Переработка отходов в химической технологии неорганических веществ. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
________________________________________________
ФГБОУ ВО
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»
Ю. С. ПЕРЕГУДОВ, С. И. НИФТАЛИЕВ
ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Утверждено
редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
ВОРОНЕЖ
2019
49
УДК 66.0 ББК Л 100.9 я7
П27
Научный редактор профессор С.И. НИФТАЛИЕВ
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра химии Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г.Ф. Морозова;
д-р хим. наук В. Н. СЕМЕНОВ (Воронежский государственный университет)
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Воронежского государственного университета инженерных технологий
П27 |
Перегудов, Ю.С. |
|
|
|
|
Переработка |
отходов |
в |
химической |
технолог |
|
|
неорганических веществ [Текст] : учеб. пособие / Ю.С. Перегудов, |
|
|||
|
С.И. Нифталиев; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж: ВГУИТ, |
|
|||
|
2019. – 50 с. |
|
|
|
|
|
ISBN 978-5-00032-430-1 |
|
|
|
|
|
Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ФГОС ВО |
|
||||||||||
подготовки выпускников по направлениям18.04.01 |
и 18.03.01 |
– |
«Химическая |
|
||||||||
технология». |
Оно |
предназначено |
для |
закрепления |
|
теоретических |
знаний |
|||||
дисциплин «Комплексное |
использование |
сырья |
и |
утилизация |
отходов» и |
|||||||
«Химическая |
технология |
неорганических веществ» блока |
1. |
В |
пособии |
|
||||||
рассмотрены |
способы |
переработки |
отходов |
в |
химической |
технологии |
||||||
неорганических веществ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1401020000 - 38 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
П |
|
|
Без объявл. |
|
УДК 66.0 |
|
|
|
|
|
||
ОК2(03) - 2019 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
ББК Л 100.9 я7 |
|
|
|
|||||
ISBN 978-5-00032-430-1 |
|
© Перегудов Ю.С., |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Нифталиев С.И.,2019 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
© ФГБОУ ВО «Воронеж. гос. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
ун-т инж. технол.», 2019 |
|
|||||
Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.
49
От авторов
В настоящее время комплексное использование сырьевых ресурсов представляет собой актуальную проблему. В первую очередь, это связано с быстрыми темпами роста объема
промышленного |
производства, |
выпускающего |
химическую |
|
|||||||
продукцию. |
Во вторых, |
постоянный |
рост |
цен |
на сырьевые |
|
|||||
материалы. |
Кроме |
того |
необходимо |
учитывать |
проблему |
||||||
техногенных отходов химической промышленности, которая |
|
||||||||||
связана |
с |
охраной |
окружающей |
. средыПредприятия |
по |
|
|||||
производству |
|
неорганических |
|
веществ |
|
явл |
|||||
крупнотоннажными. Технологические процессы получения этих |
|
||||||||||
веществ сложны и многостадийны. На каждой ступени возможно |
|
||||||||||
образование побочных продуктов или отходов разного . вида |
|
||||||||||
Отходы |
|
производства – |
это |
неиспользованная |
или |
||||||
недоиспользованная по определенным причинам часть сырья, а |
|
||||||||||
также остатки материалов, которые образовались в процессе |
|
||||||||||
производства |
и |
|
утратили |
свои |
начальные . |
свойс |
|||||
Максимальное значение для последующей переработки имеют |
|
||||||||||
отходы, |
относящиеся |
к |
|
техногенным |
минеральным. В |
|
|||||
зависимости |
от |
содержания |
в |
этих |
отходах |
химических |
|||||
элементов выделяют различные виды: силикатные, карбонатные, |
|
||||||||||
гипсовые, |
железосодержащие |
|
и . дрИсточниками |
отходов |
|
||||||
являются примеси в сырье, которые не используются в данном |
|
||||||||||
технологическом процессе для получения целевого продукта; |
|
||||||||||
неполнота протекания процесса, приводящая к остатку полезного |
|
||||||||||
продукта в сырье; побочные химические реакции, приводящие к |
|
||||||||||
образованию неиспользуемых веществ; старое оборудование; |
|
||||||||||
нарушение технологических параметров. |
|
|
|
|
|
||||||
Утилизация техногенных отходов является важнейшим |
|
||||||||||
фактором |
|
в |
увеличении |
эффективности |
современног |
||||||
промышленного производства и сохранения сырьевой базы. |
|
|
|||||||||
Учебное пособие предназначено для самостоятельного |
|
||||||||||
освоения теоретического материала дисциплин«Химическая |
|
||||||||||
технология |
неорганических |
веществ» и |
«Комплексное |
|
|||||||
использование сырья».
