Вступ

Вид материала

Документы

Содержание 5.5. Роль порошкової металургії в утилізації відходів машинобудування. Регенерація мастильно-охолоджуючих рідин (МОР). 5.7. Азотнозалізисті добрива з відходів травильних розчинів. 5. Технології переробки та використання основних BMP промисловості основної хімії 5.2. Переробка колчеданних недогарків, виробництво мідного купоросу, вилучення міді та видобування цинку. Сульфат і сульфіт міді Вилучення міді з колчеданних недогарків Видобування з колчеданного недогарка 5.3. Розрахунок виходу недогарків з колчедану. Приклади розрахунку виходу кількості недогарка. Отримання селену з сірчистого газу при виробництві сірчаної кислоти.

Подобный материал:

• Вступ, 323.48kb.
• Програма дисципліни кредитний модуль " основи радіоелектроніки" (для груп фф) Вступ, 153.44kb.
• Питания з Програми з курсу «Механіка», що виноситься на зм 1 вступ, 86.8kb.
• Робоча навчальна програма здисципліни: Принципи І методи аналізу художнього твору Спеціальність, 222.75kb.
• План, вступ, викладення змісту теми (як правило, 2 глави), висновок, а також список, 24.79kb.
• Вступ України до Світової огранізації торгівлі. Законодавчі зміни. Галузеві стратегії”, 72.41kb.
• Робоча навчальна програма Модуля Вступ до спеціальності Для студентів спеціальності, 404.17kb.
• Вступ до історії україни 5-й клас (35 годин), 86.86kb.
• Вступ до історії україни 5-й клас (35 годин), 104.36kb.
• М. В. Ломоносов; [вступ ст., сост., примеч. А. А. Морозова]. Ленинград : Сов писатель,, 249.18kb.

5.5. Роль порошкової металургії в утилізації відходів машинобудування.

Порошкова металургія (або металокераміка) - галузь науки і техніки про отримання виробів з порохоподібних матеріалів - металів, сплавів, а також неметалів шляхом одночасної дії на суміш цих компонентів високим тиском і температурою спікання з отриманням готових деталей і виробів.

Ця галузь називається ще металокерамікою тому, що дозволяє отримувати деталі і вироби з металів та неметалів типу кераміки.

Вперше порошкову металургію застосував інженер П.Г.Соболевський (1782-1841). Порошкова металургія складається з трьох етапів; одержання порошків, їх пресування і спікання виробів з цих порошків.

Металеві порошки для цієї технології отримують механічним, фізико-механічним і хімічним методами.

До перших і других методів відносяться дроблення і помел, розпилення, грануляція. До других - хімічне відновлення оксидів металів. Інших сполук воднем, конвертовним природним газом, вуглецем, коксом або активними металами - натрієм, кальцієм і іншими.

Відновлення оксиду заліза або інших оксидів до металу проходить по А. А Байкову, в три стадії при температурі 572°С (для заліза): адсорбції відновника на поверхні оксиду, поверхневої реакції молекул відновника з киснем оксиду металу і десорбції продукту реакції з поверхні речовини.

Для відновлення воднем застосовують прохідні муфельні печі або безперервно діючі конвеєрні печі з більш високою температурою, ніж 572°С.

Більше 25 років тому був розроблений і втілений новий спосіб відмовлення оксидів, який одержав назву "відновлення в киплячій кулі" або так званий "ПЖ-ПРОЦЕС".

Цим способом залізний порошок отримують 9 марок в залежності хімічного складу. ПЖО, ПЖ1, ПЖ2 ... ПЖ8, з яких для порошкової металургії застосовують тільки п'ять перших. Порошок "ПЖО" містить, %: заліза вуглецю 0,1; кремнію 2,0; марганцю 0,15; фосфору 0,015 і кисню 0,2.

Підготовка порошків до пресування складається з їх обпалу (для більшої пластичності), класифікації (тобто розділення за розмірами за допомогою повітряного сепаратора) і виготовлення суміші за рецептурой вироблення тих чи інших деталей.

