Na czym polega różnica między chemią i technologią chemiczną?

Chemia: zajmuje się reakcją chemiczną; zajmuje się szerokim asortymentem substancji i ich przemian; należy do gł. nurtu nauk przyrodniczych, opiera się na badaniach podstawowych, obrasta w uogólnienia i prawa; dzieli się na ch. nieorganiczną, organiczną, analityczną, fizyczną i in..

Technologia chem.: zajmuje się procesem chemiczno-technologicznym; zajmuje się nieliczną grupą substancji i materiałów wytwarzanych w większej skali z otoczką fizycznych, mechanicznych i ekonomicznych czynników towarzyszących; należy do dyscyplin technicznych i ma ch-r gł. opisu technicznej realizacji produkcji; dzieli się na technologię nieorg., org. a także t. paliw, petrochemiczną, polimerów i szereg innych

Metody wzbogacania (zatężania) ciekłych surowców.

- odparowanie rozpuszczalnika - odparowanie wody w produkcji soli mineralnych, metalurgii do zatężania kwasów (H2SO4, H3PO4, kw. org.); kosztowne energetycznie;

- nasycanie roztworów surowca lub roztworów cyrkulujących stałymi lub gazowymi reagentami (produkcja sody), usuwanie niebezpiecznych składników przez strącanie osadów odpowiednim czynnikiem strącającym;

- krystalizacja lub desorpcja - np. odsalanie wód kopalnianych, odgazowywanie wód przemysłowych w toku ich uzdatniania;

- ekstrakcja - stosowana w przemyśle rafineryjnym, petrochemii, organicznym; ekstrakcja w warunkach nadkrytycznych - stosujemy sprężone gazy (CO2, etan, Xe), pary węglowodorów aromat. (toluen), alifat. n-parafiny) a także alkoholi i parę wodną; wysoka efektywność, łatwość separacji faz (c.st. i gaz); zastosowanie w produkcji olejów, odtłuszczonego białka, w przemyśle farmaceutycznym, w prod. śr. zapachowych; nadkryt. gazy i pary mogą stanowić środowisko reakcji zamiast rozpuszczalników;

- destylacja, rektyfikacja - stos. zwłaszcza w prod. org. (prócz wzbogacania rozdział złożonych mieszanin; przy użyciu wody wysokie nakłady energetyczne, niezadowalająca sprawność cieplna (przemiany fazowe c-p, p-c);

- metody adsorpcyjne - do oczyszczania produktów naftowych i chemikaliów, rozdziału na składniki; prowadzone w sposób periodyczny na nieruchomym złożu adsorbenta, fluidalnym złożu lub baterii adsorberów;

- metody membranowe (dyfuzyjne) - rozwinięcie procesów permeatacyjnych (filtracja i pokrewne), oparte na różnicach przepuszczalności membran (diafragm)w odniesieniu do poszczególnych składników mieszaniny (membrany z odpowiedniego tworzywa (celulozy i jej estrów, polimeru org., szkła, ceramiki) o odpowiednio dobranych rozmiarach porów (mikrofiltracja - oddzielanie cząsteczek w zawiesinach; ultrafiltracja - oddziel. makrocząsteczek; nanofiltracja - oddziel. cukrów, dwuwartośc. soli, zdysocjowanych kwasów; odwrócona osmoza - oddziel. jednowartośc. soli, niezdysocjowanych kwasów); stosowane w uzdatnianiu wody, odsalaniu wody morskiej i wód kopalnianych

Krótko scharakteryzuj podstawowe metody wzbogacania gazowych surowców chemicznych.

Rozdzielanie gazowych surowców pierwotnych, naturalnych, gazowych surowców wtórnych i gazowych produktów (gaz syntezowy, wodór, etylen itp.), gazów odlotowych (H2S, CO2, NOx):

-metody kriogeniczne - frakcjonowana niskotemperaturowa kondensacja (kompresja i oziębianie), frakcjonowana niskotemperaturowa destylacja (rektyfikacja); stosowanie niskich temp. odpowiadających temp. wrzenia lub kondensacji skł. mieszanin gazowych (-30÷-300 ºC); bardzo energochłonne, dlatego zastępowane innymi metodami; stos. w rozdziale powietrza na skł. (kondensacja sprężanego i oziębianego powietrza z wykorzystaniem efektu adiabat. rozprężania, z następczą frakcjonowaną destylacją); rozdziale gazów w przemyśle chem. (gazy pirolizy), rafineryjnym (gazy rafineryjne);

