Курсовая работа: Безотходная переработка отходов серной кислоты для получения удобрений
2NH4 OH+H2 SO4 ---> (NH4 )2 SO4 +2H2 O.
Продукт реакции - сульфат аммония является ценным минеральным удобрением и увеличивает питательную ценность ОСВ.
Нейтрализованные ОСВ сушат потоком воздуха при температуре 25 - 60o C, после чего они могут быть использованы в качестве удобрений.
Содержащиеся в ОСВ тяжелые металлы переходят в кислый промывочный раствор, где их содержание доходит до нескольких г/л. Это исключает их сброс в водоем без предварительной очистки. Извлечение металлов из отработанных кислых промывочных растворов проводят, например с использованием электрохимических методов, ионного обмена и т.п.
Последовательная обработка ОСВ в растворе кислоты и аммиачном растворе одновременно обеспечивает и обеззараживание от болезнетворных микроорганизмов. При этом общее микробное число (ОМЧ) в несколько раз меньше ПДК.
Согласно предлагаемому способу кислый промывочный раствор поступает на выщелачивание непрерывно и непрерывно из него выводится. Раствор с первой ступени обработки ОСВ с pH, равным 1,5, поступает в бездиафрагменный электролизер, где на катоде поддерживают потенциал + 0,05 В (нормального водородного электрода). В этих условиях на катоде происходит выделение меди с выходом по току ~80%:
Cu2+ +2e ---> Cu0 , а аноде выделяется кислород и нарабатывается кислота:
H2 O-2e ---> 1/2O2 +2H2 + .
Процесс ведут при интенсивном перемешивании, при этом происходит подкисление раствора до pH, равного 0,5 -1,0, и его возвращают на первую ступень обработки, создавая таким образом первый циркуляционный контур: 1 ступень обработки ОСВ - электролиз - емкость - насос - 1 ступень обработки ОСВ. Такая схема обработки позволяет, во-первых, компенсировать кислоту, поглощенную порами обрабатываемого ОСВ, а, во-вторых, повысить содержание ТМ в отрабатываемых растворах, что облегчает последующее выделение ТМ. Избыток раствора, образующийся в циркуляционном контуре за счет непрерывного поступления раствора с последующих стадий, сбрасывается в регенерационный каскад.
Регенерационный каскад представляет собой цепочку аппаратов, где производится регенерация кислоты за счет извлечения металлов, перешедших из ОСВ в раствор.
Первый аппарат представляет собой диафрагменный электролизер, в катодном пространстве которого протекает реакция
2H2 O+2e ---> H2 +2OH- и соответствующее подщелачивание католита, за счет чего при pH, равном 1,5-1,8, происходит выпадение в осадок гуматов тяжелых металлов.
Раствор после фильтрации для отделения осадка поступает на очистку от тяжелых металлов, которую можно осуществить известным способом, например ионным обменом.
Me2+ +2R-H ---> Me-R+2H+ .
При этом образуется раствор серной кислоты, который для повышения его концентрации направляют последовательно в анодные пространства электролизера для отделения гуматов. В анодных пространствах этих электролизеров наработка кислоты происходит за счет реакции выделения кислорода:
H2 O-2e ---> 1/2O2 +2H+ .
За счет образования ионов водорода и миграции ионов SO4 2- в анолитах происходит образование серной кислоты.
Из анолита первой ступени каскада (осаждение гуматов) выходит кислота, близкая по концентрации к исходной. Эту кислоту направляют на обработку осадка. Потери кислоты на образование сульфата аммония пополняют добавлением отработанного раствора сернокислотного травления сталей.
Гуматы тяжелых металлов отделяют от раствора фильтрацией и обрабатывают 5-7% раствором гидроксида аммония, при этом образуется раствор, содержащий гумат аммония, который используют для нейтрализации ОСВ.
Поскольку гумат аммония является стимулятором роста растений, то его введение увеличивает агротехническую ценность ОСВ.
Предлагаемый способ обработки ОСВ является экологически безопасным за счет того, что кислый промывочный раствор после выделения из него ионов тяжелых металлов не сливается в канализацию, а регенерируется и возвращается на обработку ОСВ (за исключением той части кислоты, которая пошла на нейтрализацию)
Глава 3 УДОБРЕНИЯ ИЗ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Процесс включает стадии: а) подачу первого исходного материала — отработанной серной кислоты; б) подачу второго исходного материала, состоящего в основном их хлорида калия; в) смешивание двух исходных материалов; г) нагревание при повышенной температуре (более 150 °С) с образованием мелкокристаллического порошка сульфата калия; д) смешивание кристаллического сульфата калия с гранулирующими агентами и небольшим количеством воды до получения мелких гранул; е) сортировку гранул по размеру.
Схема процесса приведена на рис. 1. Аппаратура состоит из большой вращающейся обжиговой печи 1, гранулятора 9 и ротационного холодильника 12. Подаваемые материалы — вода 2, отработанная серная кислота H2 S04 3, хлористый калий КС1 4
Процесс выделения алюминия и других металлов из зольной пыли:
1 — бойлерные топки; 2 — бункер для зольной пыли; 3 — грануляция; 4 — окислительное хлорирование; 5 — холодильник; 6 — хлорид железа, продукт; 7 — фракционная дистилляция; 8 — пар; — хранилище хлорида кремния: — бункер для сухого продукта; // — магнитное разделение; 12 — магнетит; 13 — сушка гранул; 14 — подача воздуха; 15 — подача топлива; 16 — хранилище пакетированных гранул; 17 — восстановительное хлорирование; 18 — кокс; 19 — кислород; 20 — генератор оксида углерода; 21 — серная кислота; 22 — выщелачивание остатка; 23 — разделение фаз; 24 — твердая фаза в отвал; 25 — перегонка под давлением; 26 — товарный продукт; 27 — связующий раствор; 28 — многоцелевой испаритель; 29 — подача хлора; 30 — возврат СО и COf ; si — возврат тетрахлорида кремния; 32 — подача воды; 33 — хранилище хлорида алюминия; 34 — камера для дожигания
Процесс для выделения алюминия из зольной пыли, содержащей железо, кремний и читан, включает следующие операции:
а) хлорирование золы в атмосфере кислорода и отгонка парообразного хлорида железа из образовавшейся смеси;
б) хлорирование остатка стадии а в восстановительной атмосфере (в присутствии оксида углерода) с добавкой хлорида кремния для подавления реакции хлорирования кремния и отгонкой парообразных хлоридов алюминия, кремния, титана и остаточного хлорида железа;
в) разделение и извлечение индивидуальных отогнанных хлоридов селективной конденсацией; обработка остатка стадии б серной кислотой с превращением хлорида кальция в гипс и регенерацией хлорирующего и связующего раствора для гранулирования подаваемой зольной пыли.
Этот процесс схематически показан на рис. 3. Зольная пыль вместе с продукции сгорания из бойлеров, обогреваемых углем, собирается в бункере.