Возникновение и развитие хим.техн. Связь хим.техн. с др. науками.

Возникновение и развитие хим.техн. Связь хим.техн. с др. науками.

Развитие техн. началось с упрощения огня человека. Вода, огонь и природные материалы это доступные элементы человеку от природы стали основой в освоении простейших производств. Затем появились секреты искусства ремесла, передающиеся по наследству. Но основные компоненты, по сути, остались те же: сырье, энергия, взаимодействие, разделение.Самым неизвестным звеном в этой цепи является процесс взаимодействия - хим. реакция. Первое получение Fe возникло в Турции. В древнем Китае было известно получение бумаги, сахара, красителей. В 14 в. Европа узнала черный порох, изобретение которых связывают с именем монаха Бертольда Шварца. Арабский алхимик Абц-Ар-Рази в своей книге тайн в 10в описал различные хим. аппараты и процессы. Ввел классификацию в-в на 3 категории: землистые, растительные, животные. А также описал обжиг, процесс растворения, сгущения, фильтрования.После 10в было время технологии на уровне промыслов и мануфактур. Промышленное производство начинается с 17в. В Англии и России стали получать чугун.Хим. промышленность резко развивается с 18в. Первым продуктом призводства стала сода.На основе соды стали получать стекло. Второе по масштабу стало производство H₂SO₄, на основе которой из поваренной соли стали получать К₂SO₄: H₂SO₄+NaCl= К₂SO₄+HCl

Из полученного HCl синтезировали хлорную известь и использовали для отбеливания бумаги и ткани. Хим техн использует материал целого ряда наук: математики, механики, физики и др.Хим техн составляет основу экономических наук, изучающих хим производство, её материалы используются при изучении экологических проблем.

 

Понятие о сырье, его виды и классификация. Подготовка сырья.

Сырьем называется природные материалы, используемые в производстве промышленной продукции.

Виды сырья:1Шихта – это смесь твердых веществ в определенных количествах;2.Пульпа – полужидкая смесь;3.Шлам – вязкая малотекучая смесь.

Сырье:1.Минеральное: а) рудное(Zn, Cr,Fe); б)нерудное(соли щелочных Ме); в) горючее(нефть, уголь). 2.Органическое происхождение: растительное(пищевое-картофель, технич-лен); животное(техническое-).

Предварительная обработка твердого вещества состоит из следующих этапов:

1.Классификация – это разделение сырья на отдельные фракции по величине твердых частиц /барабанный грохот, плоский грохот/.Барабанный грохот это почти горизонтально расположенный медленно вращающийся стальной цилиндр в стенках которго имеются отверстия. Их диаметр возрастает к концу грохота и размер кусков проваливаются в это отверстие от мелкого к крупному. Плоские грохоты - система сит из листов с отверстиями. Сито расположено друг над другом и совершают возвратно поступательное движение.

2.Измельчение.Условно делят на грубые(куски с размером 1 мм) осуществл в дробилках и тонкое осущ в мельницах. Дробилки бывают щековые -двигается целая стенка около неподвижной;конусная-внутри бункера движется конус;валковая- 2 вращающихся друг жруга валка; молотковая-молотки вращаются. Мельницы:шаровая-горизонтально расположенный вращающийся стальной цилиндр заполненный шарами.

3.Укрупнение - устранение потерь, связанных с уносом мелких частиц. 2 способа:брекетирование-сырье прессуют, агломерация-связывание мелких частиц между собой в результате спекания.

4.Обезвоживание – это процесс удаления воды из минерального сырья /отстаивание, спекание/

5.Обогащение – это процесс отделения полезной части сырья от пустой породы. Бывает:

-Механическое /грохоты, гравитация, магниты/

-Химическое

-Физико-химическое /флотация/.

Рациональное использование сырья – извлечение из сырья как можно больше полезных компонентов. Безотходное производство – неиспользованные продукты на одном производстве использовать на другом.

 

Подготовка промышленной воды. Электродиализ воды.

1. отстаивание происходит осаждение частиц 2. коагуляция -выделение частиц и белковых в-в. В Н₂О вводят коагулянты -электролиты с большим зарядом ионов и образуют + заряженные гранулы и отсорбируют на поверхности - заряженные и нейтрализуют их заряд. Потерявшие заряд частицы склеиваются и виде хлопьев выпадают в осадок. 3. фильтрование - фильтруют через песчаные фильтры, в которых фильтрующим слоем явл-ся кварцевый песок, поддерживается гравием. Исп-ся 2 вида фильтра: а. открытый -совершается под давлением столба воды на слой песка;б. закрытый - напор воды создается насосом и Н₂О фильтруют под давлением. 4. обеззараживание: а. хлорирование; б. озолирование; в.УФ облучение. 5. умягчение (устранение жесткости). Методы умягчение: а. физич. (нагревание); б. химич. известково-содовый - обрабатывают гашеной известью. Удаляется только временная жесткость. Затем добавляют Na₂CO₃- удаляется постоянная жесткость. Фосфатный - добавление фосфатов. в. физико-химич. относится метод ионного обмена основан на свойствах некоторых в-в обменивать ионы входящих в их состав на ионы в Н₂О. Иониты делятся на катиониды(содержат ионы Na и К) и аниониды(ОН^-). 6. Обессоливание 7. нейтрализация. 8. дегазация.

