Механизм коагуляции коллоидных частиц

Сульфат алюминия, как электролит, в очень разбавленных растворах гидролизуется с образованием положительно заряженных
ионовAl³⁺, которые адсорбируются на отрицательно заряженных коллоидных частицах и нейтрализуют их заряды.

Это приводит к слипанию частиц, в результате чего образуются более крупные частицы, способные к осаждению.

Сульфат алюминия выполняет двойную функцию:

1) существенно снижает временную жёсткость воды, так как переводит её в постоянную жёсткость;

2) играет роль коагулянта.

В системе одновременно протекает две реакции:

(1) Al₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ = 2Al(OH)₃ + 3CaSO₄ + H₂O

2) Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄

Химические методы удаления временной жёсткости

!!! При низкой временной жёсткости в воду вводят гашёную известь Ca(OH)₂ в виде суспензии (другое название - известковое молоко). Это тоже снижает временную жёсткость и переводит её в постоянную жёсткость:

3Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + 2 H₂O + CO₂

Техническое обеспечение процесса коагуляции:

1. Для этого воду из отстойников подают в коагулятор
(резерваур-смеситель), там к воде добавляют сульфат алюминия и известковое молоко.

2. Образовавшиеся в результате коагуляции хлопья твёрдых частиц адсорбируют на свою поверхность частички органических примесей и тем самым осветляют воду.

3. Для интенсификации процесса коагуляции и осаждения образовавшихся хлопьев применяют дополнительные реактивы, которые получили название флокулянтов (от лат. flocculi - клочок), например высокомолекулярный полиакриламид.

Фильтрация

Для окончательного удаления осадка вода поступает на фильтр. Фильтр состоит из двух слоёв:

1) верхний слой состоит из кусочков антрацита, толщина слоя 0,4 м;

2) нижний слой из чистого песка, толщина слоя 0,6 м;

3) поддерживающий слой из гравия;

4) решётка, которая удерживает всё конструкцию.

Фильтрование совершается под давлением столба воды.

!!! На стадиях коагуляции и фильтрования удаляется большая часть микроорганизмов.

Обеззараживание

Для окончательного удаления микроорганизмов воду хлорируют, а избыток хлора после хлорирования удаляют добавлением аммиака NH₄ или сульфита натрия Na₂SO₃:

2Na₂SO₃ + O₂ = 2Na₂SO₄

 

 

Подготовка промышленной воды

Основные стадии подготовки промышленных вод:

1. Коагуляция

2. Фильтрование

3. Умягчение

4. Обессоливание

5. Деаэрация или дегазация

!!!Процессы коагуляции и фильтрования аналогичны стадиям, используемым для очистки питьевой воды.

Умягчение

Растворённые в воде минеральные соли кальция и магния образуют при нагревании:

- накипь на стенках аппаратов

- вызывают коррозию на стенках.

Коррозия обусловлена наличием в воде растворенного кислорода.

!!! Для того чтобы предотвратить образование накипи и коррозии, воду подвергают таким методам обработки, как умягчение и деаэрация.

Умягчением называют процесс обработки воды с целью понижения её жёсткости, т.е. уменьшения концентрации ионов Ca²⁺ и магния Mg²⁺ различными физическими, химическими и физико-химическими методами.

Физические методы умягчения воды

Воду нагревают до кипения, в результате чего растворимые гидрокарбонаты кальция и магния превращаются в карбонаты и выпадают в осадок:

100ºC

Ca(HCO₃)₂ == CaCO₃↓ + H₂O + CO₂

Этим методом удаляется только временная жёсткость воды.

Химические методы умягчения воды

В промышленности применяют следующие способы умягчения воды: известковый, натронный, содовый, фосфатный.

1. Известковый способ. Обрабатывая воду гашёной известью Ca(OH)₂, устраняют временную жёсткость воды и связывают оксид углерода (IV):

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓ + 2H₂O:

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂ + H₂O +C3O₂

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

2. Натронный способ. При действии на воду едким натром достигают устранения временной и постоянной жёсткости:

Mg(HCO₃)₂ + 4NaOH = Mg(OH)₂ + Na₂CO₃↓ + 2H₂O

CaCl₂+2NaOH = Ca(OH)₂ + 2 N aCl

3. Содовый способ. При действии на воду кальцинированной содой N a₂CO₃ достигают устранения временной и постоянной жёсткости:

Ca(HCO₃)₂+ N a₂CO₃ = 2NaHCO₃ + CaCO₃↓

CaSO₄ + N a₂CO₃ = CaCO₃↓ +Na₂SO₄

4. Фосфатный способ. Обработка воды фосфатом натрия тоже ведёт к связыванию ионов, образующих накипь в виде нерастворимых солей:

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂↓ +6NaHCO₃

3CaSO₄ + 2Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄

MgCl₂ + 2Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaCl

Эффективность умягчения воды возрастает от известкового к фосфатному способу при одновременном существенном увеличении стоимости этого процесса.