Пресування виробів проходить в сталевій формі. Спочатку порошки дозують після розрахунків їх наважки і засипають в матрицю пресформи Наважка порошку розраховується за формулою:



де О - наважка порошку, кг;  - густина матеріалу, г/см³;  - об'єм виробу після спікання, см³; П - фактична пористість спеченого виробу, %; К₁ -, коефіцієнт, який враховує витрату порошку при пресуванні і який залежить від точності виготовлення пресформи, він дорівнює 1,005-1,01; К₂ - коефіцієнт, що враховує витрати маси при спіканні в результаті відновлення оксидів і відділення домішок, втому числі і мастил, К₂ = 1,01-1,03.

При пресуванні суміші різних компонентів їх густину визначають за правилом адитивності, г/см³ за формулою:

Зараз порошкова металургія успішно конкурує з литтям, обробкою металів тиском, різанням І іншими методами вироблення деталей, доповнює а замінює їх.

В наступний час порошкова металургія одержала великий розвиток для виробництва різних деталей із відходів. Загальний об'єм виробництва продукції цим методом сягає 6000 тис. т на рік.

В чому ж полягає значення металокераміки або порошкової металургії!? По-перше, в якості сировини використовуються відходи і без залишку; по-друге дозволяє отримувати вироби із металів і неметалів з особливими властивостями, яких не знає природа; по-третє, економить теплову енергію за рахунок використання тиску; по-четверте, економить працю робітників за рахунок скорочення кількості операцій; по-п'яте, дає більш дешеві вироби і, по-шосте, дає можливість отримувати матеріали з особливими властивостями - пористі, антифрикційні, фрикційні, фільтруючі, електротехнічні магнітні, контактні, високотемпературні, тугоплавкі, волоконні, жаростійкі, надтверді і інші.


5.6. Регенерація мастильно-охолоджуючих рідин (МОР).

МОР в процесі роботи при механічній обробці виробів поступово забруднюються частинками абразиву, тирсою, стружкою і іншими металевими включеннями, волокнами.

Методи очищення МОР полягають в їх відстоюванні, відділенні мастил і нейтралізації звільненої від мастил води. Очищення МОР від механічних домішок проводиться у відстійниках з попередньою магнітною сепарацією відпрацьованої емульсії.

Забруднена МОР проходить в клиновидну зону між поступово обертальним магнітним барабаном і корпусом сепаратора. Металеві залишки притягуються до барабана і очищуються з нього гумовою щіткою. Потім намагнічена емульсія попадає в бак-відстійник, де частинки шламу коагулюють в більш крупні агрегати і випадають в осад. Він відфільтровується і та ж МОР повертається в обіг.

5.7. Азотнозалізисті добрива з відходів травильних розчинів.

Технологічний процес отримання азотнозалізистих добрив з травильних розчинів складається з обробітку аміаком відпрацьованих травильних розчинів металооброблюючих підприємств.

Травильні розчини застосовуються для відділення іржі тобто гідроксиду заліза (111)з виробів, які підлягають нанесенню покриття для захисту їх від корозії. В залежності від складу травильних відпрацьованих розчинів азотнозалізисті добрива містять гідроксид окису заліза, сульфат амонію (або хлорид амонію, якщо травильний розчин мав соляну кислоту); аміачну селітру, фосфати амонію, аміачну воду і в невеликій кількості солі молібдену, нікелю, хрому, марганцю і деяких інших елементів.

Ці добрива можуть застосовуватися самостійно або в суміш з іншими туками.

Досліди про застосування азотнозалізистих добрив, одержаних з травильних відпрацьованих розчинів, під плодово-ягідні культури, картоплю, капусту і інші, показали їх високу ефективність, особливо на вапнякових і карбонатних грунтах. Відомо, що на цих грунтах рослини часто хворіють на хлороз через відсутність заліза, яке служить каталізатором процесу утворення хлорофілу. Застосування ж цього добрива особливо на солонцевих грунтах приводить до покращання структури грунтів і до підвищення врожаїв рослин.

