Принципы обогащения сырья

Обогащение сырья — совокупность физических и физико-химических мето­дов обработки минерального сырья (руды, угля и др.) для удаления пустой поро­ды и повышения содержания основного компонента в концентрате.

Методы обогащения сырья зависят от его фазового состояния. Большая группа методов предназначена для обогащения твердых ма­териалов.

Гравитационный метод — разделение, основанное на разной скорости выпадения частиц разной плотности и крупности в по­токе жидкости или газа или на действии центробежной силы (этот ме­тод широко применяется для обогащения сырья в производстве сили­катных материалов, минеральных солей и в металлургии).

Элект­ромагнитный — разделение по магнитной проницаемости, на­пример отделение магнитного железняка, хромистого железняка, ру­тила и других магнитно-восприимчивых материалов от пустой породы, Электростатический — разделение по электрической проводимости (отделение проводящих руд от диэлектрических пород, например гипса, известняка, силикатов и др.).

Флотационный — разделение взвешенных в жидкости относительно мелких частиц друг от друга (или выделение твердых частиц из жидкости) по их спо­собности прилипать к вводимым в суспензию газовым пузырькам с по­следующим всплыванием их на поверхность жидкости и образованием пены. Для обеспечения эффективной флотации в суспензию вводят раз­личные флотационные реагенты, усиливающие избирательность и прочность прилипания минеральных частиц к пузырькам воздуха. Флотация является наиболее универсальным и совершенным способом обогащения. Методом флотации извлекаются из минерального сырья практически все минералы. Это один из наиболее распространенных способов обогащения, применяемый в крупнейших масштабах.

Жидкие растворы различных веществ концентрируют упариванием растворителя, вымораживанием, выделением примесей в осадок или и газовую фазу.

Газовые смеси разделяют на компоненты последовательной конденсацией газов при их сжатии (компрессии) и понижении температуры.

Обогащение сырья является одним из важнейших элементов энер­госберегающей технологии.

26. Вода и воздух в химической промышленности. Промышленная водоподготовка.

Вода и воздух в химической промышленности

Химическая промышленность является одним из крупнейших потре­бителей воды и воздуха. Эти виды сырья используются почти всеми хи­мическими производствами для самых разнообразных целей. Вода применяется для получения водорода и кислорода, в качестве растворителя твердых, жидких и газообразных веществ; в качестве реакционной среды, экстрагента или абсорбента, транспортирующего агента; для нагревания и охлаждения веществ и аппаратуры; для об­разования пульп и суспензий; для промывки разных продуктов; очист­ки оборудования и т.п. Кроме того, вода широко используется в каче­стве рабочего тела в гидравлических, тепловых и атомных электростан­циях.

Классификация природных вод и характеристика их примесей

Природные воды обычно подразделяют на атмосферные, поверхностные и подземные.

Атмосферные воды, выпадающие на землю в виде дождя и снега, содержат наименьшее количество примесей. В основном, это растворенные газы (О₂, СО₂, N и др.), соли, бактерии и т.д.

Поверхностные воды — это воды открытых водоемов: рек, озер, морей, каналов и водохранилищ. В состав этих вод входят разнообразные минеральные и органические вещества .

Морская вода представляет собой многокомпонентный раствор электролитов и содержит все элементы, имеющиеся в земной коре. В морской воде растворены многие соли (хлорид натрия до 2,6 %, хлорид и сульфат магния и др.), а также газы, входящие в состав воздуха (азот, кислород и углекислый газ).

Подземные воды — воды артезианских скважин, колод­цев, ключей, гейзеров — характеризуются значительным содержани­ем минеральных солей, выщелачиваемых из почвы и осадочных пород, и небольшим количеством органических веществ.

В зависимости от солесодержания природные воды подразделяют на пресную воду — солесодержание до 1 г/кг; солоноватую — 1 — 10 и соленую — более 10 г/кг.