-metody absorpcyjno-desorpcyjne - absorpcja gł. skł. mieszaniny gazowej w selektywnym rozpuszczalniku i oddzielenie go od domieszek lub zaabsorbowanie domieszek ( na odwrót); przez desorpcję z r-ru uwalnia się zaabsorbowany składnik, a rozpuszcz. zawraca się do absorpcji (w układzie skojarzonych kolumn absorpcji i desorpcji); mniej energochłonne od metod kriog. (wyższe temp.); mniejsza precyzja rozdziału;

-metody adsorpcyjno-desorpcyjne - oparte na różnicach zdolności do ulegania adsorpcji, polegają na adsorpcji wszystkich lub części skł. na odpowiednim adsorbencie (węgiel aktywny, silikażel, sita molekularne), nast. desorpcji całości lub części zaadsorbowanych skł.; procesy prowadzone periodycznie na nieruchomym złożu adsorbenta z okresową regeneracją lub w sposób ciągły na ruchomym zwartym lub fluidalnym podłożu, lub w baterii adsorberów; adsopcja zmiennociśnieniowa PSA, VPSA - selektywna adsorpcja pod zwiększonym ciśnieniem i desorpcji pod zmniejsz. ciśn. lub zbliżonym do atmosferycznego - do rozdz. prostych mieszanin gazowych (np. wydzielanie wodoru z gazu reformingu metanu);

-metody membranowe - patrz wyżej, odznaczają się mniejszym zużyciem energii oraz brakiem ubocznych lub odpadowych strumieni; z odp. substancji sporządza się wiązki kapilar, puste włókniste moduły, układy płaskich płytek, moduły zwarte itp., stosowane do wydziel. wodoru, do oczyszcz. gazu ziemnego z CO2 i H2S; kataliza membranowa - katalit. aktywną substancją materiał membrany lub materiał naniesiony na membranę (np. enzym

Scharakteryzuj procesy uzdatniania wody. Wyjaśnij istotę jonitowego odmineralizowania wody.

Uzdatnianie wody to dostosowanie wody do wymagań jakościowych określ. przez poszczeg. zastosowania (surowiec chem., materiał pomocniczy, medium energ., czynnik sanitarny). Gospodarka wodno-ściekowa obejmuje oczyszcz. lub przygotowanie wody: pierwotnej surowej, przemysłowej (chłodniczej, technologicznej procesowej, do zasilania kotłów parowych i produkcji pary), pitnej, wód poużytkowych i ścieków. Operacje uzdatniania wody:

-oczyszczanie wstępne - usuwanie zanieczyszczeń mechanicznych i koloidalnych; ujęcie wody zaopatrzone w kraty zatrzymujące zanieczyszczenia mechaniczne; cząstki stałe tworzące zawiesiny w wodzie oddzielone przez sedymentację w osadnikach, drobne cząstki koloidalne usunięte metodą koagulacji - dodanie koagulantów (siarczanów glinu i żelaza ulega. hydrolizie i tworzących żele odp. wodorotlenków, łatwo sorbujące, zobojętniające i wiążące koloidalne zanieczyszczenia), osady oddziela się na filtrach; dla ułatwienia koagulacji dodaje się flokulanty - nieorg. lub org. dodatki;

-zmiękczanie - usuwanie soli Ca, Mg i in.; twardość wapniowa (obecność Ca2+), magnezowa (Mg2+), węglanowa (Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2), niewęglanowa (chlorki, siarczany i krzemiany wapnia i magnezu); tw. węglanowa (przemijająca) usuwalna metodą termiczną przez gotowanie (temp. 90 ºC), powodujące przemianę wodorowęglanów w węglany tworzące osady; tw. ogólna - tw. węglanowa i niewęglanowa; woda do obiegów chłodniczych - zastąpienie tw. węglanowej przez tw. niewęglanową - zakwaszenie odpowiednią dawką HCl (lub H2S04) z desorpcją powst. CO2: Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2↑ + 2H2O; woda do produkcji pary, kiedy w kotle może osadzać się tzw. kamień kotłowy, tworzący się w wysokiej temp. wymaga usunięcia kationów Mg i Ca; strąceniowa metoda chem. - wprowadzenie substancji wzbogacających wodę anionami CO32-, OH- (Na2CO3, Ca(OH)2) powoduje strącanie CaCO3 i Mg(OH)2, które są usuwane przez osadzanie i filtrację: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O, Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2H2O;