Азотнозалізисті добрива можуть застосовуватись і для позакореневого підгодовування рослин, при цьому добрива діють як інсектофунгіциди.

Експерименти, які проводились в проблемній лабораторії Дніпропетровського сільськогосподарського інституту, підтвердили високу ефективність азотнозалізистих добрив. Внесення в грунт 50 кг на 1 га посівів вага рослин томатів збільшується на 25% в порівнянні з внесенням тієї ж кількості добрив у вигляді сульфату амонію.

Досліди, які були проведені інститутом ґрунтознавства АН Казахської РСР азотнозалізистих добрив на культурі рису на луково-болотних грунтах Кзил-Ординської області, виявили, що при внесенні цих добрив врожай рису збільшився приблизно в два рази а з добавкою суперфосфату навіть більше, ніж у два рази.


5. Технології переробки та використання основних BMP промисловості основної хімії

5.1. Економічна ефективність безвідходних виробництв в промисловості основної хімії.

Основа безвідходних виробництв - комплексне використання сировини. оскільки відходи виробництва - це з тих, чи інших причин є не використана або недовикористана частина сировини. Це обумовлено тим, що затрати на сировину і матеріали в хімічній промисловості в собівартості продукції складають 70-80%, а то й більше. Тому комплексне і раціональне використання сировини в хімічній промисловості є важливим народногосподарським завданням, як і в інших галузях.

Необхідність повного використання природних ресурсів і сировини "Обумовлено також зростаючими темпами росту промислових відходів, які утворюються при їх переробці, а також тим, що вони забруднюють довкілля-грунт, повітря, воду. І, найголовніше, запаси мінеральної сировини на землі обмежені, а ціни на них і затрати на їх відтворення безперервно достають.

Технологія безвідходного виробництва включає мінімальну кількість операцій, технологічних стадій і переходів, а також включає їх суміщення з тим, щоб менше утворювалось відходів і менше втрачалось вихідної сировини.

Безвідходне виробництво - це виробництво, в якому вся вихідна сировина повністю перетворюється в ту чи іншу продукцію.

Абсолютна економічна ефективність безвідходних виробництв визначається за формулою:




де, Е_і= Е₁+Е₂+Е₃+Е₄+Е₅ сума всіх ефектів безвідходного виробництва; E₁ - ефект виробництва кінцевої продукції, яка отримана при введенні безвідходної технології, а також більш повного використання вихідної сировини; Е₂ - ефект споживання кінцевої продукції, яка отримані безвідходною технологією; Е₃ - економія витрат на розвідування, добування і транспортування окремих ресурсів; Е₄ - ефект комплексного розвитку) регіону і вдосконалення продуктивних сил; Е₅ - зовнішньоторговий ефект, який враховується при скороченні імпорту або експорту сировини, продуктів її переробки і кінцевого продукту;  - розмір збитків від забруднення навколишнього середовища відходами виробництва і споживання; Зn -повні витрати на безвідходне виробництво.

При наявності кількох варіантів безвідходних технологій вибирають варіант з максимальним коефіцієнтом абсолютної економічної ефективності при рівних народногосподарських витратах.

М.І.Києвський, В.Н.Євстратов і А.Г.Ватманов наводять і розглядають чотири варіанти ефективних капітальних вкладень у безвідходне виробництво (див. таблицю 15).

