Spis treści. 1 Woda w przemyśle Wymieniacze jonowe budowa chemiczna, właściwości i zastosowanie... 49

Transkrypt

1 Spis treści Wstęp Woda w przemyśle Zasoby i rodzaje wód naturalnych Wskaźniki jakości wód naturalnych Właściwości wody chemicznie czystej Zastosowanie wody w przemyśle Zasoby i zużycie wody w Polsce Woda technologiczna Woda do celów kotłowych Woda do celów chłodniczych Podstawowe procesy uzdatniania wody przemysłowej Cedzenie, sedymentacja i filtracja Koagulacja Usuwanie z wody składników tworzących kamień kotłowy Usuwanie z wody gazów powodujących korozję urządzeń Usuwanie z wody związków żelaza i manganu Korekta odczynu, odolejanie i stabilizacja wody Dezynfekcja wody Literatura Wymieniacze jonowe budowa chemiczna, właściwości i zastosowanie Zarys rozwoju wymieniaczy jonowych Podstawowe wiadomości o wymieniaczach jonowych Metody otrzymywania syntetycznych wymieniaczy jonowych Otrzymywanie kopolimerów S/DWB Wprowadzanie grup funkcyjnych do kopolimerów S/DWB Kopolimeryzacja chemicznie aktywnych monomerów Właściwości fizykochemiczne jonitów Postać fizyczna Pęcznienie Zdolność wymienna Selektywność jonitów Regeneracja wymieniaczy jonowych... 66

2 6 Spis treści Wytrzymałość wymieniaczy jonowych Charakterystyka procesu wymiany jonowej Zastosowanie wymieniaczy jonowych w technologii uzdatniania wody Zmiękczanie wody Odsalanie wody Inne zastosowania wymieniaczy jonowych Literatura Wzbogacanie surowców mineralnych Rola procesów wzbogacania Metody mechaniczne wzbogacania kopalin stałych Operacje przygotowawcze Operacje wzbogacania Operacje wykańczające i pomocnicze Metody chemiczne wzbogacania kopalin stałych Flotacja jako podstawowa metoda wzbogacania surowców mineralnych Charakterystyka flotacji Mechanizm flotacji Odczynniki flotacyjne Literatura Metalurgia ciężkich metali nieżelaznych Klasyfikacja procesów metalurgicznych Metalurgia miedzi Rudy miedzi i ich przygotowanie do przerobu Pirometalurgiczna metoda otrzymywania miedzi Otrzymywanie miedzi w procesach hydrometalurgicznych Metalurgia cynku Rudy cynku i ich przygotowanie do otrzymywania cynku Otrzymywanie cynku metodą pirometalurgiczną Rafinacja cynku Otrzymywanie cynku metodą hydrometalurgiczną Metalurgia ołowiu Otrzymywanie ołowiu metodą pirometalurgiczną Rafinacja ołowiu Recykling ołowiu z akumulatorów Literatura

3 Spis treści 7 5 Elektrochemia Podstawy teoretyczne procesu elektrolizy Elektroliza przemysłowa Hydroelektrometalurgia elektroliza wodnych roztworów Termoelektroliza elektroliza stopionych soli Otrzymywanie związków chemicznych metodami elektrochemicznymi Zastosowanie elektrolizy w ochronie środowiska Galwanotechnika Mechanizm procesu elektrolitycznego osadzania metali Czynniki wpływające na budowę powłok galwanicznych Przygotowanie powierzchni metali pod powłoki galwaniczne Procesy nakładania wybranych powłok galwanicznych Urządzenia stosowane w galwanotechnice Metody oczyszczania ścieków galwanizerskich Literatura Pigmenty Podstawowe informacje o pigmentach Budowa i właściwości pigmentów Klasyfikacja pigmentów Wymagania stawiane pigmentom Charakterystyka najważniejszych pigmentów Biele tytanowe Pigmenty żelazowe Pigmenty węglowe Pigmenty chromowe Pigmenty ultramarynowe Pigmenty kadmowe Pigmenty o specjalnych właściwościach użytkowych Aspekty środowiskowe i toksykologiczne produkcji i użytkowania pigmentów Literatura Szkło Definicja i budowa szkła Właściwości szkła Otrzymywanie szkła Surowce szklarskie Wytop szkła

