4.7. Экологический аспект переработки сульфидных руд

При получении серной кислоты часть токсичного сернистого газа попадает в атмосферу и приносит большой вред растениям, здоровью человека и животных.

Кроме того, образование кислотных дождей на 60% происходит из-за выбросов . Величина pH дождевой воды доходит до 1,5, т.к. в атмосфере в присутствии промышленной пыли сернистый газ окисляется до триоксида, который под действием влаги дает H₂SO₄. Как следствие, pH воды в озерах снижается иногда до 4 (а норма 8). В такой среде невозможна жизнь не только рыб и водорослей, но даже микроорганизмов.

К тому же, кислотные дожди вызывают коррозию металлических (и не только) изделий. Помимо того, кислая вода растворяет соединения алюминия, ртути, свинца и т.п., которые отравляют гидросферу.

Ежегодно в мире получают около 100 млн. т H₂SO₄, поэтому и вред от отходов ее производства окружающей среде очень большой. Тем более что выбросы в атмосферу происходят не только на предприятиях, производящих серную кислоту, но и на других. В частности, на Норильском металлургическом комбинате, где обжигают сульфиды: CoS, NiS и т.п. (чтобы затем получать соответствующие металлы). Здесь ПДК (предельно допустимая концентрация) в воздухе превышена многократно, и вокруг Норильска тундра загублена...

Так что необходима очистка газообразных отходов от сернистого газа, как бы дорого это ни стоило. Ученые разработали достаточно эффективные химические методы очистки. Один из таких способов – пропускание газов, содержащих S, через водную суспензию известняка:

.

Предлагается также исключить обжиг сульфидов (т.е. пирометаллургический способ передела руд), а обрабатывать их водой, насыщенной кислородом, в вибраторе-смесителе (это гидрометаллургический метод). При этом, например, из пирита сразу получается (но разбавленная, и ее надо концентрировать), а также оксид – его можно использовать в металлургии. Подобные безотходные технологии – будущее промышленности.

Глава 5. Азот и фосфор

5.1. Общая характеристика. Нахождение в природе. Получение

К р-элементам V группы относятся азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут. В соответствии с электронной конфигурацией валентного слоя s²p³, они проявляют степени окисления –3, +3 и +5. У азота могут быть еще –2, –1, +1, +2, +4, однако наиболее устойчив N в нулевой ст.ок. – в молекуле N₂ вследствие прочной связи в ней.

Высокая энергия этой связи (945 кДж/моль) объясняется тем, что атомы N, благодаря их малому радиусу, образуют между собой очень эффективные (а потому и прочные ) как -, так и -перекрывания.

На Земле примерно половина азота находиться в виде газа N₂ (он составляет 4/5 атмосферы). Остальное – связанный азот – это селитры (т.е. нитраты K, Na, Ca, Cu), а также органические вещества растений, животных и их останков. Причем содержание N в природе (0,025%), значительно меньше, чем в организмах (например, в человеке – 2,56%). Это отражает важнейшую биологическую роль азота.

Получают N₂ в промышленности ректификацией воздуха, так что он дешев. В лаборатории азот берут из баллонов, где он находиться под давлением 200 атм. Если же N₂ нужен в небольшом количестве, то его обычно синтезируют по реакции:

Содержание фосфора на Земле тоже значительно (0,05%), а в организме человека – еще больше (0,95%!).

Для атомов Р -перекрывание неэффективно (как и для серы из-за большого r). Поэтому простые вещества фосфора, имея ординарные ХС, слишком активны (в отличие от N₂ с тройной связью). Как следствие, в природе встречаются только сложные соединения Р. Чаще в составе таких горных пород, как фосфорит (его основа – фосфат кальция Са₃(РО₄)₂), или в виде минералов (например, фторапатита Са₅(РО₄)₃F).

Фторапатит является также компонентом эмали зубов, причем, чем больше его в ней, тем эмаль прочнее и менее растворима. Вот почему в зубные пасты вводят фториды. Процессы, укрепляющие зубы, следующие:

, а затем:

.

Для скелета взрослого человека требуется немногим более 1 кг фосфора, но еще меньше – всего 12 г нужно для работы нервных клеток (в том числе головного мозга). Кроме того, нехватка фосфора в организме приводит к утомляемости и раздражительности. Чтобы пополнить его запасы, нужно есть бобы, горох, чечевицу, фасоль, рыбную икру, мозг животных. Подчеркнем, что недостаток в почве фосфора (а также азота) уменьшает урожайность растений, особенно зерновых.

Получают Р в промышленности из фосфатов карботермически, т.е. восстановлением углем («уголь» по-гречески – «карбос» ) при прокаливании. Причем процесс ведут в присутствии песка (SiO₂), который снижает т.пл. реакционной смеси и, к тому же, прочно связывает оксид кальция в силикат:

.

Образующиеся пары (Р и СО₂) пропускают через воду. В ней фосфор практически не растворятся и (как результат охлаждения) затвердевает.

Остальных р-элементов V группы в природе немного (кларк – 10^-4–10^-6 %), и находятся они в земной коре в виде сульфидов. Обжигом их переводят в оксиды, а затем восстанавливают до простых веществ, тоже прокаливая с углем.