Таблиця 15 Порівняння варіантів безвідходних технологій

Показники	Варіанти Bapis 2 4
	1	2	3	4
Коефіцієнт використання сировини Витрати на одержання товарної продукції, крб/рік; поточні одночасні Вихід готової продукції, % Вихід токсичних речовин у довкілля% Втрата товарної продукції, крб/рік Ефект споживання додатково одержа­ної товарної продукції, крб/рік Ефект скорочення витрат на видобуток сировини, крб/рік Коефіцієнт ефективності капвкладень Коефіцієнт ефективності по народному господарству	0,8 0,8 0,75 100 100 0,15 - - 0,27 0,066	0,85 0,82 0,90 105 70 0,09 0,05 0,01 0,21 0,105	0,9 0,84 1,10 110 40 0,06 0,07 0,02 0,16 0,109	0,95 0,87 1,30 117 25 0,03 0,08 0,08 0,10 0,104

Об'єм вихідних продуктів і сировини у всіх варіантах однаковий. Коефіцієнт використання-відношення готового продукту до маси сире вини і вихідних матеріалів-підвищується від 0,8 до 0,95 в четвертому варіанті. Питомі витрати у всіх варіантах на отримання продукції зростають незначно. Але капітальні витрати зростають аж на 75%. Автори вважають, що фактичні витрати на ліквідацію промислових забруднень складають на багатьох підприємствах 10-20% від усього об'єму капітальних вкладень в хімічній промисловості.

Впровадження маловідходного виробництва збільшує вихід готової продукції від 5% в другому варіанті до 17% в четвертому.

Викиди токсичних речовин скорочуються, як і економічний збиток від них. Додаткова продукція, яка зроблена за рахунок більш повного використання вихідної сировини, створює ефект споживання і ефект скорочення витрат на її добування.

Ефективність капітальних вкладень визначається за формулою:

Е=(Ц-С):К,

де Ц - вартість продукції; С - собівартість продукції (поточні витрати):

К - капітальні витрати за одним із варіантів, вказаних в таблиці 15,

З аналізу варіантів можна зробити висновок, що в міру підвищення вилучення цінних компонентів з вихідної сировини, зменшення викидів в довкілля, зниження збитку економічна ефективність поданих варіантів зменшується. Найкращим буде перший, який має найвищий коефіцієнт ефективності - 0,27. А з позицій народного господарства кращим буде інший.

Народногосподарську ефективність визначають за формулою:



де i_t - індекс об'єму виробництва по кожному варіанту. Тому найкращим з позиції народного господарства буде другий, потім третій і четвертий варіанти. А з них - третій варіант.

Річний економічний ефект безвідходного виробництва автори пропонують визначати за формулою:

Е = З_а + З_п + ΔУ;

де З_а - альтернативні витрати на досягнення економічного ефекту

Еколого-економічна оцінка проектів передбачає порівняння проектів з кращими базовими підприємствами за наступними показниками: об'ємом випускної продукції; наслідками забруднення навколишнього середовища; збитками, які додає народному господарству забруднення довкілля, не комплексним використанням природних ресурсів і відходів виробництва: застосуванням маловідходної або безвідходної технологій, замкнених систем водопостачання і інших прогресивних методів; очищенням відхідних газів, стічних вод і т.п.

Об'єм стічної води для конкретного об'єкта до і після впровадження безвідходної технології визначається за формулами:




де , і С₁ - концентрації шкідливої речовини в стічних водах до і після їх очищення, мг/л; С_гдк встановлений норматив для даної забрудненої речовини у воді водойми, мг/л; V_g, - об'єм стічних вод, млн. м³ на рік.

Ефект від здійснення водоохоронного заходу виражається зниженням об'єму забруднень, які викидають, у водойми, і визначається як різниця об'ємів стічних вод до і після виконання проекту.

Повний економічний ефект від водоохоронного заходу визначається за формулою;



Еколого-економічна оптимальність проекту мало відходного або безвідходного виробництва визначається мінімумом витрат на його будівництво і експлуатацію з врахуванням оцінки компенсації споживних природних ресурсів і шкоди, яка б наносилась довкіллю.

Шкода, яка наноситься навколишньому середовищу, визначається за формулою;



де 3 - витрати на одиницю продукції; С - собівартість одиниці продукції; Е_н - нормативний коефіцієнт економічної ефективності капітальних вкладень; К - капітальні вкладення; У - питомий еколого-економічний збиток.

Рішення про еколого-економічну доцільність проекту приймається на основі співставлення витрат на будівництво існуючого базового З₁, і проектованого З₂ підприємства.

