Переработка отходов в химической технологии неорганических веществ. Учебное пособие

с

тепловыми,

гидродинамическими,

диффузионными

и

механическими процессами.

4. Химические процессы переработки отходов

Химические

процессы в

ресурсосберегающих

производствах

имеют

как

самостоятельное

значение

для

получения

целевых

продуктов

основного

химического

производства, так

и вспомогательное— для

очистки

газовых

выбросов, сточных вод и твердых отходов. Так, многие процессы

утилизации

твердых

отходов

основаны

на

использовании

методов

выщелачивания (экстрагирования),

растворения

и

кристаллизации перерабатываемых материалов, в основе которых

лежат физико-химические процессы.

Экстрагирование

-

извлечение

из

твердого

вещества

одного или нескольких компонентов с помощью растворителя.

При этом извлекаемые компоненты переходят из твердой фазы в

растворитель.

Для

последующего

выделения

целевого

компонента

из смеси

с

экстрагентом

применяют

выпаривание

или ректификацию. Используются следующие основные типы

экстракторов:

смесительно-отстойные,

колонные

и

центробежные, схемы которых представлены на рис.1-3.

Кристаллизация-

выделение

твердой

фазы

в

виде

кристаллов из растворов или расплавов. Процесс характеризуется

переходом вещества из жидкой фазы в твердую вследствие

изменения

его

растворимости. Далее

выделенный

кристаллизатора

с

принудительной

циркуляцией

суспензии

приведена

на

.4рис.

Циркуляция

создается

мешалкой.

Кристаллизатор

с

естественной

циркуляцией

раствора

Рис.5.

Кристаллизатор

с

естественной

циркуляцией:

I – раствор;II – суспензия; 1 – сепаратор; 2 – корпус; 3 – центральная

труба; 4 – гидрозатвор; 5 – мешалка

Растворение заключается в реализации гетерогенного

взаимодействия

между

жидкостью

и

твердым

веществом,

Процессы

растворения

осуществляют

в

аппар

периодического

действия

разнообразных

конструкций(при

небольшой производительности— в стационарном слое твердых

частиц или с

перемешиванием) и непрерывного

действия(во

твердого

материала

путем

избирательного

растворения

в

жидкости-экстрагенте.

В

зависимости

от

характера

физико-химических

процессов, протекающих при выщелачивании, различают простое

растворение и выщелачивание с химической реакцией. В первом

случае целевой компонент переводится в раствор в виде

присутствующего в исходном материале соединения. Во втором

случае целевой компонент, находящийся в исходном материале в

виде малорастворимого соединения, предварительно переводят в

хорошо растворимое соединение.

При

выборе

экстрагента(растворителя)

к

нему

предъявляют

ряд

требований

в

отношении

селективности,

величины коэффициентов распределения и диффузии, плотности,

горючести, коррозионной активности, токсичности и ряда других

показателей. На скорость выщелачивания влияют концентрация

экстрагента, размер и пористость частиц отходов, интенсивность

перемешивания, температура, наложение

различных

силовых

полей

(ультразвуковых,

постоянных

электрических,

электромагнитных, высокочастотных, центробежных и других).

Экстрагирование может быть периодическим и

непрерывным. Периодический процесс проводят настаиванием, т.

е. обработкой залитого экстрагентом материала в течение

определенного времени с последующим сливом экстрагента и

заменой

его

свежим. Более

прогрессивное

непрерывное

экстрагирование проводят путем многоступенчатого контакта

прямоточным, противоточным и комбинированным способами.

Используемые

для

реализации

процесса

экстракции

аппараты характеризуются большим разнообразием конструкций.

Экстракторы

классифицируют

по

способу

действ

(периодические и непрерывнодействующие), по направлению

движения растворителя и твердой фазы (противо- и прямоточные,

с процессом полного смешения, с процессом в слое и

комбинированные), по характеру циркуляции растворителя(с

однократным прохождением, с рециркуляцией и оросительные) и

по ряду

других

принципов. В

химической промышленности

Если

не

представляется

возможности

переработать

отходы, то

тогда

используют методы

их утилизации.

Для

отхода

инертной

пленкой, например,

стеклообразной

или

полимерной. Используемый

метод

переплавки

отходов

заключается в выжигании вредных компонентов, формировании

потребительских свойств: размеров,

цвета и

т.п Химические

методы позволяют получать из

отходов

новые продукты. В

1.

Рекультивация

ландшафтов, планировка

территорий,

отсыпка

дорог,

дамб

и . т п. Для

этих

целей

используются

различные

шлаки, карбонатные, силикатные

отходы

и

другие

виды

твердых

промышленных

отходов. Реализация

этого

экономически выгодного направления утилизации отходов, тем

не менее,

незначительная

–

всего

в

этих

целях

используется

примерно 10% объема имеющихся отходов.

