Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает одним из мощнейших во всем мире промышленным потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Во избежании вреда на неживую и живую природу и существуют способы переработки отходов.
Цель же данной работы заключается в рассмотрении, во-первых, классификации отходов химической промышленности по их химической природе, а во-вторых, охарактеризовать способы утилизации, переработки и, при необходимости, условий их захоронения.
Классификация отходов химической промышленности
Химическая промышленность образует огромное количество различных отходов. В литературе [1] представлена их классификация по агрегатному состоянию.
Твердые отходы – это отходы, получаемые в виде порошков, пыли, слитков или затвердевшей массы. К этой группе относятся огарки, зола, частицы пыли и сажи, отходы пластмасс и резины, отработанные катализаторы, остатки после обогащения руд, твердые органические остатки, адсорбенты, некондиционные продукты (каучук, волокна) и др.
При выборе переработки твердых отходов существенную роль играют их состав и количество. Преобладают тенденции, связанные с созданием мощных установок по комплексной переработке больших количеств смесей твердых отходов. Получила развитие утилизация (повторное использование или возвращение в оборот отходов производства) твердых отходов в агрегатах промышленности строительных материалов при получении кирпича, керамзита, цемента и др.
Жидкие отходы состоят в основном из жидкой фазы и содержат растворенные в воде или других растворителях соли, щелочи, кислоты, а также примеси взвешенных частиц. Содержание взвешенных частиц не превышает обычно уровня, начиная с которого происходит их осаждение. Жидкие отходы обладают хорошей подвижностью, и их можно транспортировать насосами, применяемыми в химической промышленности. Концентрация растворимых веществ не должна превышать предел, при котором начинается их кристаллизация из раствора при нормальных условиях.
Твердые токсичные отходы промышленности
... токсичных отходов; 2. Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов (санитарные правила); 3. Предельные количества токсичных промышленных отходов, допускаемые для складирования в накопителях (на полигонах) твердых бытовых отходов (нормативный документ); Токсичные отходы ...
К этой группе отходов относятся, прежде всего, производственные сточные воды, загрязненные токсичными и ядовитыми соединениями и требующие специальной обработки (воды, содержащие кислоты, щелочи, хлориды, фториды, бромиды, растворенные металлы, токсичные органические вещества и т.д.); отработанные органические растворители и жидкости. В некоторых случаях жидкие отходы представляют собой какой-либо продукт, загрязненный небольшим количеством примесей. К подомным отходам относятся отработанные масла, содержащие продукты окисления, полимеризации и механические примеси.
Переработка жидких отходов осуществляется с помощью многочисленных типовых процессов химической технологии: осаждения, фильтрации, дистилляции и ректификации, выпаривания, кристаллизации, термической обработки, химической переработки. Иногда жидкие отходы представляют собой многокомпонентную смесь, разделение которой затруднено и экономически нецелесообразно. В таком случае отходы сжигают или закачивают в глубокие поглощающие горизонты земной коры.
Газообразные отходы включают в себя газовые выбросы промышленных печей и вентиляционных установок, сушилок, различные отходящие газы технологических установок. К этой группе относятся продукты сгорания (дымовые газы) парогенераторов и печей; газы, обладающие сильным запахом, содержащие дисперсные твердые частицы (пыль) или жидкие частицы в виде тумана, а также газы с содержанием паров органических веществ и др.; паровоздушные смеси, загрязненные токсичными примесями.
При извлечении газов полезных компонентов или для обезвреживания применяют основные процессы химической технологии, в том числе абсорбцию, адсорбцию, осаждение, фильтрование, термическую переработку, хемосорбцию. Термическая переработка газообразных отходов заключается в дожигании органических примесей, содержащихся в газах, до безвредных продуктов сгорания O, , . Недостатком этих методов является уничтожение всех органических веществ, содержащихся в газах. Поэтому их применяют в тех случаях, когда по экономическим соображениям эти вещества нецелесообразно выделять.
При производстве некоторых продуктов отходящие газы представляют собой смеси углеводородов. Когда разделение таких смесей экономически нецелесообразно, их используют в качестве горючих вторичных энергетических ресурсов.
В случаях малого содержания горючих компонентов в газообразных отходах, когда экономически невыгодно использовать метод прямого сжигания, широко применяется каталитическое горение. Процесс каталитического горения протекает в реакторах с неподвижным или кипящим слоем катализатора при 200-600 вместо 950-1100 при прямом сжигании.
Шламы представляют собой амфорные или мелкокристаллические массы, содержащие 20-80% воды и плохо транспортируемее без предварительной обработки методами сушки, фильтрования, вымораживания и др. К этой группе отходов относятся остатки процессов фильтрации и седиментации; шламы, получаемые при нейтрализации или специальной обработке жидких отходов; шламы и илы, получаемые в процессе биохимической очистки сточных вод. Сюда следует отнести также смолы, кислые и вязкие гудроны, остаточные нефтепродукты, получаемые при переработке нефти, нефтяные шламы.
Производство гипсовых вяжущих веществ
... гипс, гипсоцементнопуццолановое вяжущее. Ангидритовые гипсовые вяжущие материалы включают: ангидритовый цемент, отделочный ангидритовый цемент, эстрихгипс (высокообжиговый гипс). Исходным сырьем для получения полуводных гипсовых вяжущих материалов служит природный гипсовый камень или некоторые отходы ... известь, которая и служит катализатором. Он медленно схватывается и ... из печи газов при прямотоке ...