Электродиализ воды-процесс диализа воды под действием эл.поля. Диализ -разделение растворов с помощью полупроницаемых мембран, которые пропускают мол-лы и ионы обычных размеров, но задерживают коллоидные частицы и соли. При электродиализе выделение солей из раствора происходит в результате перемещения ионов через пористые мембраны, содержащие катионид (у катода), и анионид (у анода). Затем ионы разряжаются на этих электродах.

 

Виды азот-х удобрений

Боль-во раст.не м/т усваивать азот из воздуха, поэт. почву необх-мо систем-ки пополнять азотом в виде удобр.

Азотн.удобр. дел. на 4гр.

1- аммиачные, сод.N в виде NН4+. К ним относ. (NH4)2SO4 – 21%N, NH4Cl – 26%N.

(NH4)2SO4 явл. побочным продуктом коксохим-го произв-ва. Коксовый газ сод. до 25-30% NH3, кот. выдел. и нейтрализуют им 5%СК, получая удобр.

Хлористый аммоний явл. побочным продуктом содового произв-ва:

CO2 + 2NH3 + H2O + 2NaCl à Na2CO3 + 2NH4Cl

2 – нитратные или селитры, Сод. азот в виде NO3-. Наиболее распр.: NaNO3 - 16%, Ca(NO3)2 – 17%N, KNO3 – 14%N

3 – аммиачно- нитратные, сод. азот в виде NH4+ и NO3-. К ним относ. аммиачная селитра NH4NO3-35%N.

4 – амидные, сод. азот в виде NH2, к ним относ. мочевина или карбамид (NH2)2CO - 45%N. Все Азотн.удобр. хор. растворимы в воде и легко усваиваются раст., особенно нитратные, т.к. анион очень подвижен.

Произв-во карбамида(мочевина). (NH2)2C=O

диамид угольной к-ты(амид карбаминовой к-ты).

Мочевина- тв.крист.в-во, t пл. -132,7 град., хор.раств-ма в воде,этаноле и жидк.NH3.

Св-во широко исп-ся для получ. аммиакатов.

Мочевина- высококонц. удобрение, бесбаластное, легко усваивается растениями, сод. N 46,6%. По сравнению с NH4NO3 карбамид более богат N, менее слеживается, не взрывоопасен в смеси с орг.в-вами, медленнее вымывается из почвы. Моч. исп-ют как кормовую добавку жвачным животным,т.к. замен-т до 30% белков в рационе.

В пищев-ом тракте жвачных из N Моч.и углеводов микроорг-змы синт-ют белки.

Карбамид исп-ся в произ-ве ВМС,т.к. с формальдегидом синт-ют пластмассы, лаки и клеи.Карбамид исп-ют в с-зе фармокол.аппаратов(урацилов)

Сп-б с-за Моч. был отк. в 1868г русск.учен. А.И.Базаровым,кот. защитил диссертацию на тему: «Прямое получ. Моч.из углек-ты и NH3».

1ый завод по произв-ву Моч. был построен в 1922г.

Сырье: синтет. NH3 и СО2, получ. при переработке прир.газа => себестоимость Моч. значительно меньше аммиачн.селитры,т.к. СО2- дешев.,чем HNO3.

Х-зм

С-з карбамида из NH3 и СО2 протекает в 2стадии:

1. Образ-е карбомата аммония 2NH3 + СО2 à\<-- NH2- COONH4 + Q

2. Дегидратация карбомата аммония до карбамида:

NH2- COONH4 à\<-- (NH2)2C=O + Н2О – Q.

Карбомат NH4+ плавится при t= 152,=> при нагревании разлагается с образ-ем карбамида и воды.Т.О. обр-ся водн.р-р мочевины.

Причем «+»тепл.эффект 1ой р/ии значительно > отриц.тепл-го эффекта 2ой р/ии.

2ая стадия протекает в жидкой фазе. Она состоит из распл-го карбамата, Моч. и воды с раств-ым в ней NH3.

Поэт. достаточная скорость р/ии достигается при темп. 180-200град.но при этой t-ре карбомат диссоциирует на NH3 и СО2=> пр-сс необходимо проводить при повыш.давл. и p=200атм.(по принципу Ле-Шателье). Чтобы увел.выход продукта н/о взять в избытке NH3 и до min уменьш. V газ.смеси.При этих усл-х выход Моч. сост-ет ~70%.

Технолог.линия произ-ва

рис.

