Курсовая работа: Безотходная переработка отходов серной кислоты для получения удобрений
При поточном способе используется неупаренная экстракционная фосфорная кислота (из апатитового концентрата), разлагающая фосфориты. Преимуществом данного способа является отсутствие фазы дозревания удобрения в складских помещениях и таким образом исключение выделения в атмосферу фтористых соединений.
Также существуют фосфаты, полученные термическим путем. При их приготовлении природные фосфаты сплавливают с различными примесями: содой, смесью сульфатов с углем, кварцем, известняком и другими соединениями. При термической обработке фосфор природных фосфатов переходит в усвояемую растениями форму.
Преципитат– концентрированное фосфорное удобрение, в состав которого входит от 25 до 35% фосфорной кислоты. Преципитат представляет собой белый или светло-серый порошок, не слеживающийся, растворимый только в слабых кислотах. Удобрение можно использовать на всех видах почв. На подзолистых почвах он ни в чем не уступает суперфосфату.
Преципитат изготавливают путем осаждения фосфора фосфорной кислоты известковым молоком или мелом. Его производство делится на две стадии: получение фосфорнокислых растворов и осаждение фосфора в виде дикальцийфосфата веществами, содержащими известь.
Фосфоритная мука представляет собой мелкий землистый порошок, от светлого до темно-серого или бурого цвета, содержащий 19–25% фосфорной кислоты. Удобрение растворимо преимущественно в сильных кислотах, но благодаря тому, что оно обычно мелко размолото, иногда растворяется и в слабых кислотах.
Размельченная фосфоритная мука в кислой почве становится усвояемой для растений. Усвояемость зависит от нескольких факторов: степени размельчения фосфоритной муки, тщательности смешивания ее с почвой, от кислотности почвы, процессов, происходящих в ней, от свойств самого растения. Чем лучше фосфоритная мука смешана с почвой, тем эффективнее будет ее использование. Фосфоритная мука применяется на кислых подзолистых почвах, на серых лесных землях или деградированном и выщелоченном черноземе.
В случае необходимости известкования почвы следует предварительно заделать фосфоритную муку глубоко в почву, а затем уже вносить известь. Известкование рекомендуется проводить через год после внесения удобрения.
Усвояемость фосфоритной муки увеличивается, если ее смешать с кислыми азотистыми удобрениями, например сернокислым аммонием. Такой же эффект можно получить, если удобрение прокомпостировать с кислым торфом или навозом. Нельзя смешивать фосфоритную муку с известковыми удобрениями, цианамидом кальция и золой, так как растворимость фосфорной муки в этом случае снижается.
Фосфоритная мука несколько уменьшает кислотность почвы, но не заменяет полностью известь. Вносят ее в тех же дозах, что и суперфосфат, иногда немного больше. Преимущество фосфоритной муки перед суперфосфатом состоит в том, что она легче проникает в поч–ву. К тому же она обладает длительным действием и вносить ее можно один раз в несколько лет.
Фосфоритную муку в чистом виде заделывают в почву до посадки растений или в первые годы после посадки. Сначала ее равномерно распределяют по участку, затем его перекапывают, тщательно смешивая удобрение с почвой.
Томасшлак – отход от переработки руд, содержащих большое количество фосфора. Это негигроскопичное, щелочное удобрение. На сильнокислых почвах оно действует лучше, чем суперфосфат. При внесении в почву его необходимо хорошо смешивать с землей.
Томасшлак получают путем размола побочного продукта переработки на сталь и железо богатых фосфором чугунов щелочным способом. Фосфор в томасшлаке представлен в виде нескольких соединений, а именно, тетракальцийфосфата и силикокарнатина. В него входит также ряд силикофосфатов кальция и железа: томасит, стедит.
Мартеновский шлак(фосфатшлак)так же, как и томасшлак, является побочным продуктом переработки чугуна, но в отличие от него получается по мартеновскому методу, при котором при плавке чугуна добавляют большое количество плавикового шпата. В результате этого мартеновский шлак содержит фосфора меньше, чем томасшлак. В мартеновский шлак фосфор входит преимущественно в виде силикокарнатита. Это сильнощелочное удобрение.
Обесфторенный фосфат– фосфорное удобрение, в состав которого входит 21–24% или 30–32% (в зависимости от сырья, из которого он изготавливается) лимоннорастворимой фосфорной кислоты. Это негигро–скопичное удобрение, похожее по своему действию на суперфосфат.
Обесфторенный суперфосфат получают путем гидротермической обработки смеси фосфатного сырья с небольшим количеством кремнезема. Обесфторивается вещество при высокой температуре, доходящей до 1550° С. При этом образуется трикальцийфосфат в a–форме, которая сохраняется при быстром охлаждении и при обычных температурах.
