Ресурсосберегающие технологии использования кальцийсодержащих техногенных новообразований

Введение 3
1. Исследование процесса превращения фторсодержащего сырья в сульфаткальциевый продукт 5
1.1. Моделирование процессов получения фторсульфоновой кислоты и исследование ее свойств.
5
1.2. Определение влияния температуры на процесс взаимодействия фторсульфоновой кислоты с фторидом кальция. 9
1.3. Влияние температуры на термическую устойчивость фторсульфоната кальция.
13
1.4.Определение взаимодействия фторсульфоната кальция с влагой воздуха. 17
1.5. Термодинамика процесса термического разложения фторсульфоната кальция. 18
1.6. Газофазный способ получения фтористого водорода и ангидрита из плавикового шпата. 20
1.7. Дегазация фторангидрита 21
1.8. Комплексный способ разложения фторапатита. 22
2. Ресурсосберегающая технология получения кальцитоангидрита из серосодержащих отходящих газов медных заводов. 25
2.1. Исследования по обработке известняка серной кислотой при различной температуре в аппарате типа «лодочка» и в вертикальном лопастном растворосмесителе. 26
2.2. Определение оптимальной дисперсности известняка при постоянной температуре взаимодействия серной кислоты и известняка.
26
2.3. Исследование процесса взаимодействия серной кислоты с известняком в виброреакторе. 30
2.3.1. Методика проведения опытов получения кальцитоангидрита в виброреакторе.
30
2.3.2. Материальный и тепловой баланс процесса получения кальцитоангидрита.
36
2.4. Определение состава ангидритовых закладочных смесей. 43
2.4.1 Методика проведения испытаний ангидрито-цементных смесей·и определение состава ангидритовых закладочных смесей.
43
2.4.2 Методика определения прочностных характеристик кальцитоангидритовых композитов. 46
2.5. Технико-экономический расчет предполагаемой технологии переработки серной кислоты, получаемой из отходящих газов обжига сульфидного сырья ОАО ГМК «Норильский никель». 47
3. Ресурсосберегающая технология получения кальцитоангидрита из серосодержащих отходящих газов угольных котельных.
51
4. Ресурсосберегающая технология измельчения минерального сырья на примере фторангидрита. 52
5. Ресурсосберегающая технология получения бурового раствора на основе фторангидрита. 65
5.1. Охлаждение и смазка долот и бурильных труб 65
5.2. Очистка забоя скважины 65
5.3.Вынос выбуренной породы из скважины 65
5.4. Формирование на стенках скважины малопроницаемой фильтрационной корки 66
5.5.Предупреждение нефте-, газо- и водопроявлений 66
5.6. Предупреждение обвалов 66
5.7.Качество вскрытия продуктивных пластов 66
5.8. Сокращение затрат на крепление 67
5.9. Получение информации 67
5.10. Коррозионная агрессивность 67
5.11.Типы буровых растворов. 68
5.12. Характеристика бентонитовой глины 68
5.13. Требования технологического регламента к бентонитовым буровым растворам 69
5.14. Свойства ксантановой камеди (Е415) 71
5.15. Определение влияния содержания ксанатновой камеди на плотность, вязкость и условную вязкость фторангидритового бурового раствора. 72
5.16. Влияние содержания сахара на плотность, вязкость и условную вязкость ангидритового бурового раствора 73
5.17. Влияние содержания фторангидрита крупностью 40 микрон на плотность бурового раствора. 75
5.18. Влияние содержания фторангидрита крупностью 40 микрон на вязкость бурового раствора 76
5.19. Влияние содержания фторангидрита крупностью 40 микрон на условную вязкость бурового раствора 77
5.20. Влияние содержания фторангидрита крупностью 1 микрон на плотность бурового раствора 78
5.21. Влияние содержания фторангидрита крупностью 1 микрон на вязкость бурового раствора 79
5.22. Влияние содержания фторангидрита крупностью 1 микрон на условную вязкость бурового раствора 80
Список использованной литературы 82
Содержание 85