3
1. Объемы отходов в технологии неорганических веществ
К числу неорганических относят отходы основного
неорганического |
синтеза, |
включающего производство |
кислот, |
|
||
солей, щелочей, |
оксидов, |
крупнотоннажных |
реагентов, соды, |
|
||
минеральных удобрений и некоторых газов. |
|
|
|
|||
Под |
удельным |
|
показателем |
образования |
отходов |
|
производства |
понимается |
количество |
или |
доля , |
отходов |
|
образующихся в расчете на единицу выпускаемой продукции или перерабатываемого сырья. Приведенные в таблице данные по удельным показателям образования отходовявляются среднестатистическими или среднеотраслевыми с усреднением различий предприятий по уровню организации производства и качества перерабатываемого сырья. Кроме того, при переходе в процесссе технического перевооружения на малоотходные технологии значения удельных показателей могут существенно измениться, а в ряде случаев может произойти изменение вида образующихся отходов. Данные таблицы позволяют судить об объемах отходов неорганических веществ.
Таблица
Удельные показатели образования отходов производства неорганических веществ
Технологический |
процесс |
Наименование |
Значения |
|
или вид производства |
|
образующихся |
удельных |
|
|
|
|
отходов или |
показателей, |
|
|
|
попутных |
т отходов/т |
|
|
|
продуктов |
продукции |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
|
|
Основная химия |
|
|
Производство аммиака на |
Конденсат (после |
|
||
основе |
каталитической |
использования |
|
|
парокислородновоздушной |
тепла) |
|
||
конверсии |
метана |
под |
|
|
давлением |
0,4-0,9 |
атм. |
|
|
(абс.) |
|
|
|
0 ,269 |
4
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы |
||
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
Производство |
аммиака |
на |
|
Конденсат (после |
|
|
|||
основе |
парокислородной |
|
использования |
|
|
||||
конверсии |
метана |
|
под |
тепла) |
|
|
|||
давлением 20 атм. (абс.) |
|
|
|
|
1 ,640 |
|
|||
Производство |
аммиака |
на |
|
Конденсат (после |
|
|
|||
основе |
паровой конверсии |
|
использования |
|
|
||||
метана |
в трубчатых |
печах |
|
|
тепла) |
|
|
||
под |
давлением 40 |
атм. |
|
|
|
|
|
||
(абс.) |
|
|
|
|
|
|
|
1 ,338 |
|
Производство |
|
|
серной Шлам серный |
0 ,590- |
|
||||
кислоты |
|
|
|
|
(пиритные огарки) |
|
|||
|
контактным |
|
0 ,900 |
|
|||||
способом |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Производство |
|
|
серной Шлам серный |
0 ,600- |
|
||||
кислоты |
|
|
|
|
(пиритные огарки) |
|
|||
|
башенным |
|
0 ,660 |
|
|||||
способом |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Производство |
|
|
|
Дистиллерная |
8 ,139- |
|
|||
кальцинированной соды |
|
|
жидкость |
|
|||||
(на предприятиях содового |
(сульфатный |
10,500 |
|
||||||
производства) |
|
|
|
раствор) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Осадок после |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дистилляции или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отстаивания раствора |
0 ,124 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(шлам) |
|
|
Производство |
|
|
|
Шлам |
(от |
|
|
||
каустической соды (на |
|
|
фильтрации) |
|
|
||||
предприятиях содового |
|
|
|
|
|
|
|||