Костяная мука (трехкальциевый фосфат, фосфоазотин) является продуктом переработки костей. По способам производства различают костяную муку, в состав которой входит около 15% фосфорной кислоты и 3–5% азота; обезжиренную (обесклеенную) костяную муку, содержащую 30–35% фосфора; пареную (из необработанной кости) с содержанием 20–25% фосфорной кислоты и 3–4% азота. Фосфорная кислота костяной муки не растворима в воде, растворяется она в слабых кислотах.
По своим свойствам костяная мука занимает промежуточное положение между суперфосфатом и фосфоритной мукой. Ее используют таким же образом, как и фосфоритную муку.
Вивианит– синяя болотная железная руда (минерал-фосфат закиси железа). Ее можно найти в некоторых болотах в виде примеси к фтору (торфовивианита). О наличии в болоте торфовивианита судят по характерным маслянистым пятнам и желтым налетам ржавчины. Изначально он представляет собой серую или грязно-белую массу, при соприкосновении с воздухом моментально приобретает синюю окраску, при высыхании становится серовато-голубой.
Торфовивианиты перед внесением в почву необходимо окислить на воздухе. В чистом вивианите содержится 28% фосфора. Но из-за смеси его с торфом количество фосфора в торфовивианите меньше – от 3 до 20%. По своим свойствам торфовивианит напоминает фосфоритную муку.
Глава 2 УДОБРЕНИЯ ИЗ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД
Регенерацию раствора для кислотной обработки ОСВ проводят путем селективного выделения из растворов в следующей последовательности: медь, гуматы и остальные тяжелые металлы.
Осадки сточных вод предварительно сушат до влажности 10-25% известным способом, например в сушилке конвективного типа, после чего подвергают размолу, например в барабанной мельнице (А.Г.Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973, с. 693). Размолотый до величины зерна 0,1-1,0 мм, осадок подвергают магнитной сепарации при напряженности магнитного поля не менее 1000 Э (80 кА/м). При этом происходит разделение ОСВ на две фракции: обогащенную магнитными материалами - окислами железа, хрома никеля, соединениями типа шпинель и немагнитную фракцию. Осадок сточных вод примерно на 20-30% обедняется по железу, хрому, меди, цинку, кальцию, магнию, т.е. теми компонентами, которые в процентном отношении составляют большую часть от общего содержания тяжелых металлов в ОСВ.
На дальнейшую обработку направляют немагнитную, обедненную ионами тяжелых металлов, фракцию осадка сточных вод. Соответственно этому на 25-30% снижается расход кислого обрабатывающего раствора на выщелачивание металлов из осадков сточных вод. Обработку ведут при 40-60o C кислым промывочным раствором, представляющим собой смесь 10% - раствора серной кислоты и отработанного раствора сернокислотного травления сталей состава, г/л:
серная кислота - 150-250, железо (III) - 30-80 при соотношении 4:1 и pH, равном 0,01-0,5. При этом происходит переход тяжелых металлов из осадка сточных вод в раствор по реакции:
Me(OH)2 +H2 SO4 ---> MeSO4 +2H2 O,
Me(OH)2 +3H2 SO4 ---> Me2 (SO4 )2 +6H2 O.
Наличие в растворе сульфата железа (III) не мешает переходу других, содержащихся в осадке катионов тяжелых металлов, в раствор и не оказывает отрицательного воздействия на сельскохозяйственные культуры при использовании осадков в качестве удобрений, т.к. железо является необходимым для растений элементом.
При необходимости раствор корректируют по величине свободной кислоты. Проведение процесса при температуре ниже 40o C не обеспечивает достаточной скорости процесса, а более 60o C приводит к увеличению испарения кислоты, что ухудшает условия труда и ведет к росту потерь кислоты.Для обеспечения высокой скорости выделения тяжелых металлов из осадков сточных вод, сокращения времени обработки и снижения расхода обрабатывающего раствора процесс проводят противотоком в несколько стадий. Кассеты с осадком после обработки на каждой стадии в течение 30-60 минут перемещают из одной емкости в другую, раствор же проходит через все стадии непрерывно в направлении от последней ступени каскада к первой. При этом на каждой последующей стадии обрабатываемый осадок обрабатывают все более чистым раствором, а на последней стадии свежеприготовленным раствором. Соотношение жидкой и твердой фаз на каждой стадии (8-10):1. На каждой стадии степень извлечения составляет 60-70%, что дает суммарную степень очистки 95-99%.
На первой стадии обработки ОСВ кислотность раствора не корректируют, за счет чего его pH повышается до значений 1,2 - 1,5. На последующих стадиях обрабатывающий раствор корректируют, поддерживая pH в пределах 0,01 - 0,25, например серной кислотой.
После прохождения всех стадий кислотной обработки осадки однократно промывают водой, т.к. они уносят примерно 0,5 л обрабатывающего раствора (ОР) на кг осадка. Промывку проводят из расчета 5 л воды на 1 кг ОСВ, после чего в промывную воду добавляют концентрированный отработанный травильный раствор и свежую серную кислоту и полученный раствор используют на последней стадии кислотной обработки.