Промышленная водоподготовка

В процессе водоподготовки применяют механические, физические, хи­мические и физико-химические методы: осветление, умягчение, ион­ный обмен, обескремнивание и дегазацию. Питьевую воду, кроме того, дезинфицируют. Осветление воды осуществляется в основном методами осаждения примесей, выделяющихся из воды в виде осадка. Эти мето­ды называют также реагентными, так как для выделения примесей в воду вводят специальные реагенты. К процессам осаждения, применяе­мым для осветления воды, относятся коагуляция, известкование и маг­незиальное обескремнивание.

Под коагуляцией понимают физико-химический процесс слипа­ния коллоидных частиц и образования грубодисперсной микрофазы. флокул с последующим ее осажден нем. В качестве реагентов, называе­мых коагулянтами, обычно применяют сульфаты А1₂(5О₄)₃ и FeSO₄.

Повышение эффекта коагуляции достигается при добавлении флокулянтов (полиакриламида, активной кремниевой кислоты и др.). При этом ускоряется образование хлопьев и улучшается их структура.

Образовавшуюся хлопьевидную массу, состоящую в основном из гидроксидов А1 и Fe и примесей, выделяют из воды в отстойниках или специальных осветлителях (осадок в них поддерживается во взвешен­ном состоянии потоком поступающей снизу воды), напорных или от­крытых фильтрах и контактных осветлителях с загрузкой из зернистых материалов (кварцевый песок, дробленый антрацит, керамзит), а также во флотаторах, гидроциклонах, намывных фильт­рах. Известкование воды производится для снижения гид­рокарбонатной щелочности воды. Одновременно с этим уменьшаются жесткость, солесодержание, концентрации грубодисперсных приме­сей, соединений железа и кремниевой кислоты.

Реагентом для этого процесса является гашеная известь Са(ОН)₂, которая подается в воду в виде суспензии (известкового молока). Для повышения эффективности удаления кремниевой кислоты в воду до­бавляют каустический магнезит (70—80 % MgO).

Окончательная очистка от осад­ка осуществляется с помощью процесса фильтрования. Умягчением воды называется ее очистка от соединений кальция и магния, обусловливающих жесткость воды. Одним из на­иболее эффективных способов умягчения воды является известково-содовый в сочетании с фосфатным. Процесс умягчения основывается на следующих реакциях:

1) обработка гашеной известью для устранения временной жестко­сти, удаления ионов железа и связывания СО₂:

2) обработка кальцинированной содой для устранения постоянной жесткости:

3) обработка тринатрийфосфатом для более полного осаждения катио­нов Са²⁺ и Mg²⁺:

Растворимость фосфатов кальция и магния ничтожно мала, что обеспечивает высокую эффективность фосфатного метода.

В настоящее время для умягчения, обессоливания и обескремнивания воды широко применяется метод ионного обмена. Его сущность состоит в том, что твердое тело — ионит — поглощает из раствора электролита положительные или отрицательные ионы в об­мен на эквивалентное количество других, одноименно заряженных ионов. В соответствии со знаком заряда обменивающихся ионов раз­личают катиониты и аниониты.

Катиониты - практически нерастворимые в воде вещества, пред­ставляющие собой соли или кислоты с анионом, обусловливающим не­растворимость в воде; катион же (натрий или водород) способен всту­пать в определенных условиях в обменную реакцию с катионами раст­вора, в котором находится катионит. Катиониты соответственно назы­ваются Na-катионитами и Н- катионитами.

Аниониты — основания или соли с твердым нерастворимым ка­тионом. Аниониты содержат подвижную гидроксильную группу (ОН-аниониты).

В качестве Na-катионитов применяют алюмосиликаты: цеолит, пермутит и др.; в качестве Н-катионитов — сульфоуголь, син­тетические смолы; к ОН-анионитам относятся искусственные смолы сложного состава, например карбамидные.

Ионный обмен между раствором и ионитом имеет характер гетеро­генной химической реакции. Следует отметить, что примеси, удаляе­мые из воды методом ионного обмена, не образуют осадка и что такая обработка не требует непрерывного дозирования компонентов.

