19.Опишите процессы ионообмена

Ионный обмен — это обратимая химическая реакция, при которой происходит обмен ионами между твердым веществом (ионитом) и раствором электролита. Ионный обмен может происходить как в гомогенной среде ,так и в гетерогенной, в которой один из электролитов является твёрдым. Реакции ионного обмена идут до конца в трех случаях: Если образуется осадок,Если выделяется газ ,Если образуется Вода. В остальных случаях реакции обмена являются обратимыми. Принято рассматривать ионный обмен как гетерогенную химическую реакцию обмена и количественно характеризовать ее одной из трех констант равновесия К: концентрационной; кажущейся; термодинамической. К определяют из уравнения Никольского: K = (c₁/a₁)^1/z1(a₂/c₂)^1/z2

где c₁ и с₂ - концентрации или активности противоионов 1 и ионов 2 в равновесном растворе, a₁ и а₂ - концентрации или активности ионов 1 и 2 в равновесной фазе ионита, z₁ и z₂ - зарядовые числа ионов.

В простейшем случае ионный обмен система содержит два типа обменивающихся ионов и, следовательно, характеризуется четырьмя равновесными концентрациями. Все задачи решаются на основе системы четырех уравнений: баланса, изотермы ионный обмен, эквивалентности обмена и электронейтральности. Во многих реальных ионообменных системах ионный обмен сопровождается побочными явлениями, в первую очередь комплексообразованием, переносом растворителя (воды), неэквивалентным обменом, окислительно-восстановительными реакциями. Значения К для сорбции на комплексообразующих сорбентах больше, чем К обычного ионного обмена. Процесс ионного обмена включает 5 последовательных стадий: перемещение сорбируемого иона к поверхности зерна сорбента (1) и внутри него (2), собственно ионный обмен (3), перемещение вытесняемого иона внутри зерна сорбента (4) и от его поверхности в растворе (5). Все стадии, кроме собственно хим. реакции обмена, носят диффузионныйхарактер.

Схемы ионообменного умягчения воды (М = Са, Mg) на неподвижном слое сорбента (а) и в противотоке (б) с движущимися слоями сорбента (NaR, MR2) и потоками растворов (умягчаемая вода и регенерирующий раствор NaCl). 

Ионный обмен применяют: для получения умягченной и обессоленной воды в тепловой и атомной энергетике, в электронной промышленности; в цветной металлургии - при комплексной гидрометаллургической переработке бедных руд цветных, редких и благородных металлов; в пищевой промышленности - в производстве сахара, при переработке гидролизатов; в медицинской промышленности - при получении антибиотиков и других лекарственных средств, а также во многих отраслях промышленности - для очистки сточных вод в целях организации оборотного водоснабжения и извлечения ценных компонентов, очистки воздуха.

20.Оцените галогенамонийную технологию переработки минерального сырьяВ настоящее время многие физические методы обогащения руд являются малорентабельными. Некоторые виды руд вообще не поддаются обогащению, из-за чего выведены из использования. На смену существующим физическим методам обогащения компания «Фторидные технологии» предлагает рассмотреть принципиально новый подход к практике обогащения — использовать т.н. сухое обогащение с регенерируемым агентом.В качестве основного агента предлагается использовать галогениды аммония — фторид или хлорид аммония. Уникальность этих соединений заключается в том, что они способны связать ценный компонент рудной массы в газообразное или растворимое соединение и выделить его из общей массы руды. Впервые появилась возможность ввести в промышленное использование минеральное сырьё, не подвергающееся обогащению. Разработаны технологии галогенаммонийной переработки необогащённого минерального сырья.В настоящее время подготовлены технико-экономические обоснования и регламент для галогенаммонийной переработки ряда труднообогатимых руд и обогащённых концентратов, в т. ч. следующие разработки:-хлороаммонийная технология переработки окисленных никелевых руд;-хлороаммонийная технология переработки марганцевых руд;-хлороаммонийная технология переработки медных руд;-фтороаммонийная технология переработки бериллиевых руд;-фтороаммонийная технология переработки титановых концентратов;-фтороаммонийная технология переработки циркониевых концентратов