производства) |
|
|
|
|
|
2 ,000 |
|
||
Производство |
|
|
|
Огарки графитовые |
0 ,003- |
|
|||
каустической соды |
|
|
|
|
0 ,005 |
|
|||
диафрагменным способом |
|
|
Шлам |
0 ,050- |
|
||||
(на предприятиях |
|
|
(фильтрованный кек) |
0,117 |
|
||||
хлорного производства) |
|
|
Рассол сульфатный |
0 ,236 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Производство |
|
|
|
Шлам (от гашения |
0 ,013 |
|
|||
каустической соды |
|
|
извести) |
|
|||||
известковым способом (на |
|
|
|
|
|
||||
|
|
Шлам |
|
|
|||||
предприятиях азотного |
|
|
|
0 ,100 |
|
||||
|
|
(от фильтрации) |
|
||||||
производства) |
|
|
|
|
|
|
|
||
Производство аммиачной |
|
Шлам |
0 ,010 |
|
|||||
|
селитры |
|
|
|
(от фильтрации) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
Производство |
|
|
|
Хвосты флотации |
1 ,400 |
|
|||
фосфоритной муки |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
5
|
Продолжение таблицы |
||
1 |
2 |
3 |
|
Производство |
Раствор |
|
|
обесфторенного фосфата |
фторосодержащий |
|
|
на основе апатитового |
(1 % Н2 SiF6) |
|
|
концентрата (36 % Р2О5) |
|
2 ,860 |
|
Производство |
Раствор |
|
|
обесфторенного фосфата |
фторосодержащий |
|
|
на основе |
(1 % Н2 SiF6) |
|
|
флотоконцентрата (32 % |
|
|
|
Р2О5) |
|
2 ,232 |
|
Производство фосфорной |
Раствор |
|
|
кислоты дигидратной |
фторосодержащий |
0 ,258 |
|
упаренной (54 % Р2О5) |
(10 % Н2 SiF6) |
|
|
|
Фосфогипс |
3 ,040 |
|
|
|
|
|
Производство |
Фосфогипс- |
|
|
экстракционной |
дигидрат (сухой) |
|
|
фосфорной кислоты на |
|
|
|
основе апатита |
|
|
|
(дигидратной , 100 % Р2О5) |
|
4 ,239 |
|
Производство |
Фосфогипс- |
|
|
экстракционной фосфорной |
полугидрат (сухой) |
|
|
кислоты на основе апатита |
|
|
|
(полугидратной , 100 % |
|
3 ,590 |
|
Р2О5) |
|
|
|
Производство простого |
Раствор |
0 ,070 |
|
суперфосфата (18 ,7 % Р2О5) |
фторсодержащий (10 |
|
|
|
% Н2 SiF6) |
|
|
Производство двойного |
Раствор |
0 ,235 |
|
суперфосфата поточного (43 |
фторсодержащий (10 |
|
|
% Р2О5) |
% Н2 SiF6) |
|
|
Производство хлористого |
Галитовые отходы |
|
|
калия (обогащенных |
|
4 ,000 |
|
калийных удобрений) |
|
|
|
Производство калиевой |
Шлам (от |
0 ,010 |
|
селитры |
фильтрации) |
|
|
|
|
||
|
Соль (после сушки) |
4 ,000 |
|
Производство магнезии |
Шлам (от |
|
|
углекислой (на |
фильтрации) |
1 ,100 |
|
предприятиях основной |
|
|
|
|
|
|
|
химии) |
|
|
|
Производство сернистого |
Шлам (от |
0 ,720 |
|
натрия (технического) |
фильтрации) |
|
|
|
|
||
6
|
Продолжение таблицы |
||
1 |
2 |
3 |
|
Производство борной |
Шлам |
2 ,700 |
|
кислоты |
|
|
|
|
|
|
|
Производство криолита |
Шлам алюминия |
1 ,170 |
|
|
фтористого (от |
|
|
|
фильтрации) |
|
|
Производство фтористого |
Кремнегель (от |
0 ,850- |
|
алюминия |
фильтрации) |
2 ,850 |
|
Производство диоксида |
Купорос железный |
2 ,294 |
|
титана (сырьевой продукт) |
Кислота серная |
8 ,600 |
|
Производство химических |
реактивов и особо чистых веществ |
|
|
Производство магния |
Калий хлористый |
3 ,770 |
|
углекислого и оксида |
|
|
|
Раствор (маточный) |
|
|
|
магния |
1 ,170 |
|
|
от отжима |
|
||
|
|
||
|
кристаллов |
|
|
Производство сернистого |
Кубовые остатки |
5 ,356 |
|
аммония (технического) |
|
|
|
|
|
|
|