1. колонна с-за

2. дистилляционная колонна

3. выпарной аппарат

4. сборник

5. грануляционная башня

Р/ию проводят в конце с-за(1), кот. состоит из стального корпуса, внутри имеется цилиндр А. Жидк. NH3 под давл.20атм. подается в пространство м/у корпусом и цилинром(А), охлаждая стенки колонны,т.к. р/я экзотермическая. Заполняя все пространство м/у цилиндрами NH3 поступает ч/з днище внутрь цилиндра, смешивается с СО2,поступ-м снизу и быстро обр-ет карбомад. Жидк.р/оная масса запол. Vцилиндра и пропускается в дистилляционную колонну(2), где давл. снижается до 25атм.и отгоняется большая часть изб-го NH3,а не прореагир-ший карбомад разлогается на NH3 и СО2. Все эти в-ва улавливаются и снова направляются в колонну с-за(принцип циркуляции). Выход-ий из колонны водн.р-р Моч. выпаривают в вакууме в выпарном аппарате(3), а получ. 99-99,5% плав. гранулируют, разбрызгивая его с пом. вращающей воронки в гранул-й башне(5), куда постоянно подается холл.возд.,охл-ая капли плава. Продукт – гранулят удал-ся из колонны с пом. ленточного транспортера, упак-ся в водонепроницаемую упаковку, и на склад. Произ-ть установки 250т/сут.

27. Калийные удобрения,роль калия для раст.

Сырьем для произв-ва кал.удобр. явл. природные соли, их главный компонент – KCl. Нов в солях калия всегда присутствуют соли Na и Mg. К минералам относ. сильвинит(KCl*NaCl), карнолит(KCl*MgCl2*6H2O).

Произ-во KCl из сильвинита проводят м-дом выщелачивания. Раздел-е KCl и NaCl основано на избирательном растворение при разл.температуре. (см. справочник)

Концентрация KCl и NaCl в р-ре одинаковые. Этот насыщ.р-р сильвинита назв. щелоком. С повыш. темпр-ры с 25 до 100 град.раств-ть KCl резко возраст., а NaCl почти не меняется. Поэтому при охлаждении горячего насыщ. р-ра KCI выпадает осадок. Оставшийся фильтрат(щелок) снова нагревают и доб. нов.порцию сильвинита, в этом гор.щелоке б/т раств-ся т/о KCI, а NaCI раств-ся не б/т т.к. р-р был насыщен NaCI. Т.О. изменяя темп-ру р-ра для выдел. KCI из сильвинита м/о применять один и тот же щелок, осуществляя его циркуляцию.

Производство хлористого калия из сильвинита.

Сырьем для производства служит сильвинит (KCI, NaCI).

рис.

1-шнековые раств-ли(принцип мясорубки)

2-фильтр

3-вакуумные насосы(убирают избыток воды)

4-центрифуга

5-трубчатый теплообменник

6-сушильный барабан.

Сильвинит, измельченный на солемельнице до размеров част.3-4мм,раств-ют в корытообразных шнековых раств-х, при темп.105-110град.. Гор.щелок из раств-й сод-т примеси глинитстых минералов из солевого шлака(кристаллики NaCI). Их отделяют в отстойниках и сгустителях. Остатки кристалликов отфильтровывают в фильтре (2). Осветленный р-р KCI перекачивают в вакуум.охлад-ую установку, где р-р охл-ся до темп.60-65град и темп-ра кипит,т.к. вакууме идет испар-е воды. Теплоту этого пара используют для предворительного нагрева исх-го щелока. Полу-я взвесь крист-ов отстаивается в отстойниках и центрифугируется. Получ. KCI сод-т 5% влаги, поэт. сушится в барабанной сушилке. А маточный р-р из центрифуги подается в теплообменник, где сушится и снова поступает в шнековый раств-ль. Общ.степень извлечения KCI 90%. Для получ. 1т KCI треб.5т сильвинита,т.к. сод. KCI в сильв. 22%. Для этого расходуется 1400м3 воды,0,75т пара и количество отвала сост-ет 2,5-3т.

Существ.два метода производства: флотационный и галлургический.

Флотационный – основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калиной руды. Данный метод включает следующие операции:

1. измельчение руды с мокрым размолом до 0,5мм.

2. отделение глинистого шлама (методом флотации)

3. основная флотация(раздел.водораст-х минералов руды в присутствие собирателей(в солянокислые соли высших алифатич-х аминов- С12 и выше))

4. повторная флотация получ-го концентрата для удаления остав-ся примесей.

5. обезвоживание концентрата (методом фильтрования и сгущения)

6. сушка влажного концентрата

Этот Сп-б более экон-н т.к. не требует расходов на нагрев и имеет меньшее число аппаратов.

Ст.извлеч. флотации сост.90-92%, сод. KCI в концентрате- 95%.

 

Фосфорные удобр.

Сырье: 1) апатит- сод-т минерал – фтораппатит, предст. собой породу вулканического происх-я – 3Ca3(PO4)2*CaF2.

Круп.месторождения в Хибинских горах,в кач-ве примесей- нефосфатные минералы.

Напр. нефелин Na2O(K2O)*Al2O3*2SiO2.

Для произ-ва фосфор-х удобр. исп-ся продукты предвар-го обогащения апатитовых руд, а именно- апатитовый концентрат(сод.40%- P2O5,причем выход 20% от m апатитонефелиновой руды.

2) фосфориты- Ca3(PO4)2- породы осадочного происх-ния. Помимо апатита сод-т примеси доломита,кварца и глины.