2.

Использование

отходов

в

качестве

сырья

при

производстве строительных материалов, таких, как пористые

заполнители

бетона, строительной

керамики,

кладочных

растворов (карбонатные и силикатные отходы); как сырье для

производства

белого

цемента, строительной

извести

и

стекла

(отходы, содержащие

мел

СаСО3),

портландцемента

(отходы,

содержащие

сланцы),

керамзита (отходы, содержащие

глины),

силикатного и строительного кирпича(золошлаковые

отходы

ТЭС)

и

т..д Промышленность

строительных

материалов–

единственная отрасль, в значительных масштабах использующая

многотоннажные

отходы

производства

неорганических

соединений.

3.

Вторичное

использование

отходов

в

качестве

исходного

сырья, поскольку

некоторые

отходы

по

своим

свойствам

близки

к

природному

сырью

для

получения

определенного вещества или сырья для получения новых видов

продукции. В первом случае реализуется принцип малоотходной

или безотходной

технологии

производства(рис. 6), например,

производство графита из графитовых руд и образующейся при

этом графитовой копоти; образование технического карбоната

натрия при производстве нитроаммофоски и. дт. Во втором

случае таким образом можно, например,

получать серную

кислоту: при обогащении угля с целью снижения

в

нем

содержания серы образуется серный колчеданFeS2; термическая

др

обработка

серного

колчедана

совместно

с

крупнотоннажным

отходом – сульфатом

железа FeSO4

–

позволяет получить диоксид серы:

ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ

ПРОИЗВОДСТВО

ОТХОДЫ

Продукция

первой стадии

ПРОИЗВОДСТВО

Продукция

ОТХОДЫ

второй стадии

6.

Жидкие

отходы,

содержащие

соли,

могут

использоваться

для

консервации

нефтескважин, получения

жидких удобрений, незамерзающих жидкостей и т.д.

7. Переработка отходов производства фосфорных удобрений

Основное количество добываемых фосфатных руд служит

сырьём для производства фосфорных минеральных удобрений.

Наиболее важны апатитовые и фосфоритные руды, содержащие

минералы апатитовой группы с общей формулой3М3(РО4)∙СаХ2

(где М - ионы кальция, натрия, стронция и других элементов, а Х-

- ионы фтора, хлора и группа ОН-). В зависимости от состава руд

и

ряда

других

факторов

применяют

различные

методы

химической переработки природных фосфатов. В большинстве

случаев

руду

предварительно

размалывают

и

подвергают

обогащению различными способами. Процессы обогащения руд

сопровождаются образованием большого количества твердых

отходов

в

виде

хвостов

и ,

уноспылимой

с

воздухом

аспирационных систем и с газами сушильных установок.

Основные

отходы, образующиеся

при

изготовлении

удобрений из фосфатного сырья, – это соединения фтора и

аммиака. Они выделяются из сушильных, выпарных аппаратов и

реакторов, со стоками от промывки газов и оборудования, с

твёрдыми

отходами (фосфогипсом) и

удобрениями. Наиболее

токсичными являются фтороводород и фторид кремния. Для

улавливания фтористых соединений используют газоочистное

оборудование. Эти соединения перерабатываются во фториды и

кремнефториды

различных

металлов

и

аммония

д

последующего применения в ядерной энергетике, цв тной

металлургии,

стекольной

промышленности, органическом

синтезе.

Остаточное количество фтора улавливается с помощью

щелочной

абсорбции,

сорбции

на

ионообменных

фильтрах,

конденсации

парогазовой

смеси

в

сочетании

с

другими

способами.

технологии

колеблется

от2,9 до 28,4 м3

на тонну P2O5. Они

содержат

соединения

фтора

и

фосфора

в

значительных

концентрациях. При нейтрализации сточных вод образуется

фторфосфатный шлам, содержащий в

пересчёте

на

сухое

вещество 25 % P2O5 и 5-10 % F.

возможных

загрязнени

С

целью

ликвидации

фосфорной

кислоты

получается

большое

количест

малорастворимого сульфата кальция, который аккумулирует

определенную часть целевых продуктов– фтора и фосфора.

Поэтому его называют фосфогипсом. На 1т кислоты образуется

до 5,8 т

фосфогипса. Транспортировка фосфогипса в отвалы,

устройство экранов, нейтрализация сточных вод, образующихся

при его

хранении, и предотвращение поступления фтора

и

фосфора

в

почву и подземные водные горизонты связаны со

Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 5CaSO4 + 3H3PO4 + HF.

В

зависимости

от

температуры

и

концентрации

получаемой

кислоты сульфат

кальция выделяется

в форме