Поэтому на практике применяют и комбинированные способы, в которых основная часть ионов жёсткости связывается дешёвыми реагентами - известковым молоком и содой, а доумягчение осуществляется фосфатом натрия.

Известково-содовый метод даёт возможность снизить жёсткость до
0,3 мг-экв/л, а фосфатный - до 0,03 мг-экв/л.

Физико-химические методы умягчения воды

Наиболее широкое распространение получил метод ионного обмена благодаря своей эффективности, простоте и экономичности.

!!! Метод основан на способности некоторых нерастворимых синтетических материалов обменивать свои ионы на эквивалентное количество ионов, присутствующих в воде.

Такие вещества называются ионитами.

Иониты подразделяются на аниониты и катиониты.

Иониты, обменивающие свои катионы на катионы, находящиеся в воде, называют катионитами.

Катиониты обычно содержат подвижные, т. е. способные обмениваться, ионы натрия Na⁺ (Na⁺- катиониты) и водорода H⁺
(H⁺ - катиониты).

Иониты, обменивающие свои анионы на анионы, находящиеся в воде, называются анионитами. Аниониты содержат подвижные гидроксильные группы.

Механизм действия ионитов

Na⁺ - катиониты используют для превращения содержащихся в воде солей кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺) в соли натрия (Na⁺):

Na₂(Кат) + CaSO₄ = Ca(Кат) + Na₂SO₄ (пост.)

Na₂(Кат) + Ca(HCO₃) ₂ = Ca(Кат) + 2NaHCO₃ (врем.)

1) Умягчение воды проводят фильтрованием через слой катионита, который представляет собой зёрна диаметром 0,3-1,5 мм. Толщина слоя катионита составляет 2-3 м.

2) Фильтрацию ведут до тех пор, пока не будет исчерпан весь запас катионов Na.

3) Затем производят регенерацию катионита путём промывания концентрированным раствором хлористого натрия. При этом происходит замена ионов кальция (Ca²⁺) магния (Mg²⁺) на ионы натрия (Na⁺):

Ca(Кат) + 2NaCl = Na₂(Кат) + CaCl₂

 

 

Виды и классификация сырья химической промышленности

 

Сырьём называются промышленные материалы, которые используются в производстве для получения промышленной продукции.

Классификация сырья

Всё химическое сырьё подразделяется на группы по происхождению, химическому составу, агрегатному состоянию, предназначению.

По своему происхождению сырьё делится на три группы:

- минеральное; - растительное; - животное.

!!! Минеральным сырьём называют добываемые из земных недр минералы.

Минеральное сырьё делится на:

- рудное; - нерудное; - горючее.

Рудное минеральное сырьё

Рудное сырьё или руда служат для получения из неё металлов. Металлы в руде представлены, главным образом, в виде оксидов (Mt_nO_m) или сульфидов (Mt_nS_m).

Руды цветных металлов довольно часто содержат в своём составе соединения нескольких металлов. Это могут быть сульфидысвинца, меди, цинка, серебра.

Такие руды называют полиметаллическими рудами.

Нерудное минеральное сырьё

Нерудное минеральное сырьё - это горные породы или минералы, которые используют для:

- производства неметаллов - серы, хлора, фосфора;

- других химических продуктов - удобрений, соды, щелочей, кислот.

Нерудные ископаемые условно делят на несколько групп.

Строительные материалы - это минеральное сырьё, используемое в строительстве (гравий, песок, глины, строительные камни, кирпич, цемент).

Индустриальное сырьё - полезные ископаемые, используемые без химической переработки в различных отраслях промышленности (графит, слюда, асбест).

Химическое минеральное сырьё - полезные ископаемые, которые подвергаются химической переработке (сера, селитра, фосфоритная мука, поваренная и калийная соли).

Драгоценное, полудрагоценное и поделочное сырьё: алмазы, изумруды, рубины, малахит, яшма, мрамор.

Горючее минеральное сырьё

Горючее минеральное сырьё - это ископаемые, которые могут служить в качестве топлива (каменный и бурый угли, горючие сланцы, нефть,природный газ).

Топливом называют естественные или искусственные горючие органические материалы, служащие источником тепловой энергии и сырьём для химической промышленности.

По агрегатному состоянию все виды топлива делят на твёрдое, жидкое и газообразное.