Кр.месторождения: в горах Каратау, в Казахстане, фосфориты встреч. в виде пласта с крист-ой стр-рой,сод-т 26-30% P2O5. Эстонском, Курганском, Брянском и Егорьевском (Моск.обл.) в виде аппатитоподобных минералов с коллоидной стр-рой и сод-т 16-20% P2O5.

М-ды переработки фосфатного сырья зав-т от состава руды, м/б мех-ие и хим-ие.

Мех-ими м-дами- измельчение- получ.простые фосфорные удобр.- фосфорит.мука, металлург.шлаки, богатые фосфором.

Задачи химич.переработки прир.фосфоритов явл-ся превр-е их в раств-ые, легко усвояемые раст-ми высококонц-ые соли с min кол-вом балласта и вредных примесей.

схема

Кроме того,раств-ми солями явл-ся аммофосы NH4H2PO4*(NH4)2HPO4 и преципитат CaHPO4*2H2O.

Труднораств-ми солями явл-ся:

1) фосфоритная мука – мелко измел-й фосфат Са – усваивается ее действие проявляется на след.год после внесения, но длится неск-ко лет в следствие медленного перехода в слабокислой среде в раств-ые фосфаты.

2) Томосшлак – отход переработки чугуна в сталь, где сод-ся 12-20% P2O5.

3) шлаки мартеновск. и электропечей; сод-т P и др. микроэл-нты.

Произ-во преципитата

Преципитат получают нейтрализацией H3PO4 известковым молоком(Ca(OH)2) или действием H3PO4 на известняк(CaCO3)

H3PO4+ Ca(OH)2à CaHPO4*2H2O

H3PO4+ CaCO3+ H2Oà CaHPO4*2H2O + CO2

Получ. фосфат Ca отфильтровывают и высушивают, сод. P2O5-31%.

Из чист. фосфорн.к-ты получ.кормовой преципитат, кот.применяется в кач-ве подкормки скоту.

Р – входит в состав ферментов и витаминов, без него невозможно образование хлорофилла и усвоения раст. оксида углерода(СО2). Энергия необх-ая для с-за белков, жиров, углеводов доставляется соед-иями, из кот-х основная роль принадлежит аденозинтрифосфорной к-те. Р в составе НК участвует в с-зе белков, росте, размножении, передаче наследственных св-в. Р сокращает вегетационный п/д, ускоряет созревание и плодоношение, повышает урожайность культур, улучшает хим.состав продукции.

Преципитат (СаНРО₄·2Н₂О) обогащает корм фосфором и кальцием, необходим для роста костей. В качестве кормовой добавки применяют обезфторенный фосфат, кормовой преципитат и костяную муку (Бирский завод мясокостной муки).

Распр-ы водораствор-ые фосфорные удобрения в виде серого порошка или гранул. Состоит из дигидрофосфата и фосфогипса. Содержит 15-20% Р2О5. Получ. его разложением апатита или фосфорита. Получ. H2SO4 получают нитрозным способом разбав. до 60-70%.Идет в 2 стадии:

1) после смешивания сырья быстро разлаг-ся наружние части пылинок (30 мин) с образованием H2SO4 и гипса.

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 à 3CaSO4 + 2 H3PO4

2) образовавш-ся H3PO4 значит-о медленнее реагирует с остатком сырья,т.к. CaSO4 падает в осадок,покрывает частицу руды. Проникновением внутрь более слабой кис-ты Н3РО4 затруднено,=> скорость процесса замедляется.

Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 à 3Ca(H2PO4)2

В процессе кристалл-ии присоедин-т H2О, превращаясь в моногидрат, в след.экзотермич.реакциитемпер-а увелич-ся до 110град.

Н2О, вводимая с H2SO4 частично испаряется,=> реакционная масса превращается в пористую тверд.массу. Этот процесс медленный, в производстве наз-ся вызреванием.

Для полного протекания процесса готовый суперфосфат держат в складе 14-20 дней. В итоге после вызревания простой суперфосфат соответствует формуле:

Ca(H2PO4)2*2H2O + CaSO4*2H2O

Кроме полезного вещества содержит балласт-гипс, который отделить от простого супер-та невозможно и экономически невыгодно. Целесообразно сразу получить дигидрофосфат Са(двойной суперфосфат).

 

Технологическая схема произ-ва прост.супер-та по непрерывному способу.

В силосах- хранилищах(1) находится запас сырья, с пом. шнекового питателя(3)и ковшевого элеватора(2) сырье измельчается и ссыпается в бункер(4). На автоматических весах(5) отмеряется необх-ая доза сырья за счет движения резиновой ленты, соединенной с задвижкой. От веса сырья лента прогибается и давит на прижатый к ней ролик, связанный с задвижкой, регулирующую ширину щели, ч/з кот. высыпается сырье. Ч/з бункер(6) фосфат поступает в сместитель(7), куда одновременно подается СК, хранящаяся в баке(8), причем СК предварительно смешивается с водой в сместителе(9). После проверки ее конц-ия в конценратомере(11) ч/з расходомер также поступает в смеситель(7). Пол-ая пульпа стекает в камеру вызревания(12), предста-ая собой вертикальный железобетонный цилиндр, кот. медленно вращ-ся вокруг не подвижного полуцилиндра. Оба они подвешаны не подвижными крышками камеры. Пульпа поступает в пространство м/у стеками цилиндров, затвердевает и наслаивается(«вызревание пирога»). Постепенно толщ. его доходит до карусели с ножами(13), вращающаяся в противопол-ую сторону. Ножи срезают излишки суперфосфата. Транспортерной лентой продукт выводится на склад. Произв-ть установки – 100т/час.