Производство сернокислого |
Раствор (маточный) |
0 ,552 |
|
олова |
от фильтрации и |
|
|
|
отжима |
|
|
Производство сернокислой |
Раствор (маточный) |
4 ,400 |
|
меди |
от |
|
|
|
центрифугирования |
|
|
Производство |
Раствор |
|
|
сернокислого железа |
(маточный) от |
1 ,270 |
|
|
центрифугирования |
|
|
Производство диоксида |
Раствор |
|
|
тиомочевины |
(маточный), |
10 ,580 |
|
|
содержащий H2 SO4 |
|
|
|
|
|
|
|
18 г/л |
|
|
Производство |
Шлам |
|
|
тиомочевины |
|
4 ,835 |
|
(технической) |
|
|
|
Продукция |
содового производства |
|
|
Производство |
Шлам монохромата |
|
|
монохромата натрия |
натрия |
3 ,019 |
|
(щелока в пересчете на |
|
|
|
|
|
|
|
67 ,1 % Cr2 O3) |
|
|
|
Производство жженой |
Известняк-недопал |
|
|
извести на основе |
(CaCO3 - 100 %) |
0 ,148 |
|
известняка (полуфабрикат |
|
|
|
|
|
|
|
и товарная продукция) |
|
|
|
7
|
|
Окончание таблицы |
|
1 |
2 |
3 |
|
Производство жженой |
Мел-недопал |
|
|
извести на основе мела |
( CaCO3 - 100 %) |
0 ,096 |
|
(полуфабрикат и товарная |
|
|
|
|
|
|
|
продукция) |
|
|
|
Производство сернистого |
Шлам сернистого |
|
|
натрия (в расчете 63 % |
натрия |
|
|
Na2 S) с использованием |
|
0 ,347 |
|
кокса в качестве |
|
|
|
восстановителя и топлива |
|
|
|
Производство бихромата |
Натрий хлористый |
0 ,558 |
|
калия |
|
|
|
|
|
|
|
Производство хлорной |
Недопал |
|
|
извести (на предприятиях |
|
0 ,170 |
|
содового производства) |
|
|
|
Продукция |
хлорного производства |
|
|
Производство извести (на |
Известняковая |
|
|
предприятиях хлорного |
мелочь |
0 ,110 |
|
производства) |
|
|
|
Производство |
Отходы гашеной |
|
|
известкового молока (на |
извести (недопал, |
0 ,318 |
|
предприятиях хлорного |
песок) |
|
|
|
|
||
производства) |
|
|
|
Производство |
Недопал (при |
|
|
бертолетовой соли (на |
гашении извести) |
0 ,587 |
|
предприятиях хлорного |
|
|
|
|
|
|
|
производства) |
|
|
|
Производство карбида |
Отходы |
0 ,003 |
|
кальция (на предприятиях |
ферросилиция |
|
|
|
|
||
хлорного производства) |
Пыль коксовая или |
0 ,003 |
|
|
вентиляционная |
|
|
|
|
|
|
Производство гипохлорита |
Натрий хлористый |
0 ,302 |
|
кальция |
Раствор |
|
|
|
(маточный), |
|
|
|
содержащий 10 % |
2 ,323 |
|
|
гипохлорита |
|
|
|
кальция |
|
|
Производство хлористого |
Отвал хлористый |
0 ,560 |
|
алюминия |
|
|
|
|
|
|
|
8
2.Основные направления малоотходных
ибезотходных технологий
Учитывая проблемы, связанные с охраной окружающей
среды |
и |
рациональным |
освоением |
природных |
, ресурсов |
||||
необходимо выделить главные направления создания мало- и |
|||||||||
безотходного производства. К ним |
относятся: комплексное |
||||||||
использование |
сырьевых |
и |
энергетических |
; ресурсо |
|||||
усовершенствование |
|
|
существующих |
|
и |
разраб |
|||
принципиально |
новых |
технологических |
процессов |
||||||
производства |
и |
соответствующего |
оборудования; внедрение |
||||||
водо- и |
газооборотных |
циклов; кооперация |
производства |
с |
|||||
использованием отходов одного производства в качестве сырья |
|||||||||
для другого. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
химической |
промышленности |
в |
более |
крупных |
|||
масштабах |
необходимо |
|
использовать |
в |
технологических |
