Подготовка химического сырья к переработке

Классификация химического сырья

Твердое

По агрегатному Жидкое

состоянию Газообразное

По химическому Неорганическое

состоянию Органическое

ХИМИЧЕС-

КОЕ СЫРЬЁ По видам запасов Возобновляемое

Невозобновляемое

рудное

Минеральное нерудное

По происхождению Растительное и животное горючее

Вода

Воздух

Минеральное сырье — добываемые из земных недр полезные иско­паемые для дальнейшей переработки в промышленности в требуемые продукты. Они залегают в литосфере на глубине до 10 км и представля­ют собой различные минеральные ассоциации в виде осадочных, из­верженных и метаморфических горных пород. Многие элементы вхо­дят в химический состав литосферы, но лишь восемь из них слагают ос­новную массу (% мас):

О Si Al Fe Ca Na К Mg

47 28 9 5 4 3 3 2

Остальных элементов содержится менее 1%.

Минеральное сырье принято делить на три вида: рудные, нерудные и горючие ископаемые.

Рудное минеральное сырье представляет собой горные породы и ми­нералы, содержащие извлекаемые металлы. В ходе переработки мно­гих видов рудного сырья наряду с металлами производят также хими­ческие продукты. Классический пример - получение серной кислоты при производстве меди, цинка, никеля из серосодержащих руд.

Нерудное минеральное сырье — не содержащие металлы горные поро­ды, или содержащие в количествах, не пригодных для получения этих металлов заводским путем. Из этого вида сырья производят использу­емые в производстве химические, строительные и другие материалы. Галит (поваренная соль NaCI) — нерудное сырье в производстве каус­тической соды NaOH и хлора; серный колчедан (пирит FeS₂) и сера -в производстве серной кислоты; апатит и фосфорит (группа фосфорсо­держащих минералов, например, Ca₅(PO₄)-,F) - в производстве фос­форной кислоты.

Горючее минеральное сырье содержит в своем составе углерод, поэто­му его также называют углеродсодержащим. К этому виду сырья отно­сят угли, нефть, горючие сланцы, природный газ. Они способны сго­рать в кислородсодержащей среде и потому служат источниками теп­ловой энергии. Из-за этого их также называют топливным сырьем. Го­рючее минеральное сырье - основа для очень широкой гаммы продук­тов химических производств. Нефть — смесь предельных и непредель­ных, алициклических и ароматических и др. углеводородов — является сырьевой базой для группы химических производств, вырабатываю­щих бензин, мазут, моторное и дизельное топливо, обобщенно назы­ваемых нефтепереработкой. Природный газ используется как сырье в производстве удобрений, пластических масс и других продуктов химической промышленности. Уголь, природный газ, сланцы перерабаты­вают в разнообразные промежуточные продукты для процессов орга­нического синтеза и других химических производств. Значительный интерес в последнее время вызван к углю как сырью, альтернативному нефти, разработаны методы его превращения в жидкие углеводороды (их смесь иногда называют «искусственная нефть»), моторное топливо.

Воздух и вода. Не только литосфера является сырьевой базой хи­мической промышленности. Условно принимают, что земная кора включает атмосферу до высоты 15 км, гидросферу и литосферу, поэто­му воздух атмосферы и вода гидросферы также являются сырьем хи­мической промышленности. Компоненты воздуха — азот (его содер­жание около 79%) и кислород (около 21%) — используют для произ­водства аммиака, а также во многих окислительных процессах. Вода не только непосредственно является реагентом во многих химических процессах, но и служит источником получения водорода и кислорода. Из высококонцентрированных соляных растворов (рапы) морских за­ливов (лагун) получают йод и бром. Также воду применяют как вспо­могательный материал для приготовления растворов твердых, жидких и газообразных веществ, в качестве абсорбента при очистке газов.