Разработан принцип галогенаммонийного разделения оксидного минерального сырья на индивидуальные оксиды. Глубокие исследование физико-химических основ процессов галогенаммонийной технологии, сопровождаются лабораторной апробацией каждого метода на реальных рудных породах и заканчиваются технико-экономическим обоснованием и сравнением экономических показателей существующих технологий с разработанными. Необходимо отметить, что применение галогенаммонийного метода исключает образование шлаков и шламов — всё рудное сырьё разделяется на товарные опции, которые далее вовлечены в процесс коммерциализации. Отсутствие отходов также положительно влияет на экономику процесса с точки зрения экологии и затрат на утилизации шлама, шлака и др. «хвостов» в классических методах. Особенно выгодным представляется использование предлагаемых методов в современной экономической ситуации, когда стоимость основного реагента гидрометаллургии — серной кислоты достигает 200 долл/т при этом серная кислота используется только один раз и регенерации не подлежит. Основной реагент хлороаммонийной технологии — хлорид аммония может использоваться многократно, при этом стоимость его регенерации составляет не более 30 долл/т.

В настоящее время осуществляется промышленное внедрение фтороаммонийной технологии получения пигментного диоксида титана и фтороаммонийной технологии получения сверхчистого синтетического оксида кремния.

21.Опишите процессы химической переработки полезных ископаемых.Полезные ископаемые или минеральное сырье - это природные минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, которые при современном состоянии техники и технологии могут с достаточной эффективностью применяться в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной обработки.Сырьевая база химической промышленности разнообразна, причем многие виды сырья взаимозаменяемы, поэтому проблема выбора сырья является актуальной. Основной критерий, которым руководствуются при выборе сырья, - это экономическая эффективность. Современное состояние технологии и техники обогащения позволяет вовлекать в переработку все новые виды минерального сырья, содержание в котором цветных и особенно редких металлов находится часто на грани рентабельности и требует применение наиболее совершенных технологических процессов и схем, оборудования, методов контроля. Осваиваются новые виды полезных ископаемых и техногенного сырья, повышается извлечение из них ценных компонентов. При обогащении полезных ископаемых применяются разнообразные технологические схемы, выбор которых определяется прежде всего вещественным составом руды, применяемым процессом обогащения и требованиями к технологическим показателям обогащения – к качеству концентратов и извлечению металлов. Очень редко в практике обогащения удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты. Это достигается лишь при последовательной совокупности нескольких операций обогащения. По своему назначению операции обогащения различают основные, перечистные и контрольные операции. Например, основная флотация, контрольная флотация и перечистная флотация. По своему назначению операции обогащения различают основные, перечистные и контрольные операции. Основная операция – первая операция обогащения в цикле, в результате которой выделяется черновой или грубый концентрат и хвосты. В одной и той же схеме может быть несколько основных операций, например, при обогащении медно-цинковой руды : основная медная флотация, основная цинковая флотация. Контрольная операция – операция обогащения хвостов основной операции с целью доизвлечения из них ценных минералов. В контрольной операции концентрат представляет собой промпродукт, который возвращается, как правило в основную операцию, а хвосты являются отвальными. Перечистная операция – операция повторного обогащения концентратов основной операции с целью повышения качества концентрата. В этой операции хвосты являются промпродуктом, который возвращается также в основную операцию. Поиск доступного и дешевого сырья является весьма актуальным вопросом. Прежде всего, необходимо стремиться использовать местное сырьё, не требующее дальних перевозок. Это сокращает расходы на его транспортировку. Комплексное использование сырья.

Это означает использование всех компонентов сырья для производства различных продуктов. При комплексном использовании сырья нет отходов производства: всё, что содержится в сырье, используется.