||||
процессах: |
окисление |
и |
восстановление |
с |
применением |
||||
кислорода, |
азота |
и |
воздуха; электрохимические |
методы, |
|||||
мембранную |
технологию |
разделения |
газовых и |
жидкостных |
|||||
смесей, |
а |
также |
методы |
радиационной, ультрафиолетовой, |
|||||
электроимпульсной и плазменной интенсификации химических реакций.
На пути совершенствования существующих и разработки принципиально новых технологических процессов необходимо соблюдение ряда общих требований:
-осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы и теряется сырье;
-применение непрерывных процессов, позволяющих наиболее эффективно использовать сырье и энергию;
-увеличение единичной мощности агрегатов;
-интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация;
-создание энерготехнологических процессов;
-использование технологий переработки побочных материалов и отходов для получения новых видов продукции.
9
|
Сочетание энергетики с технологией позволяет полнее |
|||||||||
использовать энергию химических превращений, экономить |
|
|||||||||
энергоресурсы, |
сырьё |
и |
материалы |
|
и |
увеличива |
||||
производительность агрегатов. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
3. Основные технологические процессы |
|
|
|
||||||
|
|
переработки отходов |
|
|
|
|
|
|||
|
Технологии переработки всевозможных видов отходов |
|||||||||
неорганического производства основываются на механических, |
|
|||||||||
гидродинамических, тепловых, диффузионных |
и |
химических |
|
|||||||
процессах (приложение). На практике в технологии утилизации |
|
|||||||||
отходов сочетаются различные методы воздействия на них. |
|
|
||||||||
|
Механические |
методы |
широко |
применяются |
при |
|||||
подготовке отходов: измельчение, классификация, агрегирование, |
|
|||||||||
сепарация и т.д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидродинамические методы используют для разделения |
|
||||||||
смесей отходов и перемещения их в различных аппаратах. Эти |
|
|||||||||
методы часто сочетаются с тепловыми, механическими и физико- |
|
|||||||||
химическими процессами. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Тепловые |
процессы являются |
неотъемлемой |
частью |
||||||
многих способов переработки отходов и используются при их |
||||||||||
сжигании и пиролизе, а также при различных процессах, в |
|
|||||||||
результате которых имеет место выделение и утилизация тепла |
|
|||||||||
или |
необходимость |
охлаждения |
отходов |
и |
продуктов |
их |
||||
переработки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диффузионные |
процессы |
лежат |
в |
основе |
способов |
||||
утилизации отходов, при которых осуществляется перенос массы |
|
|||||||||
вещества путем дистилляции, сорбции, сушки, кристаллизации и |
|
|||||||||
других процессов. Они, как правило, сочетаются с тепловыми и |
|
|||||||||
механическими, а иногда и с химическими процессами. |
|
|
|
|||||||
|
Химические |
методы |
обработки |
используют |
при |
|||||
окислении и восстановлении отходов, переводе материала из |
|
|||||||||
одного физического состояния в другое, для изменения каких- |
|
|||||||||
либо характеристик веществ и т.д. Они, |
как правило, сочетаются |
|
||||||||
10