Химическая наука и производство (стр. 2 из 3)
В химическом производстве на различных стадиях переработки можно выделить следующие материальные объекты: исходное вещество или собственно сырье, промежуточные продукты (полупродукты), побочные продукты и отходы.
Полупродуктом называется сырье, подвергшееся обработке на одной или нескольких стадиях производства, но не потребленное в качестве готового целевого продукта. Он может быть использован на последующих стадиях производства. Например,
каменный уголь е коксовый газ^ водорода аммиак.
Побочным продуктом называется вещество, образовавшееся в процессе переработки сырья, наряду с целевым продуктом, но не являющееся целью данного процесса. Например, аммиачная селитра, мел в производстве нитроаммофоски.
Отходами производства называются остатки сырья, материалов, полупродуктов, образующихся в производстве и полностью или частично утратившие свои качества. Например, фосфогипс в производстве суперфосфата.
Полупродукты, побочные продукты и отходы после предварительной обработки или без нее могут быть использованы в качестве сырья в других процессах.
Все химическое сырье классифицируется по различным признакам: по происхождению, химическому составу, запасам и агрегатному состоянию.
Химическое сырье принято делить на:
— первичное (извлекаемое из природного источника;
— вторичное (промежуточные и побочные продукты);
— природное;
— искусственное (полученное в результате переработки природного сырья).
Ценность сырья зависит от уровня развития техники. Например, хлористый калий в 19 веке был используемым отходом при извлечении хлористого натрия из сильвинита. В н.в. хлористый калий - исходное сырье в минеральных удобрениях. К веществам, используемым в качестве химического сырья, предъявляется ряд общих требований. Сырье для химического производства должно обеспечить:
— мало стадийность производственного процесса;
—агрегатное состояние системы, требующее минимальных затрат энергии для создания оптимальных условий протекания процесса;
— минимальное рассеяние подводимой энергии;
— возможно более низкие параметры процесса;
— максимальное содержание целевого продукта в реакционной смеси.
Ресурсы и рациональное использование сырья
В себестоимости химической продукции доля сырья достигает 70%. Поэтому весьма актуальна проблема ресурсов и рационального использования сырья при его переработке и добыче. В химической промышленности в качестве сырья используются соединения более 80 элементов. Эти элементы, входящие в состав земной коры, которая является основным источником химического сырья, распределены в ней неравномерно по природе, концентрациям и географическому расположению. 9 элементов составляют более 98% массы земной коры: О2- 49.13%, БЮ2 -26%, А1 -7.45%, Бе - 4.2%, Са - 3.25%, № -2.4%, М§-2.35%,К -2.35%,Н2 -1% , остальные - 1.87%. Такой важный для жизни элемент, как углерод составляет 0.35%. 76 элементов, включая широко применяемые свинец, ртуть, мышьяк -0.06%.. По степени изученности и пригодности запасы сырья делятся на три категории: А - запасы, детально разведанные, подготовленные к разработке, В - запасы, установленные в результате геолога - разведочных работ, С - запасы, определенные по результатам геофизической разведки.
Возможность использования сырья определяется его ценностью, доступностью и концентрацией полезного компонента. Доступность сырья для его добычи определяется географическим расположением запасов, глубиной залегания, разработанностью промышленных методов извлечения.
Существенное влияние на возможность использования сырья оказывает концентрация полезного элемента. Например, титан рассеян в земной коре, отнесен к редким элементам, хотя его содержание в коре 0.61%, в два раза больше углерода. В отличие от титана углерод сконцентрирован в доступных растительных, животных материалах, особенно в мощных залежах топлива и карбонатов. Не меньшее значение имеет химическая прочность соединений, в которые входят необходимые элементы. Например, алюминий связан в виде прочных химических соединений- алюмосиликатов, из которых алюминий трудно извлечь. Поэтому его производство началось лишь в конце 19 века.
В н.в. на долю РФ приходится 45% мировых запасов газа и 23% ископаемых углей. В РФ и странах СНГ сосредоточено 60% торфа, 60% калийных солей ,33% фосфора от мировых запасов. Высокая доля сырья в с/с химической продукции, быстрое истощение запасов сырья, удорожание процессов добычи его (мировая добыча минерального сырья в 20 веке выросла в 3.4 раза, с/с добычи нефти выросла в 2 раза, природного газа в 2.5 раза) выдвинули две задачи:
— разработку объективной оценки скорости исчерпания запасов химического сырья,
— рациональное использование химического сырья.