metoda jonitowa - kationit np. usieciowana żywica fenolowa lub fenolowo-sulfonowa wymienia swoje jony H+, Na+, NH4+ na ciężkie kationy zawarte w wodzie (H-kationit, cykl wodorowy 2H-kationit+Ca2+→Ca(-kationit)2+ 2H+, następuje zakwaszenie wody, regeneracja kationitu - przemycie roztworem kwasu - reakcja odwrotna; Na-kationit, cykl sodowy 2Na-kationit+Ca2+→Ca(-kationit)2+ 2Na+, powstają sole sodowe);demineralizację (odmineralizowanie) - usuwanie wszystkich ciężkich kationów w kolumnach wypełnionych kationitem i anionów Cl-, HSO4-, SO42-, w kolumnach wypełnionych anionitem (wymieniaczem jonowym zdolnym do wymiany swoich anionów, np. OH-, na inne, anionitami są usieciowane, nierozpuszczalne żywice fenolowo-aminowe: OH-anionit+Cl-→Cl-anionit+ OH-), aniony zostają związane ze złożem anionitu i następuje zalkalizowanie wody, wobec ograniczonej pojemności jonowymiennej złoża niezbędna jest jego okresowa regeneracja - przemywanie złoża wodą zalkalizowaną (NaOH)-reakcja odwrotna do tej powyżej - cykl wodorotlenowy; instalacja demineralizacji - szeregowo połączone kolumny kationitowa i anionitowa; wprowadzenie inhibitorów powstawania kamienia kotłowego w przypadku wysokoprężnych systemów produkcji pary (subst. kompleksujących kationy, zwiększających rozpuszczalność soli mogących tworzyć kamień np. polifosforany)-odgazowanie - usuwanie rozpuszczonych gazów, CO2, O2, N2 i in.; woda do zasilania obiegów wodno-parowych wymaga usunięcia gazów, które wywołują elektrochemiczną korozję kotłów i elementów obiegu.; etap 1- wstępne odgaz. Termiczne (ogrzewanie wody), etap 2 - usuwanie resztek gazów metodami chem.; usuwanie tlenu - wprowadzenie łatwo utleniających się dodatków, siarczanu sodu 2Na2SO3+O2→2Na2SO4(użycie siarczanu niekorzystne - wtórne zasolenie), hydrazyny N2H4+O2→N2+2H2O(niekorzystna ze wzgl. na kancerogenność w zetknięciu ze skórą), oksymów (np. metyloetyloketoksym); dla dodatkowego zabezpieczenia kotłów parowych i obiegów wodnych dodawane są inhibitory korozji różnych klas i typów;

dezynfekcja - usuwanie bakterii, drobnoustrojów; wprowadzenie do obiegów, chłodni kominowych biocydów, substancji przeciwbakteryjnych, silnych utleniaczy np. Cl2(g), podchlorynów, O3, H2O2; filtracja wody przez aktywny węgiel; przy wytwarzaniu wody pitnej, dla przemysły farmaceutycznego, spożywczego; inne

metody - membranowa - do produkcji ultraczystej wody; przepuszczanie wody przez półprzepuszczalne membrany łączące efekt dyfuzji z wymianą jonową (zmniejszenie ilości chemikaliów do uzdatniania); ciągła dejonizacja.

Wyjaśnij istotę technolog. zasad współczesnej racjonalnej kompleksowej gospodarki surowcami.