Важная часть комплексного технологического процесса водоподготовки — удаление из воды растворенных газов. Наличие га­зов в воде объясняется как их сор­бцией и протеканием химических реакций в процессе образования примесей в природной воде, так и появлением их в процессе различ­ных стадий очистки. Эти газы можно разделить на химически нeвзаимодействующие (Н₂, О₂, СН₄) и химически взаимодействующие с водой и ее примесями (NH₃,CO₂, С1₂), а также на коррозионно-активные (О₂, СО₂, NH₃, C1₂, H₂S) и инертные (N₂, Н₂, СН₄). Концентрация газов в воде зависит от мно­гих факторов; основные из них — физическая природа газа, степень насыщения, давление в системе и температура воды. Основной способ удаления из воды растворенных газов - десорбция (термическая деаэрация). Принцип ее заключается в создании контакта воды с паром, в котором парциаль­ное давление газа, удаляемого из воды, близко к нулю, что является не­обходимым условием процесса десорбции. Этот процесс осуществляется в основном в деаэраторах (вакуумных, атмосферных, постоянного давления), которые по способу распределения воды и пара разделяют на струйные, пленочные и барботажные.

Для получения дистиллята, необходимого для производства химиче­ски чистых реактивов, лекарственных препаратов, проведения различ­ных анализов, в лабораторной практике применяется термическое обессоливание воды. Этот процесс осуществляется в испарителях ки­пящего типа. При этом дистиллят производят в основном из воды, пред­варительно умягченной на ионитовых фильтрах.

Воздух.

Используют в основном как сырье или реагент в процессах, а также для энергетических целей. Воздух разделяют на компоненты ректификацией жидкого воздуха, получая при этом кислород, азот и инертные газы, которые используются затем в различных производствах и синтезах. Воздух, применяемый в качестве реагента подвергается специальной очистке от пыли, влаги, каталитических ядов. Воздух используется и как теплоноситель и хладоагент в тех процессах. Сжатый воздух применяется в различных барботажных смесителях, в форсунках для распыления жидкостей в реакторах и топках.

27. Энергетическая база химической промышленности. Классификация теплоэнергетических ресурсов. Технологические характеристики топлива.

Энергетическая база химической промышленности

Современная химическая промышленность является одним из круп­нейших потребителей топлива и электроэнергии; она широко исполь­зует тепловую, электрическую и механическую энергию. Тепловые процессы расходуют теплоту различных температурных потенциалов. По видам используемой тепловой энергии они подразде­ляются на высоко-, средне-, и низкотемпературные и криогенные про­цессы.

Высокотемпературные процессы до 773 К используют главным образом для изменения физико-химических свойств сырья или полуфабрикатов посредством их обжига, а также для интенсификации химических реакций. Эту энергию получают за счет сжигания различных видов топлива (угля и продуктов его переработ­ки — кокса, доменного и коксового газа, жидкого топлива и природ­ного газа), непосредственно в технологических устройствах.

Среднетемпературные (423—773 К) и низко-температурные (373—423 К) процессы используют тогда, когда необходимы физико-химические изменения свойств обрабатыва­емых материалов, для осуществления которых требуются повышен­ные температуры и давления. Это термический пиролиз и крекинг, выпарка, дистилляция, конверсия, сушка и обогрев в химической, нефтеперерабатывающей промышленности и ряде других отраслей; очистка и сортировка обрабатываемых материалов (мокрое обогаще­ние железных руд, промывка материалов в химической, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности и т.п.). Основными энергоносителями, обеспечивающими тепловой энер­гией средне- и низкотемпературные процессы, являются пар и горячая вода. Криогенные процессы протекают при температуре ниже 120 К (сжижение и отверждение газов) и используют для осущест­вления процессов криохимической технологии (процессы криокристаллизации, криоэкстрагирования, криоизмельчения и криозакалки, а также комбинирования влияния низких температур с другими физи­ческими воздействиями).

Электрическая энергия применяется для проведения электрохи­мических (электролиз растворов и расплавов) и электротермических (нагревание, плавление, возгонка, синтезы при высоких температурах и др.) процессов. Электрическая энергия используется также для освещения и получения механической энергии.