Растительное и животное сырье имеет происхождение, соот­ветствующее их названию. Растительное включает древесину, карто­фель, подсолнечник, сахарную свеклу, хлопок, лен, коноплю, отходы первичной обработки сельскохозяйственной продукции (подсолнеч­ная, хлопковая лузга). Животное представляет собой шерсть, кожу, жиры. Растительное сырье претерпевает следующие превращения: пе­реработка его высокомолекулярных компонентов в неизменном или модифицированном виде (производство пластмасс, волокон); пиро­лиз с получением газообразных и жидких продуктов (оксид углерода, водород, масляные фракции); каталитическое, в частности, фермента­тивное, расщепление полимерных компонентов с образованием орга­нических продуктов (этанол, фурфурол, фенолы, кормовой белок и др.). Растительное и животное сырье перерабатывают в продукты пи­тания (пищевое сырье), в бытовые и технические продукты.

Невозобновляемое сырье не восстанавливается совсем или вос­станавливается значительно медленнее, чем расходуется. К нему отно­сится минеральное сырье, использование которого неизбежно приво­дит к его исчерпыванию. Уже сейчас очевидно истощение ресурсов природной нефти в ближайшие десятилетия при ее добыче современ­ными темпами. Практически исчерпаны природные запасы селитры как источника связанного азота, с начала столетия его получают из свободного азота воздуха в виде аммиака.

Возобновляемое сырье включает в себя и растительное и животное, некоторые виды минерального сырья (например, соли, осаждающиеся в озерах и морских лагунах). Растениями земного шара методом фо­тосинтеза ежегодно связывается 2-10¹¹ т углерода, идущего на воспро­изводство растительного и животного сырья. Восстановление возоб­новляемого сырья идет с разной скоростью, однако его темпы должны соответствовать темпам его расхода. Иначе оно станет невозобновляемым.

Полупродукты — вещества и материалы, являющиеся продуктом в одном производстве и исходным в другом.

Например, продукт производства аммиак может выступать в каче­стве продукта потребления — удобрения, непосредственно вносимого в почву, так и полупродукта — сырья для производства азотной кислоты. В свою очередь, азотная кислота может быть продуктом потребления, например, в текстильной промышленности, и полупродуктом — сырь­ем в производстве селитры.

Возможные пути ис­пользования аммиака, полученного из природного сырья.

ОСНОВНЫМИ НАПРАВЛЕНИЯМИ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СЫРЬЯ ЯЛЯЮТСЯ:

· применение более дешевого сырья (местного, с минимальными затратами на добычу);

·

· использование вторичных материальных ресурсов (отходов производства и потребления, побочных продуктов других производств);

· использование менее концентрированного сырья {бедных руд);

· комплексная переработка сырья, то есть метод, при котором в максимальной степени извлекаются и используются все ценные компоненты, содержащиеся в сырье.

• Целью подготовки сырья является придание ему состава и свойств, обеспечивающих оптимальное протекание химико-технологического процесса его переработки.

Классификацией называется процесс разделения однород­ных сыпучих материалов на фракции (классы) по размерам составляющих их частиц

Измельчением называется механический процесс деления твердого тела на части за счет приложения внешних сил. Мерой измельчения сил при измельчении твердого является степень измельчения, определяемая как:

i = Dн / Dк

Где Dн и Dк – средний размер частиц

• Сушкой называют процесс удаления влаги или другой жид­кости из твердых материалов путем ее испарения и отвода образующегося пара
• Обогащением называется процесс отделения полезной части сырья (полезного компонента) от пустой породы (балласта) с целью повышения концентрации полезного компонента. В результате обогащения сырье разделяется на концентрат полезного компонента и хвосты с преобладанием в них пустой породы, Выход концентрата

ŋ = mk/ m c

Где mkи m c- массы концентрата и сырья

Степень извлечения полезного компонента,

X = m kk/ m kc

§Где m kkи m kc– массы полезного компонента

в концентрате и сырье

• Степень извлечения полезного компонента

Xи= m kk/ m kc

где m kkи m kc– массы полезного компонента в концентрате и сырье

Степень обогащения сырья

Хо = n kk/ n kc

§

§Где n kk и n kc– отношение массовой доли полезного компонента в концентрате и сырье

Методы обогащения сырья

• Гравитационный метод — разделение, основанное на разной скорости выпадения частиц разной плотности и крупности в потоке жидкости или газа или на действии центробежной силы
• Электромагнитный метод — разделение по магнитной проницаемости
• Электростатический метод — разделение по электрической проводимости (отделение проводящих руд от диэлектрических пород,
• Флотационный метод— 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.