Учебно-методический комплекс дисциплины «Химический синтез» для специальности 5В0011200 — «Химия» (стр. 3 )

Применяют также более сложные гидравлические классификаторы, в которых поток воды движется зигзагообразно по серии каналов, образуя восходящие и нисходящие струи, что дает возможность регулировать скорость осаждения частиц.

Для гидравлического обогащения, основанного на различии плотности минералов, входящих в состав руды, применяют так называемые отсадочные машины.

Отсадочная машина представляет собой ящик с решетчатым дном, в котором материал подвергается многократному воздействию восходящих и нисходящих струй воды, причем зерна материала различной плотности падают с разной скоростью, образуя слои частиц, обладающих соответствующей плотностью. Таким образом обогащают, например, руды, содержащие сернистые металлы (сернистый свинец, сернистое железо, сернистый цинк), отделяя их от кварца.

Воздушное обогащение основано на различных скоростях падения твердых частиц в воздушном потоке в зависимости от их размеров и плотности. Этот способ применяют для обогащения сырья, состоящего из частиц размером не более 1,5 мм. Аппараты, в которых производится воздушное обогащение, называются сепараторами. Различают воздушные и центробежные сепараторы.

Воздушный сепаратор представляет собой аппарат, в котором, отделение легких частиц от более тяжелых производится при помощи струи воздуха.

В центробежных сепараторах частицы сырья попадают на диск, вращающийся в горизонтальной плоскости с большой скоростью.

Магнитное или электромагнитное обогащение основано на различии магнитной проницаемости минералов, входящих в состав сырья. Размолотую руду пропускают через магнитное поле, создаваемое магнитами или, чаще, электромагнитами. Частицы более намагничивающегося минерала, например, магнитного железняка, отделяемого при обогащении песков, проходя через магнитное поле, отклоняются в большей или меньшей степени от своего первоначального пути. Аппараты, применяемые для такого обогащения, называют соответственно магнитными илиэлектромагнитными сепараторами. Различают сухое и мокрое магнитное обогащение.

Обогащение в тяжелых жидкостях и суспензиях. Этот метод применяется в основном в лабораторной практике. Основан на разделении минералов, имеющих различную плотность, в жидкостях, обладающих промежуточной плотностью. Минералы с меньшей плотностью, чем жидкость, всплывают, более тяжелые минералы оседают на дно. Применяемые для разделения тяжелые жидкости не должны вступать в химическое взаимодействие с минералами и обладать высокой вязкостью.

В промышленной практике получил распространение метод обогащения полезных ископаемых в тяжелых суспензиях. Средой для разделения минералов с различной плотностью в этом случае служит взвесь твердых минералов (утяжелителей) в воде, обладающая повышенной плотностью, определенной вязкостью, текучестью и упругими свойствами. В качестве утяжелителей применяют кварцевый песок и магнетит (для обогащения легких материалов) или ферросилиций (для обогащения тяжелых материалов).

Флотационное обогащение основано на различной смачиваемости частиц разных минералов водой и способности несмачиваемых или плохо смачиваемых частиц всплывать в виде пены вместе с пузырьками специально подаваемого воздуха.

Обычно при обогащении руд методом флотации в смесь воды и измельченных минералов вводят небольшие количества так называемых флотационных реагентов (пенообразователи, коллекторы и др.). Пенообразователи уменьшают поверхностное натяжение воды и тем самым способствуют образованию пены. Коллекторы образуют на поверхности частиц минералов тончайшую гидрофобную (несмачиваемую водой) пленку, что способствует лучшему прилипанию частиц к пузырькам воздуха.

Схема процесса флотационного обогащения состоит в следующем. Исходную руду подвергают последовательно дроблению и тонкому измельчению. Измельченную руду смешивают с водой и флотационными реагентами, полученную пульпу обрабатывают воздухом в специальных флотационных машинах. В результате такой обработки в пульпе образуется большое количество воздушных пузырьков, которые увлекают флотируемые минералы вверх и вместе с ними образуют пену, выходящую из машины. Нефлотируемые минералы оседают на дно и удаляются из машины в виде шлама.

Чаще всего полезные минералы находятся в пене, в этих случаях пену направляют в специальные отстойники, где из нее оседают извлеченные минералы. Отфильтрованный и высушенный осадок представляет собой готовый концентрат. Если полезные минералы находятся в шламе, его подвергают отстаиванию, фильтрации и сушке.

В зависимости от особенностей перерабатываемых руд и целей обогащения на практике применяются разнообразные схемы этого процесса, обычно сочетающие несколько способов обогащения в различных комбинациях.

Вода в химической промышленности.

В химической промышленности воду применяют для самых разнообразных целей: охлаждения и нагревания реагентов, в качестве растворителя, для промывки продуктов с целью отделения растворимых в воде примесей и т. д.

Природные воды обычно содержат примеси различных минеральных и органических веществ и растворенные газы.

Различают механические примеси, взвешенные в воде, и химические примеси — растворенные в воде соли и газы.