Весь текст будет доступен после покупки

К настоящему времени химическая промышленность накопила и продолжает накапливать в виде отходов значительные количества сульфаткальциевых материалов. В технической литературе существует классификация по названиям таких материалов в зависимости от источника (производства) их получения и кристаллогидратного состояния сульфата кальция, т.е. фосфогипс, фосфополугидрат и фосфоангидрит – это соответственно двуводный, полуводный и безводный сульфат кальция, образовавшийся в виде сопутствующего материала в производстве фосфорной кислоты и фосфорных минеральных удобрений; фторангидрит –безводный сульфат кальция, - в производстве фтороводорода и плавиковой кислоты; борогипс – двуводный сульфат кальция, - в производстве борной кислоты; титаногипс - двуводный сульфат кальция, - в производстве титана и красок на его основе; цитогипс - двуводный сульфат кальция, - в процессе обезвреживания (известкования) пищевых, кормовых и др. биологических отходов. Перечисленные материалы являются источником экологического неблагополучия в местах своего расположения, так как сопровождается образованием и накоплением на отвальных полях отходов в виде кислого (фосфо-отходы) или нейтрализованного сульфата кальция.
Решением вышеназванной экологической проблемы является, с одной стороны, усовершенствование существующих технологий получения соответствующей целевой продукции, с другой, - создание конкурентно способных безотходных технологий получения как целевого, так и другого или других товарных продуктов.
В Томском политехническом университете и на промышленных предприятиях атомной (Сибирский химический комбинат, г. Северск) и химической (ОАО «Галополимер», г. Пермь) промышленности накоплен опыт по обезвреживанию, переработке и применению сульфаткальциевого отхода фтороводородного производства - фторангидрита, в строительной промышленности, поэтому весь последующий материал посвящен решению экологической проблемы через процессы получения техногенного ангидрита и последующего его использования в ресурсо- и энергосберегающих строительных технологиях аналогично использованию фторангидрита.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Исследование процесса превращения фторсодержащего сырья в сульфаткальциевый продукт.
Промышленное получение безводного фтористого водорода и попутно образующегося безводного сульфата кальция – ангидрита, и в России и за рубежом основано на сернокислотном разложении плавикового шпата при повышенной температуре.
СаF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4 (1)
Выяснением механизма этой реакции начали заниматься еще в начале ХХ века [1-3].
По мнению Руффа и Брауна [1] в результате взаимодействия по реакции (1) с применением серной кислоты концентрацией более 97% образуется фтористый водород и твердый остаток – фторсульфонат кальция, а сама реакция может протекать через промежуточные соединения. О возможности образования фторсульфоновой кислоты по реакции (2) писали Траубе и Ланге [2].
CaF2 + 2H2SO4 = CaSO4 + HF + HSO3F + H2O (2)
Они нашли, что количество фторсульфоновой кислоты в смеси уменьшается с увеличением температуры и с понижением концентрации серной кислоты.
Ланге [3] своими опытными данными утверждает, что при нагревании выше 100?С фторсульфоновая кислота полностью гидролизуется и фторид кальция может быть полностью разложен.
С целью проверки гипотезы об образовании фторсульфоновой кислоты, фторсульфоната кальция и степени влияния вышеуказанных химических соединений на процесс разложения плавикового шпата серной кислотой были проделаны следующие опыты.
1.1. Моделирование процессов получения фторсульфоновой кислоты и исследование ее свойств.
Фторсульфоновая кислота – бесцветная жидкость с плотностью, равной 1,74 г/см3 при 18?С, замерзает при температуре –87,3?С, кипит при температуре +162,6?С [4], +164,4?С [5], легко гидролизуется согласно реакции
HSO3F + H2O = H2SO4 + HF (1.3).
Фторсульфоновая кислота хорошо растворяет большинство фторидов, система HSO3F – HF не имеет азеотропных точек и легко может быть разделена ректификацией [5].
Получение фторсульфоновой кислоты проводили по следующей методике.
Фтористый водород, помещенный в герметичный стальной баллон 1 (рис. 1.1), нагревали и производили напуск газа в баллон 8, содержащий серный ангидрид. Стальной баллон 8 был оборудован манометром с пределом измерений от 0 до 3,6 кг/см2 и теплонагревателем. Фтористый водород соответствовал первому сорту ГОСТ 14022-78, серный ангидрид кристаллический был марки х.ч.
Во время напуска фтористого водорода давление в баллоне 8 возрастало до определенного значения и после закрытия вентиля 2 (рис. 1.1), и в результате взаимодействия фтористого водорода с серным ангидридом по реакции 4
HF + SO3 = HSO3F (1.4)
снижалось до значения давления SO3 при фиксированной температуре. Объем баллона 8 равнялся 3 литрам, объем, занимаемый серным ангидридом кристаллическим во время загрузки, составлял 1 литр. Масса фтористого водорода в 6-ти литровом баллоне равнялась 4,7 кг.
Результаты опытов представлены в таблице 1.1.
Изменения параметров процесса получения фторсульфоновой кислоты проводили в начальный период времени. На основании полученных данных можно считать, что время образования фторсульфоновой кислоты из газообразных серного ангидрида и фтористого водорода составляет несколько секунд, особенно при температуре, близкой к 100?С. Зная о том, что сернокислотное разложение плавикового шпата примерно при тех же условиях происходит за 5-7 минут, [6,7-8], можно сделать вывод, что получаемый фтористый водород с не прореагировавшей серной кислотой, и, особенно, с избытком SO3, успеет образовать некоторое количество фторсульфоновой кислоты.
Таблица 1.1.
Влияние температуры на время взаимодействия фтористого водорода с серным ангидридом.
№
п/п Темпера-тура HF,?С Давление HF,
кг/см2
Темпера-тура
SO3, ?С Давление SO3,кг/см2 Время реагиро-вания, с
1 2 3 4 5 6
1 60 3,0 80 1,1 7,0
2 60 2,9 80 1,1 6,0
3 60 3,0 80 1,1 7,0
4 60 3,1 80 1,1 8,0
5 60 2,9 80 1,1 6,0
6 80 3,1 100 2,1 1,0
7 80 3,6 100 2,4 2,0
8 80 3,3 100 2,4 1,4
9 80 3,4 100 2,4 1,6
10 80 3,5 100 2,4 1,8