 

Произв-во керамики.

Керамика- (от греч. керамикос- глиняный), т.к. вырабатывается из глины с доб-ем песка(SiO2) и оксида Mg(MgO). Общим для всей керамики явл-ся пр-сс изготовления – спекание в рез-те обжига. При этом легкоплавкая часть материала расплавляется(плавни) и при охлаждении прочно соед-ся м/у собой нерасплавившиеся частицы смеси. Это спекшаяся масса наз-ся черепок.

В зав-ти от степени спекания керамика дел. на:

1) с пористым черепком – tобжига – 900-1200град., материалы: кирпич, фаянс, черепица, гончарные изделия, огнеупоры(шамот и динас); - водопроницаемы;

2) со спекшимся черепком – tобжига – 1200-1500град., материалы: фарфор, кислотоупорные материалы, облицовочная плитка; - водонепроницаемы.

По состоянию пов-ти керамика б/т:

- глазурованная

-неглазурованная

Глазурь – суспензия, сод-ая в основном плавни:(известь, полевой шпат, каолин), изделия, погруженные в жидкую глазурь после обжига приобретают стекловидную водонепроницаемую пов-ть.

В зав-ти от кач-ва сырья получают:

- каменную керамику(непросвечивающий материал, изготавливаемый из глины, каолина, кварца и полевого шпата. Формируется в такие изделия как: раковины, унитазы, канализ.трубы и т.д.);

- фаянс(изделие из бел.и цв-ной массы, особых сортов глины с гипсом или др. примесями, обожженной и покрытой глазурью, изделия: посуда.);

- фарфор(просвечивающий, бел. тв.звен. материал, самый благородный керамич.продукт. Исх.сырье:чист.отмученный каолин, кварцевый песок и полевой шпат в соотн-ие 2:1:1. Дважды обожженный и покрытый глазурью.

Изготовление керамических изделий.

Разл. след.стадии:

1) подготовка сырья(после обогащения сырье сушат, измельчают в дробилках. З/м подвергают тонкому размолу на вальцовых или шаровых мельницах. Исх-е компоненты сырья тщательно перемешивают и увлажняют)

2) приготовление керам-й тестообраз-й массы(подготовленное сырье смешивают с водой до получ. однородной массы(тесто) опр-й консистенции, кот-ая зав-т от сп-ба формования изделия)

3)формовка изделий(осущ-ся неск-ми сп-бами:а) ручная формовка на гончарном круге; б) формование прессом(кирпичи); в) полусухой и сухой сп-б – прессование изделий из порошкообразной массы, сод-ий 4-16%воды. Осущ-ся на гидровлич-х прессах, в формах, им-х конфигурацию изделия(н-р, облицовочный кирпич); г)м-д отливки- осущ-ся жидкой керам-й массой(сметанообразной), сод. 30-35%воды. Это масса- шликер. Его заливают в толстостенную гипсовую форму, т.к. гипс хорошо впитывает влагу. Тв-ые частицы оседают на пов-ти гипсовой формы, после чего изделие затвердевает и при этом дает усадку массы. Изделие как бы само собой отд-ся от формы. Так формуют фарфор, фаянс, облицовку для камина, детали для посуды).

4) сушка(1ая сушка осущ-ся в естеств.усл-х на воздухе, з/м изделие сушат в сушилках, сушилки б/т туннельные и камерные)

5) обжиг(происх-т сл.ф/х-ие пр-ссы – 1х- удаляется влага, гидратная вода, расплавляются плавни, обр-ся черепок. Кажд.вид керамики требует опр-го режима обжига, отклонение от темп-го режима ведет к обр-ию трещин, деффор-ии изделий и даже к сплавлению готовых изделий. Обжиг ведется в туннельных печах непрерывного действия, топливо – природн.газ. Длина печи – 160м, внутри печи – обжиговый канал, по рельсам которого перемещ. вагонетки с изделиями. Днища вагонеток выложены огнеупорным кирпичом. При дв-ии вагонетки плотно прилегают др. к др.,обр-уя печи, предохран-й рельсовый путь и вагонетки от действия выс-х темпр-р. При обжиге изделия проходит последовательно 3зоны: подогрева, обжига, охл-ия. Туннельные печи дают большую экономию в топливе, т.к. в них обеспечивается мах-ое исп-ие теплоты отходящих топочных газов и непрерывность работы. Произв-ть печи – 100тыс.т/год.)

6) нанесение рис-ка. След.сп-бы:

1) ручная роспись – произ-ся с исп-ем оксидов солей и Ме-ов, кот. при обжиге переходят в силикаты, обладающие разл-й окраской(Н, оксись Со – синяя окраска – гжель, оксиь Сr – зел., U- черн.)

2) раскраска с пом. пуливизатора по трафарету.