В переработке шламовых отходов используются процессы фильтрования и центрифугирования, сушки, термического обезвоживания, сжигания. При сжигании шламов, содержащих органические и горючие вещества, выделяется высокопотенциальное тепло, которое обычно утилизируется. Выбор способа переработки зависит от качества шлама и состава содержащихся в нем компонентов.
Переработка и обезвреживание твердых отходов
В химической и нефтехимической промышленности образуются многочисленные твердые отходы, различающиеся по своему происхождению и составу. Ввиду большого многообразия этих отходов предложить обобщенную схему их утилизации и обезвреживания не предоставляется возможным, поэтому рассмотрим основные методы применительно к многотоннажным отходам производства.
Переработка фосфогипса. Фосфогипс образуется как отход в производстве фосфорной кислоты из природных фосфатов. При разложении фосфатов серной кислотой в раствор переходит фосфорная кислота и образуется труднорастворимый сульфат кальция (фосфогипс):
Ca 5 F (PO4 )3 + 5H2 SO4 = 5CaSO4 + 3H3 PO4 + HF.
Основными примесями, препятствующими прямому исполь
В нашей стране и за рубежом разработано несколько направлений использования фосфогипса:
- Производство гипсовых вяжущих;
- Производство цемента (в качестве добавок);
- Производство серной кислоты и цемента;
- Производство серной кислоты и извести;
- Производство сульфата аммония;
- Сельское хозяйство.
Процесс получения гипсовых вяжущих из фосфогипса обычно состоит из двух стадий: очистка фосфогипса от соединений фтора и фосфора и последующая дегидратация CaSO 4 * 2H2 O до CaSO4 * *0.5H2 O. Дегидратацию осуществляют путем обжига в печах при температуре 120-170 . Технология получения вяжущих освоена в промышленном масштабе, в настоящее время по этому методу в мире перерабатывается 3 млн. т фосфогипса и производится 1,9 млн. т вяжущих материалов.
Ниже представлена структурная схема технологического процесса получения строительного гипса из фосфогипса, предложенная авторами [1]:
Фосфогипс
промывка
флотация
вакуум-
фильтрация
сушка
Фосфогипс
промывка
флотация
сушка с частичной
дегидратацией
гранулирование
дозревание
в бункерах
Теория кислот и оснований
... также в неводных жидких средах, требуют существенного дополнения и обобщения данной теории. Такой более общей теорией кислот и оснований явилась протолитическая теория , предложенная в 1923 г. независимо друг от ... H 2 O 15,74 OH- -1,74 Согласно протолитической теории кислоты и основания могут быть трех типов: нейтральные, анионные и катионные . В роли первых выступают нейтральные молекулы , ...
обжиг
Фосфогипс
гранулирование
дозревание
в бункерах
обжиг
размол
полугидрат
для производства
плит
а
Рис.1. Схема получения гипсовых вяжущих из фосфогипса (а, б, в – варианты)
В производстве цемента фосфогипс гранулируют и подсушивают в барабанных сушилках до содержания гигроскопической влаги около 5%. Использование фосфогипса уменьшает расход топлива в производстве цемента, повышает производительность печей и качество цементного клинкера.
В производстве серной кислоты и цемента высушенный фосфогипс смешивают с глиной, песком и коксом и обжигают при температуре 1200-1400 . При обжиге протекают следующие реакции:
CaSO 4 + 2C = CaS + 2CO2 ; CaS + 3CaSO4 = 4CaО + SO2 .
Процесс может быть описан суммарной реакцией:
CaSO 4 + 2C = 2CaО + 2SO2 + CO2 .
В процессе применяют небольшой избыток углерода (20-30% от стехиометрического) для компенсации его расхода на побочные реакции.
Образующийся диоксид серы направляется на окисление до SO 3 , который далее абсорбируется водой с получением серной кислоты.
В производстве серной кислоты и извести фосфогипс восстанавливают коксом или продуктами конверсии природного газа:
CaSO 4 + 2C = CaS + 2CO2 ; CaSO4 + 4CO = CaS + 4CO2;
CaSO 4 + 4H2 = CaS + 4H2 O.
Сульфид кальция обрабатывают водой, а полученную суспензию – диоксидом углерода: CaS + H 2 O + CO = H2 S + CaCO3 .
Полученный сероводород окисляется до диоксида серы:
H 2 S + 1.5O2 = SO2 + H2 O.
Разработаны способы, основанные на взаимодействии предварительно приготовленного карбоната
Рис.2. Схема комплексной переработки фосфогипса
Авторами [1] разработана схема комплексной переработки фосфогипса в сульфат аммония, оксид кальция и концентрат редкоземельных элементов (рис. 2).
Метод основан на том, что CaO, полученный из осадка карбоната кальция CaCO 3 , растворяется в аммониевых солях, а редкоземельные элементы остаются в осадке. Прокаливание CaCO3 проводят при 1000 , полученный оксид кальция обрабатывают раствором хлорида аммония NH4 Cl с получением раствора хлорида кальция CaCl2 и осадка редкоземельных элементов. Аммонизированный раствор хлорида кальция CaCl2 насыщается углекислым газом CO2 для выделения карбоната кальция CaCO3 и регенерации хлорида аммония NH4 Cl.