Механическая энергия необходима главным образом для физиче­ских операций: дробления, измельчения, смешения, центрифугиро­вания, работы насосов, компрессоров и вентиляторов, а также для различных вспомогательных операций (транспортировка грузов и т. п.). На расход энергоресурсов оказывают влияние правильный вы­бор сырья и методов его подготовки.

Тщательно подготовленное сырье (по химическому и агрегатному составу, содержанию примесей), как правило, обеспечи­вает снижение энергозатрат на процесс в целом.

Классификация топливно-энергетических ресурсов

Основными видами энергетических ресурсов в современных условиях являются горючие ископаемые (уголь, нефть, природный газ, торф, сланцы) и продукты их переработки; энергия воды (гидроэнергия); биомасса (древесина и другое растительное сырье); атомная энергия. Частично используется энергия ветра, а также морских приливов и от­ливов.

Энергетические ресурсы разделяют на топливные (уголь, нефть, природный газ, сланцы, битуминозные пески, торф, биомасса) и нетопливные (гидроэнергия, энергия ветра, лучистая энергия Солнца, глубинная теплота Земли и др.), возобновляемые и невозобнов­ляемые, первичные и вторичные.

К практически неисчерпаемым относят геотермальные и термоядерные энергетические ресурсы. В геотермальные ресурсы включена глубинная теплота Земли. К невозобновляемым энергетическим ресурсам отно­сятся те, запасы которых по мере их добычи необратимо уменьшаются. К ним относятся уголь, сланцы, нефть, битуминозные пески и природ­ный газ. Все названные выше виды энергоресурсов относятся к первичным.

Вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР) называется энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологи­ческих агрегатах, который не используется в самом агрегате, но мо­жет быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов.

Вторичные энергетические ресурсы могут использоваться непосред­ственно без изменения вида энергоносителя для удовлетворения по­требности в топливе или теплоте либо с изменением энергоносителя путем выработки теплоты, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках.

В зависимости от агрегатного состояния топливо подразделяют на твердое, жидкое и газообразное. К твердым топливам относятся бурые и каменные угли, антрациты, торф, сланцы и дрова, а также продукты их переработки: кокс, полукокс, брикеты торфяные и уголь­ные, термоантрацит, древесный уголь; к жидким — нефть, газо­вый конденсат и продукты их переработки: бензин, керосин, дизель­ное топливо, мазут, смолы и т. п.

К газообразным - природ­ный, нефтепромысловый (попутный) и шахтный газы, а также сжижен­ный нефтезаводской, коксовый, генераторный, водя­ной, водород и газы процессов броже­ния.

Технологические характеристики топлива

Теплота сгорания (теплотворность) — это теплота ре­акции горения топлива, т. е. количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива (кДж/кг) или 1 м³ газообразного топлива (кДж/м³) и при охлаждении продук­тов горения до начальной температуры процесса. Различают низшую Q_н и высшую Q_B теплоту сгорания топлива. Низшей теплотой сгорания называется количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 кг во­дорода с образованием водяного пара. Высшей теплотой — количество теплоты, выделяющееся при сгорании I кг водорода с образованием во­ды.

Жаропроизводительность — максимальная тем­пература горения, развиваемая при полном сгорании топлива без из­бытка воздуха, в условиях, когда вся выделяющаяся при сгорании теп­лота полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгора­ния.

Жаропроизводительность положена в основу энергетической клас­сификации топлива. В зависимости от жаропроизводительности топ­ливо подразделяют на две группы: высокой ( ) и пони­женной ( ) жаропроизводительности. К первой группе относятся природный, нефтезаводской, нефтепромысловый, сжижен­ный, коксовый, водяной, полуводяной газы, каменный уголь, кокс, антрацит, полукокс и древесный уголь. Ко второй группе относятся дрова, торф, бурые угли, сланцы, доменный воздушный, смешанный генераторный газы и газ подземной газификации углей.

28. Использование вторичных энергетических ресурсов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: