Основные принципы создания малоотходных экологически безопасных производств при переработке отходов (на примере производства экстракционной фосфорной кислоты)

Цель дисциплины – изучение разработки химико-технологических процессов переработки отходов. Основные понятия: ХТП – совокупность физических и химических операций, в результате которых либо утилизируют отходы, либо обезвреживают. ХТП – сложная система, взаимодействующая с ОС. При разработке ХТП необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

1. Системность. Необходимо увязать (согласовать) разработку ХТП с экологическими вопросами защиты ОС (уровень антропогенной нагрузки, экономический ущерб и т. д.), а также связать с социальными вопросами (влияние на качество жизни, здоровье и т. д.).

2. Комплексная переработка отходов с получением индивидуальных товарных продуктов с последующей их реализацией.

3. Рациональное использование энергии (тепло химических реакций, фазовых превращений; физическое тепло, аккумулированное в отходе; тепло отходящих газов, жидкостей и твердых потоков).

4. Принцип цикличности – создание замкнутых систем водопользования, замкнутых систем газо- и воздухооборота.

Структурная схема промышленного производства. а) Основные стадии переработки отходов. б) Схема переработки отходов.Производство жид. отходы тв. отходы газообр. отходы кондиционир. кондиционир. кондиционир. утилизация обезвреж. утилизация обезвреж. обезвреж. утилизация а) б) Про-во П Потребление Опот р Опр ВЭР ВМР кондиционирование НО Обезвреживание или захоронение ВС Р Р Р ИР Инд. ТП Конечная переработкаПояснения к схеме (на рис 1.1) Кондиционирование – подготовка отхода к дальнейшей переработке (другими словами, это выделение, разделение отходов). Например, селективный разбор аккумуляторов, выделение аммиака абсорбцией скруббером и т. д. Недостаток мусоросжигательных заводов – в отсутствии стадии кондиционирования, что приводит к повышенному содержанию влаги, увеличению количества золы и, как следствие, уменьшению эффективности технологического процесса. Кондиционирование может производиться вручную или механически. Обезвреживание – необратимый процесс перевода токсичных веществ в нетоксичные, их разложение до элементарных составляющих (Н2О, СО2 и т. д.). Например, дезинфекция воды – это уничтожение патогенных микроорганизмов. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции путём введения в воду газообразного хлора. Возможно обеззараживание вод озоном, для чего используются бактерицидные ультрафиолетовые лампы. Другие примеры: сжигание красок, создание полигонов отходов и т.д. Территорию полигона необходимо специально отгораживать от почв, подземных вод, постоянно проводить мониторинг. Полигоны регистрируются и оплачиваются. Утилизация – переработка отходов с целью возврата в голову процесса вторичного сырья. Например, переработка отходов пластика, алюминиевых банок (30 % выплавляемого металла в Англии за счет сбора банок) и т.д. Условные обозначения: ИР – исходные реагенты, их подготовка (очистка воздуха, воды, очистка природного газа от сернистых соединений). Про – во – производство – получение продукта с заданными качеством, параметром, свойствами. Отрасли: химическая, энергетическая, угольная, металлургическая, машиностроительная, нефтехимическая и т.д. Свойства продукта отображаются в ГОСТах, ТУ и др. На стадии потребления теряются такие свойства продукта, как: срок годности (физический износ),· контрафактный продукт,· моральный износ.· На стадии производство и потребление образуются отходы:Опр – отходы производства – остатки материала, полуфабрикатов, утративших полностью или частично свои потребительские свойства (пример: переработка аккумуляторов). Опотр – изделия, материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического, морального износов или контрафактная продукция. Пример: гальванические, трёхвалентные элементы добавляют в цемент. ВМР – вторичный материальный ресурс – как потенциал для повторного использования. ВЭР – вторичный энергоресурс (тепло химических реакций, фазовых превращений; физическое тепло, аккумулированное в отходе; тепло отходящих газов, жидкостей и твердых потоков). ВС – вторичное сырье – часть ВМР, которые могут быть повторно использованы; часть ВМР после кондиционирования. НО – неутилизируемые отходы. Инд. ТП – индивидуальный товарный продукт. Р – рассеивание – неучтенная часть отходов, оказывающая антропогенное воздействие на окружающую среду.

Пример 1.1. Переработка фосфогипса. ФГ – тв. отход производства экстракционной фосфорной кислоты. В основе получения H3PO4 лежит реакция разложения. Химическая схема: Са5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H2O → 3H3PO4 + 5CaSO4∙2H2O + HF (1.1) Реакцию 1.1 осуществляют в экстракторах. Процесс носит название: «Сернокислотное разложение апатита». Апатит – минерал Ca5F(PO4)3 (месторождение – Кольский п-ов, Карелия, г. Апатиты) Активная часть: CaO ~45% P2O5 ~до 42% Примеси: фтор (очень коррозионный компонент, поэтому приходится включать добавки) + редкоземельные Ме (рутений, европий – полупроводники) до 7%. В результате сернокислотного разложения получают реакционную смесь: жидкость – H3PO4· газообразное ве - во–HF, SiF4· фосфогипс – тв. ве - во – CaSO4·2H2O (двугидрат сульфата кальция)· Реакционную смесь подвергают разделению: карусельные вакуумфильтры (прочны, лёкгий монтаж, надёжная· конструкция): ЭФК и ФГ жидкостная абсорбция: HF + H2Oпар· В Московской области есть завод по производству ЭФК в г. Воскресенске – АО «Воскресенские минудобрения». По объему промышленного пр-ва в ассортиментной линейке занимает 3 место после серной и азотной кислот.