Теоретическое обоснование
Использование попутных продуктов промышленности имеет не только экономическое, но и экологическое значение, т.к. шламонакопители отходов занимают плодородные земли, загрязняют грунтовые воды, а также являются источниками пыли, отравляют окружающий воздух.
Несмотря на постоянно ужесточающиеся требования к охране окружающей среды, использование отходов, в том числе и гипсосодержащих, пока еще не велико. Это объясняется в первую очередь особенностями химико-минералогического состава и свойствами этих продуктов, их существенным отличием от природного гипсового сырья, а также ведомственной разобщенностью предприятий, на которых образуются попутные гипсосодержащие продукты.
Пути решения данной проблемы лежат в разработке комплексной системы управления отходами, создании адекватных форм правового регулирования, внедрения инновационных технологий, вовлечении отходов в хозяйственный оборот в качестве источников сырья для производства товарной продукции.
В результате производства лимонной кислоты ежегодно образуется около 40 тыс. т цитрогипса (20 тыс. т в пересчете на сухое веществ).
Цитрогипс получается при разложении цитрата кальция серной кислотой с целью получения лимонной кислоты.
Производственно-хозяйственная деятельность ЗАО «Цитробел» оказывает определенное воздействие на состояние окружающей среды и использование природных ресурсов. К основным факторам воздействия предприятия на состояние окружающей среды относятся выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и передвижных источников загрязнения; значительные потребления сырья и материалов, природных ресурсов (вода из подземных горизонтов); сброс загрязненных сточных вод – фильтрата кальция на поля фильтрации; загрязнения почвы отходами производства и потребления.
Переработка и использование цитрогипса в производстве минеральных удобрений является одним из путей утилизации данного отхода.
За период с 1990 г. по 1999 г. в России резко снизился объем производства минеральных удобрений. Наметившийся в 1999 г. рост производства удобрений в объеме 23,3% к 2003 г. снизился до 3,6%. В 2004 г. объем производства еще не достиг уровня 1990 г. Кроме того, повышение экспорта сырья для производства удобрений также отражается на снижении объема производства и повышении их стоимости.
В связи с этим, разработка новых методов производства удобрений, в том числе и из промышленных отходов является актуальной проблемой.
Экспериментальная часть
В основе химического способа переработки цитрогипса в сульфат аммония лежат следующие химические реакции:
2NН4ОН + СО2 = (NН4)2СО3 + Н2О (17)
(NН4)2СО3 + Са SО4 = (NН4)2 SО4 + Са СО3 (18)
Для получения СО2 в лабораторных условиях используют «сухой лед», или его получают путем взаимодействия соляной кислоты и мела.
Собирают установку, приведенную на рис. 12.
По уравнению реакции необходимо рассчитать, сколько нужно взять цитрогипса, аммиака и сколько необходимо углекислого газа для получения 10 г сульфата аммония.
Раствор NН4ОН предварительно охлаждают до 7-10 0С (или раствор хранится в холодильнике), после чего через него пропускают СО2. Полученный раствор карбоната аммония смешивают с цитрогипсом в течение 10 минут, после чего подвергают фильтрации через фильтровальную бумагу.
1
21
3
5
4
7
9
6
8
10
11
Рис. 12. Установка для получения сульфата аммония: 1 – мерная воронка, 2 – прибор Киппа, 3 – соединительная трубка, 4 - мел, 5 – трубка для введения раствора NН4ОН, 6- барботер , 7- чашка , 8 – гипсосодержащий отход, 9, 10 – воронка с фильтром, 11 - чашка.
Полученный фильтрат – 34-40%-й раствор сульфата аммония нейтрализуют серной кислотой и концентрируют в выпарной установке, затем высушивают.
Осажденный СаСО3 высушивают и прокаливают при температуре 10000С, после чего определяют СаОакт в соответствии с методикой [3].