— .
Подготовка химического сырья к переработке
Сырье, предназначенное для переработки в готовую продукцию, должно удовлетворять определенным требованиям. Это достигается комплексом операций, составляющих процесс подготовки сырья к переработке.
Целью подготовки сырья является процесс придания ему состава и свойств, обеспечивающих оптимальное протекание химико-технологического процесса его переработки. В комплекс операций по подготовке сырья входят: классификация, измельчение (или укрупнение), обезвоживание, обогащение.
В местах добычи сырья строят крупные обогатительные фабрики, комплексно применяющие различные методы подготовки сырья Методы обогащения различны для твердых материалов, жидкостей и газов
Минералами называются физически обособленные вещества или смеси веществ в природе. В природе насчитывается более 2500 минералов, включающие органические и неорганические вещества. Одни и те же вещества могут быть в составе разлиичных минералов.
Перед обогащением горная порода измельчается.
Измельчением называется механический процесс деления твердого тела на части за счет приложения внешних сил. Измельчение производят методами удара (1), раздавливания (2) и истирания (3). Измельчение до частиц 10-3 называется дроблением и осуществляется в дробилках.
В отдельных случаях проводят укрупнение материала методами брикетирования или агломерации.
Далее проводят классификацию или рассеивание материала.
Классификацией называется процесс разделения однородных сыпучих материалов на фракции (классы) по размерам составляющих их частиц. Рассеивание осуществляется методом грохочения на металлических ситах, называемых грохотами.
Можно пропустить материал через несколько грохотов со все уменьшающимися отверстиями и получить несколько фракций. Рассеивание применяется и для сортировки по крупности зерен более или менее однородного состава, так делят уголь. Применяют плоские и цилиндрические грохоты. Классификацию можно осуществить помимо грохочения разделением смеси частиц по скорости их осаждения в жидкой фазе (гидравлическая классификация), разделением смеси частиц по скорости их осаждения в воздухе с помощью сепараторов (воздушная классификация).
Обезвоживание материала достигается методами стекания, отстаивания (жидкая система) и
сушки.
Обогащением называется процесс отделения полезной части сырья от пустой породы с целью повышения концентрации полезного компонента. В результате обогащения сырье разделяется на концентрат полезного компонента и хвосты с преобладанием в них пустой породы.
Количественными показателями процесса обогащения являются:
— Выход концентрата - отношение массы полученного концентрата тк к массе обогащаемого сырья тс
Пк =тк/тс
Степень извлечения полезного компонента - представляющая отношение массы полезного компонента в концентрате ткк к его массе в обогащаемом сырье.
Х и = ткк/ткс
— Степень обогащения сырья - отношение массовой доли полезного компонента в концентрате к массовой доле его в обогащаемом сырье.
Х0= Ц /Ц кс
Выбор метода обогащения зависит от агрегатного состояния и различия свойств компонентов сырья.
При обогащении твердого сырья используются механические, химические и физико-химические методы.
К механическим методам обогащения относятся:
— гравитационные, основанные на различной скорости оседания частиц различной плотности и размеров в потоке газа или жидкости, или в поле центробежной силы;
— электромагнитные, основанные на различной магнитной проницаемости компонентов сырья;
—электростатические, основанные на различной электрической проводимости компонентов сырья.
Гравитационные способы широко применяются для обогащения сырья в производстве силикатных материалов, минеральных солей и в металлургии. Существует много типов машин мокрого гравитационного обогащения, основанного на оседании частиц в потоке: гидравлические классификаторы, гравиемойки, концентрационные столы, отсадочные машины и т.п. Очень эффективно применение центробежных гидравлических классификаторов. Примером такого классификатора может служить гидроциклон.
Электромагнитное обогащение происходит в магнитных сепараторах. Применяется для отделения магнитного железняка, хромистого железняка от пустой породы.
Электростатические сепараторы применяются для отделения электропроводных руд от диэлектрических пород: известняка, гипса и др.
Химические способы обогащения основаны на применении реагентов, которые избирательно растворяют одно из веществ, составляющих смесь, или образуют с одним из веществ соединения, легко отделяемые от других при плавлении, испарении, осаждении раствора. Пример, обжиг минералов для разложения карбонатов, удаление кристаллизационной влаги, выжигание органических примесей.