4 8 Spis treści Piece szklarskie Formowanie szkła Klasyfikacja szkieł Szkło budowlane Opakowania szklane i szkło gospodarcze Szkło techniczne Oddziaływanie przemysłu szklarskiego na środowisko naturalne Emisje związane z procesem wytopu szkła Odzysk i obróbka stłuczki szklanej jako surowca do produkcji szkła Produkcja szkła w Polsce i w Europie Literatura Przemysł wapienniczy Surowce wapiennicze Produkty niepalone Produkty palone Wytwarzanie wapna palonego Zastosowanie wapna palonego Nawozy tlenkowe wapniowe i wapniowo-magnezowe Wapno gaszone Wapno hydrauliczne Literatura Przemysł fosforowy Podstawowe informacje o nawozach fosforowych Przemysł nawozów fosforowych Apatyty i fosforyty Metody otrzymywania kwasu fosforowego(v) Otrzymywanie kwasu fosforowego(v) metodą ekstrakcyjną Środowiskowe skutki produkcji kwasu fosforowego(v) Otrzymywanie superfosfatu Superfosfat prosty Superfosfat potrójny Fosforany paszowe Alternatywne źródła fosforu Literatura

5 Spis treści 9 10 Nawozy mineralne Wstęp Klasyfikacja nawozów mineralnych Produkcja i zużycie nawozów mineralnych w Polsce Charakterystyka nawozów mineralnych azotowych i potasowych Nawozy azotowe Nawozy potasowe Mikronawozy Nawozy wieloskładnikowe Nawozy płynne Dawki nawozów Negatywny wpływ nawożenia na środowisko Literatura Sól kamienna jako surowiec chemiczny Geneza i występowanie złóż soli kamiennej Wydobycie, przerób i zastosowania soli kamiennej Elektroliza wodnego roztworu chlorku sodu Wprowadzenie Metoda przeponowa (diafragmowa) Metoda rtęciowa Metoda membranowa Porównanie metod Chlor oraz wodorotlenek sodu jako jedne z najważniejszych półproduktów chemicznych Otrzymywanie i zastosowania sody Otrzymywanie i zastosowanie sodu metalicznego Otrzymywanie i zastosowanie siarczanu(vi) sodu Literatura Dodatek Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych Spis rysunków Spis tabel

6

7 Wstęp Skrypt Technologia chemiczna nieorganiczna wybrane zagadnienia przeznaczony jest dla studentów Wydziału Inżynieryjno-Ekonomicznego Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu, którzy odbywają studia na kierunku zarządzanie i inżynieria produkcji specjalność inżynieria produktów chemicznych. Przedmiot technologia chemiczna nieorganiczna realizowany jest na drugim roku studiów I stopnia, stacjonarnych i niestacjonarnych i obejmuje wykład oraz ćwiczenia laboratoryjne. Studenci, którzy rozpoczynają ten przedmiot, powinni mieć zaliczone kursy chemii ogólnej i nieorganicznej oraz podstaw technologii chemicznej. Materiał zawarty w skrypcie ma być pomocny studentom w cotygodniowym przygotowaniu się do zajęć laboratoryjnych, a następnie w przygotowaniu się do egzaminu. W poprzednich latach studenci przygotowujący się do zajęć z technologii chemicznej nieorganicznej korzystali z następujących skryptów pochodzących z naszej Katedry: 1) R. Bogoczek, J. Surowiec, Technologia chemiczna nieorganiczna, Wydawnictwo Uczelniane Akademii Ekonomicznej we Wrocławiu, Wrocław 1989, 2) pracy zbiorowej pod redakcją R. Bogoczka, Materiały pomocnicze do ćwiczeń i wykładów z technologii nieorganicznej, Wydawnictwo Uczelniane Akademii Ekonomicznej we Wrocławiu, Wrocław Skrypt Technologia chemiczna nieorganiczna wybrane zagadnienia zawiera rozdziały związane tematycznie z poszczególnymi ćwiczeniami laboratoryjnymi, instrukcje do tych ćwiczeń zamieszczono na końcu skryptu jako Dodatek. W kolejnych rozdziałach omówiono następujące zagadnienia: zasoby i charakterystykę wód naturalnych, znaczenie i wykorzystanie wody w przemyśle, procesy uzdatniania wód do celów przemysłowych (dość szeroko ujęto procesy jonitowe ze względu na specjalizację naukową Katedry), procesy wzbogacania surowców mineralnych (rud metali), ze szczególnym uwzględnieniem procesu flotacji, metalurgię metali nieżelaznych miedzi, cynku i ołowiu, procesy elektrochemiczne (w wodnych roztworach i solach stopionych), z uwzględnieniem elektrorafinacji, galwanotechniki i wykorzystania tych procesów do otrzymywania produktów chemicznych, klasyfikację, charakterystykę i funkcje pigmentów w wyrobach gotowych, otrzymywanie szkła, jego rodzaje, właściwości, zastosowanie szkła jako materiału konstrukcyjnego i opakowaniowego, a także oddziaływanie przemysłu szklarskiego na środowisko naturalne, surowce wapiennicze, produkty niepalone i palone, znaczenie wyrobów przemysłu wapienniczego w budownictwie, rolnictwie i ochronie środowiska, przemysł fosforowy obejmujący m.in. produkcję kwasu fosforowego, nawozów fosforowych, fosforanów paszowych i podstawowych soli wchodzących w skład