Zasady te wskazują na sposoby prowadzące do najbardz. efektywnego, oszczędnego i bezpiecznego wykorzystania surowców:

zasada kompleksowego wykorzystania możliwie wszystkich składn. wieloskładn. surowca - minimalizacja kosztów i ilości bezużytecznych składników stanowiących odpady, ścieki, emisje. Przykład: procesy przerobu ropy naftowej - poszczególne frakcje znajdują zast. do produkcji gazów płynnych, benzyn, olejów napędowych smarowych i opałowych; przerób rud apatytowo-nefelinowych metodą flotacji na apatyt - do prod. nawozów fosforowych; przerób nefelin - do prod. aluminium;

zasada doboru najkorzystniejszego z „alternatywnych surowców”- konieczność obniżenia kosztów produkcji - stosowanie tańszych łatwo dostępnych lub surowców, które mogą zostać taniej i łatwiej przetworzone w produkt, konieczność stosowania surowca i procesów przetwarzania coraz mniej uciążliwych dla środowiska; przykłady: węgiel lub surowce węglowodorowe (źródło węgl. aromat., gazu syntezowego), surowce węglowodorowe i odnawialne (produkcja związków tlenowych, komponentów paliw), ropa naftowa i gaz ziemny jako surowce petrochemiczne (produkcja surowców wtórnych - etylen, propylen, buteny, butadieny, benzen), etan, gazy płynne, benzyna, ciężkie frakcje naftowe (w.w. surowce wtórne), gaz ziemny, gazy płynne, pozost. ropne (gaz syntezowy, wodór), etylen propylen, acetylen (chlorek winylu, aldehyd octowy, akrylonitryl);

zasada maks. wykorzystania produktów ubocznych i odpadów jako surowców - wykorzystanie odpadów w procesie macierzystym (nawrót, recykling np. recykling etanu w produkcji etylenu) lub poza macierzystym procesem; odpady nie mające zastosowania jako surowce (szlamy, żużle, osady, odpady org.) wymagają spalania, unieszkodliwiania, gromadzenia na składowiskach; konieczność utylizacji i zagospodarowania produktów poużytkowych (wyrobów z tworzyw sztucznych, gumy);

zasada wielokierunkowego wykorzystania surowca - tańsze operowanie małym asortymentem surowców do produkcji szerokiego asortymentu produktów, co umożliwia bardziej elastyczne dopasowanie asortymentu produkcji do popytu na rynkach; przykłady: etylen (polietyleny, dichloroetan i chlorek winylu, styren i etylobenzen, tlenek etyleny i glikol etylenowy, aldehyd octowy i kwas octowy, wyższe olefiny, octan winylu), propylen (polipropylen, akrylonitryl, wyższe aldehydy i alkohole, tlenek propylenu i glikol propylenowy, kumen i fenol, wyższe olefiny, kwas akrylowy i akrylany), metan (gaz syntezowy i wodór, acetylen, cyjanowodór, siarkowodór, chlorometany);

zasada kombinowania różnych procesów przerobu surowców - minimalizacja kosztów wytwarzania poprzez kojarzenie w obrębie wytwórni procesów egzotermicznych i endotermicznych w autotermiczne.

Jak rozumiesz rolę chemika w ochronie środowiska?

Chemik powinien współdziałać w kompleksowej ochronie środowiska poprzez wprowadzenie bezodpadowych technologii oraz poprzez podjęcie się pełnienia centralnej roli z zanieczyszczeniami środowiska powodowanymi przez inne obszary życiowej i produkcyjnej działalności człowieka (rozwój chem. metod i środków unieszkodliwiania szkodliwych emisji, ścieków i odpadów). Aktualnym zadaniem technologii chemicznej jest kompleksowa gospodarka odpadami i wyrobami poużytkowymi (opakowania z tworzyw sztucznych, guma oleje i in.).

1. Metody uszlachetniania surowców stałych.(5)

Metody wzbogacania stałych kopalin można podzielić na 2 główne grupy:

1. metody mechaniczne - wykorzystują różnice w właściwościach fizycznych lub fizykochemicznych minerałów. Wyróżniamy tu:

• rozdział sitowy - wykorzystuje różnice w kruchości między składnikiem głównym złoża, a skałą płonną (np. oddzielanie fosforytów od skały płonne). Odmianą tej metody jest dekrepitacja polegająca na pękaniu i kruszeniu minerału w czasie prażenia.

• rozdział grawitacyjny - wykorzystuje różnice ciężarów właściwych rozdzielanych cząstek. Rozdrobnione cząsteczki minerału zawieszone w środowisku cieczy np. woda (rozdział grawitacyjny mokry) lub gazu np. powietrze (rozdział grawitacyjny suchy) opadają z różną prędkością, zależną od ich ciężarów właściwych. Zastosowanie w produkcji krzemianów.