3) декалькомания – принцип детских переводных картинок

4) фотокерамика – на изделие наносят светочувствит.слой и фотогр-ся рис-к. Нанесение глазурью ведется для придания изделию декоративного вида и защита от влаги воздействию внешней среды. Краски и рис-ки наносят после 1го обжига перед нанесением глазури(подглазурная раскрашивание) или после2го обжига(надглаз-ая раскраш), после чего производят повторный обжиг. Спец-ое покрытие на фарфор – люстр, произв-ят из солей легковост-хся Ме-ов(Ag, Au, Pt), при обжиге они обр-ют Ме, блеск кот-х появляется после полировки. Другой сп-б нанесения люстра- в орг-ом раств-ле растворяют тонкоизмельченный Ме, этой массой наносят рис-к, полоску, каемку и подвергают обжигу. В рез-те раств-ль сгорает, а Ме ложится тонким слоем на фарфор.

 

Электрохим. произ-во.

Различ. 2вида технолог-х пр-сов:

1- электротермические – где энергия эл.тока исп-ся для создания и поддержания выс.темп., т.е. превращ-ся в теплоту. Н-р, произв-во Р, карбида Са.

2- электорхим-ие – где энергия эл. тока непосредственно идет на осущ. хим.р/ии – электролиз.

Применение электролиза:

1-получ.акт.Ме в чист. виде;

2-получ.галогенов;

3-щелочей

4-чист.О2 и Н2, путем электролиза воды,

5-неорг-х окислителей(KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, перхлориды и перхлораты)

6-рафинирование Ме, их очистка

7-гальван-х покрытий в целях защиты Ме от коррозии(гальваностегия)

8-гальванопластика- изготовл. и размн. Ме-ких копий

9-произв-во орг-х в-в(альдегидов, кетонов)

Электрохим.м-д им.след. преимущества:

1-простота оборудования

2-в одном аппарате м/о получ. неск/о ценных продуктов(электролиз р-ра соли NaCl)

3-получ. продуктов выс-й чистоты

4-высокая ст.исп-ния сырья, энергии

5-возможность получ. продуктов, недоступных хим.м-дом.

Электролиз – это ОВпр-сс, протекающий на электродах под действием постоянного эл.тока, электролиз подвергаются р-ры и расплав щелочей, оксиды Ме-ов.Т.к. электролиз – энергоемкий пр-сс, поэт. применяют принцип рационального исп-я энергии, учитывают основные показатели эл-за: выход по току(η = mф /mт * 100%), выход по энергии(μ = Qт / Qф * 100%), расходный коэфф(β = Qф/mф *1000)

Произв-во Cl и щелочей.

Самым крупнотоннажным произв-ом явл-ся эл-из водного р-ра NaCl.

Сырьем явл-ся рассол – насыщ-й р-р NaCl(310г соли 1л воды).

Заводы распол-ся вблизи месторождения каменной соли, в пласт под землю закачивают воду ч/з скважины. Обр-ся рассол выходит на поверх-ть, он подвергается очистке и фильтрованию, пр-сс эл-за затрудняют ионы Ca и Mg, их удаляют из раст-ра добавлением соды или NaOH,выпавшие осадки CaCO3 и Mg(OH)2отфильтровывают, а рассол нейтрализуют соляной кислотой до рН=7, и подают электролитич.ванну. В зав-ти от катода электрол-з проводят 2 методами:

1)с тв.железным катодом и фильтрующей диафрагмой;

2)с жидким ртутным катодом без диафрагмы.

(Рис.)

Катод изготавливают из перфарированной листовой стали или стальной сетки. К нему плотно прилегают азбестовые листы,служащие диафрагмой. Анод-графитовый.Фильтрующая диафрагма разделяет на анод-е и катод-е пространство и предупреждает смешивание и взаимодействие образовавшихся продуктов. Электролитическая ванна представляет собой закрытый корпус, снабженный устройством для подвода россола и увода продуктов электролиза.

Химизм процесса

NaClóNa+ + Cl-

HOHóH+ + OH-

An(+):OH-;Сl- K(-):Na+;Н+

2Cl- -2eàCl2 2H+ + 2eàH2

 

В растворе-NaOH.

2Na + 2H2O à Cl2 + H2 + 2NaOH

Выделение Н2 нарушает равновесие диссоциации Н2О. У катода б/т накапливаться ОН-. К катоду притягиваются ионы Na+,=> в катодном пространстве образуется щелочь.Если концентрация ОН- ионов в анодном пространстве увеличивается, то возможна побочная реакция:

2OH- - 2eà H2O + O*

Этом атомарный О2 окисляет графит анода с образованием СО2.=> Cl2 б/т загрязняться О2 и СО2. Кроме того Cl2 растворяется в рассоле и гидролизуется с образованием кислот:

Cl2 + H2O à HCl + HClO

При наличии ОН- -ионов в пространстве б/т образовываться гипохлориты и хлориты Na, чтобы помешать побочным реакциям, в анодное пространство непрерывно подают рассол. А из катодного пространства отводят щелок.При этом электролит движется навстречу гидроксид-ионом и уносит их с собой. Для снижения напряжения и растворимости соли в рассоле его нагревают при темпер-ре 89-90град. В отходящем электролитическом щелоке кроме NaOH содержится и NaCl,(180-200г/л).Для удаления NaCl щелок упаривают в вакууме до содержания в нем NaOH ~50%. После охлаждения NaCl выпадает в осадок. Его отфильтровывают и снова

Классификация металлов.

