Задание для самостоятельной работы

Определить класс опасности производственного отхода следующего состава: песок – 90%; цинк – 3%; медь – 3% ; краситель органический активный бирюзовый – 2% (W =1358); 1,3,7 – триметилксантин – 2% (W =1157).

2. Комплексная переработка золы-уноса экибастузского угля фторидным методом

Проблема использования золошлаковых материалов образующихся на ТЭЦ при сжигании углей является нерешенной как в целом по России, так и в г.Омске. Омские ТЭЦ работают на угле, содержащем в своем составе до 63 % минеральных компонентов. При этом примерно 80 % минеральной части угля переходит в золу уноса, которая улавливается в циклонах и на электрофильтрах, а до 20% переходит в шлак, который накапливается в шлаковых бункерах под топкой. Затем методом гидроудаления золу и шлаки перемещают на золоотвалы, где они складируются и хранятся на открытом воздухе. В настоящее время на золоотвалах г. Омска скопилось около 60 млн.тонн золы. Сточки зрения рационального природопользования зола представляют собой добытое из недр земли, перемещенное на другую территорию и недоиспользованное сырье.

Золы на 98 – 99 % состоят из химических элементов: Si, Al, Ft, Ca, Ti, Mg, S, K, Na. Их относят к золообразующим элементам (макроэлементам). Помимо макроэлементов в золе присутствуют практически все элементы Периодической системы на уровне 0,1 % - микроэлементы. По химическому составу основу золы-уноса (до 95 %) составляют оксиды кремния, алюминия и железа. Содержание оксидов щелочных и щелочноземельных оксидов в сумме составляет 2,3 %. Химический состав золы-уноса представлен в таблице 7.5.

Таблица 7.5

Химический состав золы-уноса угля Экибастузского бассейна

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	TiO2	K2O	Na2O	P2O5	MnO2	SO3	ППП
61,5	27,4	5,65	1,17	0,49	1,49	0,42	0,32	0,52	0,17	0,57	5,1

Результаты нейтронно-активационного анализа показывают наличие еще 15 микроэлементов кроме основных золообразующих в количестве более 10^-4 %., в том числе редкоземельных элементов в количестве 10-70 г/т.

Одной из причин низкого использования золы является то, что она является трудновскрываемым технологическим сырьем. Фторидный метод является перспективным для глубокой переработки золы благодаря высокой активности фторирующих агентов. Суть фторидной переработки золы заключается в том, что содержащийся в золе кремний (содержание SiO₂ в золе 60-62%) переводят в газообразное соединение - тетрафторсилан, при этом происходит отделение соединения кремния от основной массы веществ, содержащихся в золе, а из остатка золы после фторидной обработки можно получить дополнительно ряд продуктов [12].

Фторирование золы проводят фтористым водородом, выделяющимся при реакции NH₄F и H₂SO₄ непосредственно в зоне реакции.

При этом протекают следующие реакции:

2NH₄F_(ТВ) + H₂SO_4(Ж) = (NH₄)₂SO_4(ТВ) + 2HF_(Г)

SiO_2(ТВ) + 4HF_(Г) = SiF_4(Г) + 2H₂O_(Ж)

Al₂O_3(ТВ) + 6HF_(Г) = 2AlF_3(ТВ) + 3H₂O_(Ж)

Fe₂O₃ + 6HF = 2FeF₃ + 3H₂O_(Ж)

3Al₂O₃·2SiO_2(ТВ)+26HF_(Г)=6AlF_3(ТВ)+2SiF₄↑_(Г)+13H₂O_(Ж)

При нагревании реакционной смеси в течение 1,5 часа избыток фтора удаляется из зоны реакции:

2AlF₃ + 3H₂SO₄ = 6HF↑ + Al₂(SO₄)₃

2FeF₃ + 3H₂SO₄ = 6HF↑ + Fe₂(SO₄)₃

Степень извлечения кремния из золы составляет 96,3%. Образующийся по реакции SiF₄ перерабатывается на белую сажу. Для этого SiF₄ поглощают раствором NH₄F:

SiF₄ + 2NH₄F = (NH₄)₂SiF₆

Образовавшийся в ходе абсорбции кремнефторид аммония обрабатывают аммиаком концентрацией 23-25%, в количестве 1,5 от стехиометрически необходимого. При этом протекает гидролиз кремнефторида аммония:

(NH₄)₂SiF₆ + 4NH₄OH = 6NH₄F + SiO₂ + 2H₂O

Полученный SiO₂ имеет большую удельную поверхность 386 ± 14 м²/г (белая сажа). Образующийся NH₄F может быть возвращен в начало схемы переработки золы.

После удаления кремния из золы, твердый остаток обрабатывают водой и проводят разделение алюминия и железа, находящихся в форме сульфатов комбинированным кислотно-щелочным методом переработки алюминий- железосодержащего сырья. При этом протекают следующие реакции:

Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄

Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Al(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄

Al(OH)₃↓ + 3NaOH = Na₃[Al(OH)₆]_(р-р)

2Na₃[Al(OH)₆] + 3H₂SO₄ = 3Na₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ + 6 H₂O

В выделенном сульфате алюминия содержится 0,14  0,02% Fe₂O₃, что говорит о хорошем разделении алюминия и железа. Такое содержание железа в сульфате алюминия делают возможным использовать его для получения металлургического глинозема.

Твердый остаток, полученный после растворения сульфатов алюминия и железа, прокаливают. Методом атомного эмиссионного спектрального качественного полуколичественного анализа определено оценочное содержание всех входящих в состав полученного остатка элементов. Данные приведены в таблице 7.6.

Таблица 7.6

Химический состав остатка после прокаливания

Si	Fe	Al	РЗЭ	Ba	Mn	Zr	Hf	Co	Ni	V	Sr
10-100	~1	~1	~1	~0,2	~0,2	~0,2	~0,06	~0,02	~0,02	~0,02	~0,02

Методом РФА установлено, что основной фазой остатка является α–кварц (SiO₂) ~ 90%; Таким образом полученный остаток можно рассматривать как бедный концентрат РЗЭ.

На основании полученных результатов может быть предложена схема глубокой переработки золы , представленная на рисунке 7.1.

Рис.7.1. Принципиальная схема комплексной фторидной переработки золы

Таким образом, при фторидной переработке золы может быть получен ряд продуктов, высоко востребованных в промышленности, таких как: белая сажа, которая применяется в производстве автомобильных и авиационных шин, криолит- сырье для получения алюминия, концентрата редкоземельных элементов, который может быть переработан с получением дорогостоящих иттрия, скандия, церия, необходимых в радиоэлектронике и приборостроении. Большим достоинством фторидной технологии является и то, что она позволяет переработать золу, без образования новых отходов, что отвечает современным экологическим требованиям, предъявляемым к отходоубирающим технологиям.

Задание

Рассчитать объем реализации белой сажи и криолита на 1 тонну переработанной золы. Использовать данные таблицы 7.7.

Таблица 7.7

Ориентировочные показатели технологии глубокой переработки золы

Наименование продукции	Содержание в золе –уноса,%	Выход в готовую продукцию,%	Содержание компонента в продукции,%	Цена продукции, руб/кг
Диоксид кремния (белая сажа)	50-60 % (SiO2 )	96,3	99,9	120
Криолит	25 (Al2O3)	90,0	99,0	6
Концентрат редкоземельных элементов (скандий, иттрий, лантаноиды)	700 г оксидов РЗЭ /т	80,0	1	-