По вышеуказанной методике процесс получения фторсульфоновой кислоты проводили на протяжении 4-х часов при температуре 100?С и постоянно открытых вентилях 2 (рис. 1.1) и периодическом взбалтывании содержимого баллона 8. С ростом количества образовавшейся фторсульфоновой кислоты и

Рис. 1.1. Схема лабораторной установки получения фторсульфоновой кислоты.
1-сифон; 2-кран; 3-баллон с HF; 4-электронагреватель; 5-термопара с миливольтметром; 6-трубопровод; 7-баллон с SO3; 8-манометр.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Ruff O., Braun I. Ber. №47, 646, 1914.
2. Traube W., Lange W. Ber.№571, 1038, 1924.
3. Lange W.," L. Anorg. und allg.", №215, 321, 1933.
4. Островский С.В. и др. /Исследование кинетики взаимодействия плавикового шпата с серной кислотой в присутствии фтористого водорода. - ЖПХ.- 3. с. – 10-11. - 1982.
5. Брауэр Г. /Руководство по неорганическому синтезу. Перевод с немецкого. – Москва. – Мир. - 1985. - с. 320.
6. Плахов А.М. /Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ТПИ. 1966.
7. Пищулин В.П. /Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – ТПИ. - 1969.
8. Варушкин М.А. /Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – ТПИ. - 1971.
9. Регламент фтористоводородного производства Сибирского химического комбината.
10. Островский С. В. /Реферат докторской диссертации. 1988г.
11. Ленский А.С., Шапошникова А.Д., Соколова Е.С. /Система фторсульфоновая кислота – серный ангидрид. – ЖНХ. - т.8. – с. 2716-2726. - 1963.
12. Михеев В.И. /Рентгенометрический определитель минералов. - Росгеологтехиздат. - 1957. – 1292 с.
13. Позин М.Е. Технология минеральных солей. / Издательство хими-ческой литературы. – Л. – ч. 2. - 1989. – 1556 с.
14. Федорчук Ю.М., Федорчук В.А. Получение фторсульфоновой кислоты из плавикового шпата. / Химическая промышленность. – 2000. - РАН №4. - М.: c. 10-11.
15. Федорчук Ю.М. и др. Исследование процесса разложения фторида кальция фторсульфоновой кислотой. – Химическая промышленность. - 2001 г. - №10. - с. 21-23.

Весь текст будет доступен после покупки