Большинство Ме встречаются в виде соединений солей (HCl, CaSO4,NaCl), оксидов (MgO, ZnO) в самородном виде (Cu, Au, Ag)=>Ме имеют степень окисления +n и суть их производства сводится в восстановление Ме.

Все Ме подразделяются на черные и цветные. Черные – это Fe и его сплавы, Cr, Mn. Цветные подразделяются на: тяжелые (Cu,Ni, Zn, Sn, Pb,Hg); легкие (Al, Na, K, Ca,Mg); благородные (Au, Ag, Pt) и редкие.Редкие подразделяются на: рассеянные (Ca,Zn,Ta,Se,Te); редкоземельные (La,Se, лантоноиды); тугоплавкие (W,Mo,Vo,Ne); легкие (Li,Be,Ru); радиоактивные (V,To,Ra).

Сырьем для произ-ва Ме яв-ся Ме-кие руды, т.о. горные породысодержат 1 или несколько Ме, в таких соед-ях кол-во объема и концентрации при которых целесообразно и экономически выгодно их извлечение.

По содержанию Ме руды будут:

богатые, напр-р, железные руды;

средние;

бедные (руды цвет. Ме).

По числу содержания Ме руды бывают:

простые (монометаллические);

комплексные (полиметаллические).

Первоначально руду подвергают обогащению – механическому или флотационному, а получается как центрат подвергается химич. переработке.

 

Применение металлов

Металлы находят широкое применение как в чистом виде, так и в виде сплавов, это обусловлено рядом специфических свойств:

- высокая тепло- и электропроводность,

- высокий коэффициент термического расширения,

- низкая теплоемкость,

- низкое удельное сопротивление,

- ферро- и парамагнетизм,

- механические свойства (пластичность, прочность, упругость),

- химические свойства (окисляемость),

- существование в нескольких полиморфных модификациях и т.д.

Рассмотрим применение некоторых металлов:

Сu Чистая медь имеет большую электропроводность, уступая лишь серебру, следовательно, применяется для изготовления электропроводов и радиотехнической аппаратуры. Причем, электропровода изготавливают из бескислородной меди, так как кислород придает меди хрупкость. Большое количество меди идет на получение сплавов, например, латуни – сплав меди, в котором 10-40% Zn. Сплав меди с другими металлами называются бронзами.

Алюминиевые бронзы (5-11% Al) обладают высокой коррозионной стойкостью и золотистым блеском, служат для изготовления лент, пружин, шестерен и художественных изделий.

Кремнистые бронзы (4-5% Si) обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами, применяются в химической промышленности для изготовления сеток, проводов, трубопроводов.

Бериллиевые бронзы (1,8-2,3% Ве) способны при быстром охлаждении с 800ºС принимать закалку и становиться твердыми и упругими как сталь, их применяют для изготовления часовых механизмов, в точной механике и приборостроении.

Zn Значительная часть цинка идет на получение сплавов – латуней и бронз, а также, для изготовления оцинкованного железа, которое обладает высокой устойчивостью к атмосферной коррозии. Значительное количество цинка расходуется для изготовления гальванических элементов, например, марганцово-цинковый элемент, который применяется в качестве источников электропитания установок связи, различных измерительных приборов, карманных фонарей.

Hg Ртуть, как жидкий металл при обычных условиях, применяется в электрохимической промышленности (производство хлора электролизом NaCl), для изготовления ртутных выпрямителей, ламп дневного света, кварцевых ламп, манометров и термометров; в атомной энергетике при растворении урановых блоков. Соединения ртути широко используются как катализаторы. В горном деле ртутью пользуются для отделения золота от неметаллических примесей.

Sn Сплавы олова с сурьмой и медью применяют для изготовления подшипников. Сплавы олова со свинцом – припои – широко применяются для пайки. В качестве легирующей добавки олово входит в некоторые сплавы меди. Олово, как коррозионностойкий металл, применяется для лужения железа. Олово называют металлом «консервной банки», так как 40% всего добываемого олова идет для лужения стали в консервной промышленности. Старыми залежавшимися консервами можно отравиться, т.к. при длительном хранении происходит взаимодействие органических кислот с оловянным покрытием, эти соединения являются сильнейшим ядом!

Pb Из свинца получают подшипниковые сплавы, оболочки кабелей, пластины аккумуляторов. Свинец применяется в ядерной технике. Свинец хорошо поглощает γ-излучение и используется для защиты от него при работе с радиоактивными веществами. В химической промышленности свинец применяют для покрытия аппаратов; изготавливают свинцовое стекло – хрусталь, а также из свинца изготавливают пули, дробь. Чистый свинец используется в производстве тетраэтилсвинца Pb(C₂H₅)₄ – это летучая ядовитая жидкость, которую добавляют в бензин для повышения октанового числа. Тяжелый металл Pb, попадая в организм, накапливается, вызывая заболевание костей, так как замещает Са в костной ткани.