8 12 Wstęp wyrobów gotowych, wskazano zagrożenia środowiskowe wynikające z funkcjonowania tej gałęzi przemysłu, klasyfikację, funkcję i znaczenie nawozów mineralnych we współczesnej gospodarce, ze szczególnym uwzględnieniem nawozów azotowych i potasowych, charakterystykę, metody przerobu i zastosowanie soli kamiennej (m.in. produkcję chloru, wodorotlenku sodu, węglanu sodu, siarczanu sodu i sodu metalicznego). Dodatek zawiera 12 instrukcji do ćwiczeń laboratoryjnych, w ramach których realizuje się procesy i operacje chemiczne w skali laboratoryjnej. Zakres tematyczny ćwiczeń obejmuje: badanie różnych rodzajów wód z wykorzystaniem analizy miareczkowej kolorymetrycznej, potencjometrycznej i konduktometrycznej, badanie właściwości wymieniaczy jonowych, oczyszczanie roztworów poelektrolitycznych z wykorzystaniem procesu wymiany jonowej, wzbogacanie kopalin metodą flotacji, otrzymywanie metali i ich stopów w procesach termicznych, elektrolityczne miedziowanie i niklowanie jako przykłady procesów galwanicznych, otrzymywanie wybranego pigmentu i jego chemiczną analizę, otrzymywanie szkła i badanie jego właściwości, termiczny rozkład kamienia wapiennego i analizę produktu, otrzymywanie nawozów fosforowych superfosfatu prostego i potrójnego, oznaczanie zawartości P 2 O 5 w nawozach fosforowych metodą spektrofotometryczną, otrzymywanie kwasu solnego przez rozkład soli kamiennej. Skrypt jest pracą zbiorową. Autorami rozdziałów są pracownicy Katedry Technologii Chemicznej na Wydziale Inżynieryjno-Ekonomicznym. Podczas redagowania niniejszego opracowania korzystano ze źródeł literaturowych, takich jak: podręczniki, artykuły w czasopismach naukowo-technicznych (zwłaszcza w miesięczniku Przemysł Chemiczny ), akty prawne, karty charakterystyk produktów chemicznych, roczniki statystyczne. Wykorzystano również dane ze stron internetowych zakładów przemysłowych, a także informacje uzyskiwane na przestrzeni lat podczas zajęć terenowych ze studentami odbywających się w zakładach przemysłowych Dolnego i Górnego Śląska. Odbiorcami skryptu, oprócz studentów UE we Wrocławiu, mogą być też inne osoby zainteresowane technologią chemiczną nieorganiczną, zwłaszcza studenci studiów przyrodniczych i technicznych, a także pracownicy zakładów przemysłowych. Wrocław, 29 listopada 2012 r. Elżbieta Kociołek-Balawejder