Химические примеси состоят главным образом из бикарбонатов кальция и магния, хлоридов и сульфатов натрия, калия, кальция, магния, железа и алюминия, некоторых силикатов.

Из газообразных веществ обычно растворены в воде азот, кислород и двуокись углерода.

При оценке качества воды чаще всего предъявляют требования в отношении ее жесткости. Под жесткостью понимают содержание растворенных в воде солей кальция и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах ионов кальция или магния.

Различают временную, постоянную и общую жесткость.

Временная (карбонатная) или устранимая, жесткость характеризуется содержанием бикарбонатов кальция Са(НСО3)2 и магния Мg(НСО3)2, которые при кипячении воды превращаются в карбонаты и выпадают в виде накипи.

Постоянная (некарбонатная) жесткость воды зависит от содержания в ней сульфатов, хлоридов и других солей кальция и магния, при ки­пячении остающихся в растворе. Общей жесткостью называют суммарную величину временной и постоянной жесткости.

Кислотность и щелочность воды характеризуется концентрацией водородных ионов, которую принято выражать через водородный показатель рН. рН воды обычно 6,8-7,3, то есть близок к нейтральному.

Различают следующие виды природных вод: атмосферную, грунтовую, поверхностную и морскую.

Атмосферная вода (дождевая, снег, град) — наиболее чистая.

Грунтовая вода (из колодцев, подземных ключей, артезианских скважин) содержит различные органические примеси (растворимые вещества растительного и животного происхождения) и неорганические примеси (бикарбонаты, хлориды и сульфаты натрия, калия, магния, кальция и др.)

Поверхностная вода (ручьи, реки, озера) также отличается большим разнообразием химического состава; обычно она содержит растворенных солей меньше, чем подземная, зато загрязнена механическими примесями, особенно во время весенних и осенних паводков.

Морская вода содержит много солей, особенно хлоридов.

Перед применением воды ее необходимо подготовить, то есть освободить от солей жесткости, механических примесей и колоний бактерий. Данный процесс называется водоподготовкой и состоит из следующих основных мероприятий:

1) осветление и обесцвечивание путем отстаивания и фильтрования;

2) обеззараживание — уничтожение микроорганизмов действием химических реагентов и физическими методами;

3) умягчение и обессоливание воды химическими методами, с применением ионообменных фильтров и физическими методами;

4) дегазация — удаление газов (двуокиси углерода, сероводорода и др.).

Осветление и обесцвечивание воды

Для осветления и обесцвечивания воды чаще всего употребляют различные коагулянты: сульфат алюминия, сульфат и хлорид железа и др. Добавляемые к воде коагулянты гидролизуются, образуя соответствующие гидроокиси (алюминия, железа) в виде хлопьевидных частиц, обладающих развитой активной поверхностью. Эти частиды адсорбируют содержащиеся в воде коллоидные примеси и увлекают их, в осадок.

Гидроокись алюминия образуется также при взаимодействии сульфата алюминия с присутствующими в воде бикарбонатами кальция и магния:

А12(SO4)3 + 3Са(НСО3)2 = 3СаSО4 + 2А1(ОН)3 + 6СО2

Для ускорения образования крупных хлопьев и разрушения коллоидных структур применяются флокулянты — коллоидная кремнекислота, высокомолекулярные органические вещества (крахмал, полиакриламид, поливиниловый спирт и др.).

Обеззараживание воды

Для полной дезинфекции профильтрованную воду чаще всего хлорируют или озонируют. Иногда обеззараживание воды производится действием ионов серебра, ультрафиолетовыми лучами, ультразвуковыми волнами, кипячением (термический способ).

Хлорирование. Раньше для хлорирования воды применяли почти исключительно хлорную (белильную) известь, теперь широко применяют гипохлорит, хлорамин и жидкий хлор. При введении в воду гипохлорита кальция протекает следующая реакция:

Са(ОС1)2 + СО2 + Н2О = СаСО3 + 2НОС1

Образующийся карбонат кальция выпадает в осадок, а хлорноватистая кислота отщепляет кислород, окисляющий органические примеси и убивающий микроорганизмы.

Озонирование. Обработка воды озоном применяется для обеззараживания, обесцвечивания и устранения привкусов и запахов.

Выделяющийся при разложении озона атомарный кислород

О3 О + О2

являясь сильным окислителем, убивает микроорганизмы.

Для устранения привкусов и запахов воды применяют также аэрирование — продувку воздухом. При этом из воды удаляются железо и марганец, присутствующие в ней в виде двухвалентных ионов.

Умягчение и обессоливание воды

Полное или частичное удаление солей кальция и магния называют водоумягчением, а удаление или понижение концентрации всех солей — обессоливанием или опреснением воды.

Химические способы умягчения воды основаны на том, что под действием различных реактивов содержащиеся в воде бикарбонаты и сульфаты превращаются в труднорастворимые соли, выпадающие в осадок (шлам). В качестве реактивов применяют известь, кальцинированную соду, едкий натр, тринатрийфосфат и др.