отечественных запатентованных технологий. Он позволяет организовать производство отечественных антисептиков типа ССА с широким диапазоном составов, учитывающих особенности пропитываемых деревянных изделий и область их применения. Наличие чистого мышьякового компонента позволяет рекуперировать отработанные пропиточные растворы.

В ходе подготовки и выполнения данного проекта авторы получили патент РФ № 2278782 «Способ получения антисептика типа хром-медь-мышьяк для пропитки древесины».

Работа выполнена при поддержке Правительства Свердловской области в рамках программы № 817-ПП от 22.09.200б г. «Об основных направлениях развития химического производства резиновых и пластмассовых изделий в Свердловской области на 2007—2009 гг.» в соответствии с пунктом № 2 перечня основных мероприятий: «Разработка технологии производства мышьяковой кислоты из мышьяк-сульфидных отходов СУМЗа».