Доцільність або ефект цей визначається за формулою:



де А - річний об'єм виробництва продукції на проектованому підприємстві в натуральних показниках.

Загальна еколого-економічна оцінка нового об'єкта здійснюється за формулою:




5.2. Переробка колчеданних недогарків, виробництво мідного купоросу, вилучення міді та видобування цинку.


Колчеданні недогарки отримуються як відходи у виробництві сірчаної кислоти із сірчаного колчедану або піриту (FeS₂). Точніше приобпалі колчедану, який проходить згідно рівняння з виділенням сірчистого ангідриду:



В колчеданному недогарку, крім сірки, заліза, міститься багато інших речовин. Так, мідь міститься в недогарку у вигляді різних сполук - сульфату, карбонату, оксидів, а також сірчистих з'єднань Це утрудняє повне вилучення міді з недогарку одним простим методом.

Сульфат і сульфіт міді із недогарку легко вилуговуються водою, а оксиди - розведеною сірчаною кислотою.

Сульфіди міді, у яких знаходиться в недогарку до 20% міді, не розчиняються у воді і в розчинах сірчаної кислоти, але переходять в розчин після взаємодії при нагріванні з сульфатом або хлоридом тривалентного заліза згідно з рівняннями:



Цим же способом вилучають мідь з сульфідних мідних руд гідрохімічним методом, інтенсивність вилуговування збільшується при бактеріальному окисленню сульфатів.

Залізо з отриманого розчину вилучають піролюзитом або киснем повітря при наявності вапняку. Але спочатку солі двовалентного заліза переводять в солі тривалентного заліза:



Халькопірит (CuFeS₂), який також є в колчеданному недогарку, перетворюється в розчин хлоруванням:



Найбільш розробленим способом отримання сульфату міді або мідного купоросу з недогарків є воднокислотне вилуговування і хлоруючий обпал його при наявності хлористого натрію. Далі солі заліза і міді розділяють, користуючись різною розчинністю цих солей в залежності від температури. Процес закінчується фільтруванням після випаровування води, сушінням і фасуванням в тару.


Вилучення міді з колчеданних недогарків проводиться 1% розчином сірчаної кислоти при кімнатній температурі на протязі 1 г при співвідношенні рідкої і твердої фази, як 1:3. В розчин переходить від 60 до 80% мі/ яка є в недогарку. Внаслідок шестикратного вилуговування отримують розчин, який містить 15-18 г/л міді в формі сульфату. Ця сіль забруднена сполуками заліза 5-6 г/л. Ці сполуки видаляють окисленням розчину хлором або бертолетовою сіллю. Гідроксид заліза в розчині осаджують крейдою. Розчин сульфату міді, який очищений від заліза, випаровують для відділення надлишку води і кристалізують.

Іноді солі заліза і міді не розділяють, а розчин використовують як фунгіцид.

Видобування з колчеданного недогарка цинку проводять хлоруючим обпалом в тих випадках, коли недогарки мають значну кількість цинку. Після відпалу і наступного вилуговування водою цинк знаходиться в розчині вигляді суміші солей сульфатів і хлоридів. Розподіл цих солей пов'язаний зі значними труднощами, тому розчин використовують головним чином для виробництва білої фарби під назвою "літопон".

5.3. Розрахунок виходу недогарків з колчедану.

Вихід і склад недогарка, який утворюється при згорянні колчедану, залежить від хімічного складу сировини і ступеня вигорання з неї сірки. Вихід недогарка визначається за формулою:



де Н - фактичний вихід недогарка, в долях одиниці від сухого колчедану, Cs_(meop) - теоретичний вміст сірки в недогарку, %; φ - теоретичний вихід недогарка по реакції в долях одиниці; С_(факт); - фактичний вміст сірки в недогарку, %. Вихід недогарка оцінюється з врахуванням пороху, який видноситься газом з печі. Значення Cs і φ для реакції відпалу різної сировини наведені нижче.