Ti и Zr обладают антикоррозионными свойствами, по прочности не уступают стали. Долгое время титан был очень дорогим металлом, т.к. не могли выделять его в чистом виде. Сейчас он широко применяется в виде сплавов с Al (до 5%), Mo (до 3%), в самолето- и ракетостроении заменяет дюралюминий, т.к. при сверхзвуковых скоростях самолетов при нагревании снижается прочность алюминия и может быть растрескивание. Титан лишь немного тяжелее алюминия, но в 3 раза прочнее его. Также Ti и Zr используются в химической промышленности и машиностроении. Zr дороже Ti, он используется в атомных реакторах в качестве антикорра, так как почти не задерживает медленные нейтроны. Нагретый цирконий активен по отношению к кислороду, водороду, азоту и другим газам, поэтому его применяют в качестве геттера – вещества, поглощающего остатки газов в вакууме. Из циркония делают держатель для вольфрамовых нитей радиоламп.

Cr. Хром стоек к коррозии и к истиранию, обладает блеском, используется для получения защитных покрытий на железе и меди (хромирование). Изделия из хрома не изготавливают, т.к. он хрупкий. Большая часть хрома идет на получения сплавов и компонента легированных сталей. Введение хрома в сталь повышает ее устойчивость против коррозии как в водных средах при обычных температурах, так и в газах при повышенных температурах. Кроме того, хромистые стали обладают повышенной твердостью. Хром входит в состав нержавеющих кислотоупорных, жаропрочных сталей.

Mo и W – самые тугоплавкие металлы, применяются в виде проволок и нитей накаливания электроламп, высокотемпературных печей. Порошок карбида вольфрама (WC) смешивают с порошком кобальта, и эта смесь прокаливается под давлением в атмосфере водорода, в результате получается материал победит, который идет на изготовление резцов и свёрл.

Ag Из серебра изготавливают химическую аппаратуру и аппаратуру для пищевой промышленности, покрывают радиодетали, серебрят провода, стекло, керамику, электронную технику. Из посеребренного стекла изготавливают зеркала и елочные игрушки. Серебряно-цинковые аккумулятора имеют наибольшую мощность. Еще в древнем Египте серебром лечили язвы и раны, обеззараживали воду. Серебро применяется в косметике. Серебро в большом количестве используется для изготовления ювелирных и художественных изделий, монет.

Au пока довольно дорогой неокисляемый драгоценный металл, является денежной единицей – слитки золота обеспечивают бумажные деньги. Золото - тяжелый ярко-желтый блестящий металл, очень ковкий и пластичный, путем прокатки из него можно получить лист толщиной менее 0,0002 мм, а из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км. Золото прекрасный проводник теплоты и электричества. В виду мягкости золото употребляется в сплавах обычно с серебром или медью. Эти сплавы применяются для изготовления электрических контактов, например, в микроэлектронике, для зубопротезирования, для крашения фарфора и стекла (рубиново-красной стекло). Золото и его сплавы применяются в ювелирном деле. Содержание золота в сплаве указывает проба, которая ставится на изделие в виде клейма. В нашей стране применяется метрическая система проб, которая показывает, сколько единиц массы драгоценного металла содержится в 1000 единицах массы сплава. Наиболее распространены изделия

из золота 583 и 750 пробы;

из серебра 800 и 875 пробы

4 3. Общие методы получения Ме.

Любой металлургический процесс – это процесс восстановления иона Ме с помощью различных восстановителей. В зависимости от способа промышленной металлургии производства различны: пирометаллургия. Электрометаллургия, гидрометаллургия.

Пирометаллургия – получение Ме из их соединений при высокой темпер-ре с помощью восстановителей(C, CO,H2,Al,Mg).

восстановление коксом и СО:

МеО + СОóМе + СО2

Это гетерогенный процесс, причем СО обладает слабыми восстановительными свойствами, смещение равновесия достигается удалением из сферы реакции одного из продуктов (СО2).Углерод в качестве восст-ля м/б т/о при темпер-ре более 1000град.. Ниже этой темпер-ры восстан-ем яв-ся СО2, образовав-ся в рез-те окислен-я углерода. Образова-ся СО2 реагирует с раскаленным коксом до СО(глав. Восс-ль). Этим методом выплавляют железочугун, а также Zn,Cu,Pb, Ni,Co,Bi,сурьма.

2) металлотермический метод - металлургич. Процесс, основанный на восстановлении оксидов и галогенидов более активными Ме и протекающ. с выделением большого количества тепла. Этот способ открыт Бекетовым в 1859г.при изучении взаим-я порошкообразн. Al с перекисью Ba.

Реакция восстанов-я оксидов протекает в том случае, когда теплота образ-я окислов восст-я больше по сравнению с теплотой образ-я восст-ого оксида. Поэтому для алюмотермии используют Mg, Al,Ca.При использовании Ca и Mg нельзя получить Ме в виде жидкого слоя из-за высокой темпер-ы плавления оксидов этих Ме. Для получения Ме и спл