• rozdział elektromagnetyczny - metoda wykorzystująca różnice w zachowaniu niektórych cząstek (magnetycznych i niemagnetycznych) w polu elektromagnetycznym np. wzbogacanie niektórych rud żelaza (magnetyt).

• rozdział termiczny - wykorzystanie różnic temperatur topnienia składników np. wytapianie cennego składnika ze złoża lub rudy (podziemne wytapianie siarki).

• rozdział flotacyjny - wykorzystuje różnice zwilżalności cząsteczek, zwłaszcza wodą. Składniki dobrze zwilżalne wodą opadają na dno aparatu, natomiast źle zwilżalne zostają unoszone ze środowiska cieczy w postaci piany. Flotacja jest jedną z najważniejszych metod wzbogacania surowców mineralnych, jest stosowana np. do wzbogacania węgla.

2. metody chemiczne - wykorzystujące do rozdziału składników minerału różnice ich reaktywności chemicznej w stosunku do dodanego reagenta. Do tej grupy

metod należą procesy wzbogacania oparte bądź to na przemianach chemicznych jakim ulegają niektóre składniki minerału w podwyższonej temperaturze (np. prażenie minerałów dla rozkładu, ogrzewanie dla usunięcia wody krystalizacyjnej itp.), bądź też na selektywnym rozpuszczaniu lub reaktywności wobec dodanego reagenta (np. ekstrakcja).

2. Wymień przykładowe zestawy surowców alternatywnych.(5)

• węgiel albo surowce węglowodorowe (ropa naftowa, gaz ziemny), jako źródło węglowodorów aromatycznych, gazu syntezowego, acetylenu i niektórych innych

• surowce węglowodorowe (ropa naftowa, gaz ziemny) albo surowce odnawialne (roślinne, zwierzęce), w produkcji niektórych związków tlenowych, w tym gazowych i ciekłych komponentów paliw, półproduktów i in. ropa naftowa albo gaz ziemny, jako surowice petrochemiczne (a także jako paliwa) do produkcji podstawowych surowców wtórnych (etylenu, propylenu i in.)

• etan albo gazy płynne, albo benzyna, albo ciężkie frakcje naftowe, jako surowce do produkcji etylenu i produktów towarzyszących

• gaz ziemny albo gazy płynne, albo pozostałości ropne, w produkcji gazu syntezowego i wodoru

• etylen i propylen, albo acetylen, jako surowce w produkcji chlorku winylu, aldehydu octowego, akrylonitrylu

3. Omów metody wzbogacania (zatężania) ciekłych surowców.(3)

Ciekłe surowce poddawane wzbogaceniu stanowią wodne i niewodne roztwory składnika głównego i domieszek, w tym również komponenty wieloskładnikowych mieszanin.

Podstawowe metody wzbogacania to:

1. odparowanie rozpuszczalnika - najczęściej wody. Stosowane jest przy produkcji soli mineralnych, w metalurgii i in. Operacja jest bardzo kosztowna energetycznie.

2. nasycenie roztworów surowca lub roztworów cyrkulujących stałymi lub gazowymi składnikami lub reagentami np. w produkcji sody nasycenie naturalnej solanki stałą solą.

3. krystalizacja dla wydzieleniem ciała stałego lub desorpcja dla wydzielenia gazu np. odsalanie wód kopalnianych.

4. ekstrakcja ciecz - ciecz. Znajduje częste zastosowanie do wzbogacania surowców i do wydzielania składników mieszanin produktów w przemyśle rafineryjnym, petrochemicznym i organicznym. Odmianę tradycyjnej ekstrakcji stanowi ekstrakcja w warunkach nadkrytycznych, w której stosuje się sprężone gazy(CO₂, Xe i in.) lub pary węglowodorów aromatycznych, alifatycznych, alicyklicznych, a także alkoholi, pary wodnej i innych. Metoda ta charakteryzuje się wysoką efektywnością, łatwością separacji faz i prowadzenia w sposób ciągły, ale równocześnie wysokimi nakładami inwestycyjnymi i koniecznością stosowania wysokich ciśnień

5. destylacja, rektyfikacja, destylacja ekstrakcyjna (zwłaszcza dla składników różniących się polarnością), destylacja azeotropowa i in. Są to podstawowe sposoby rozdziału mieszanin cieczy na składniki wymagające dużych nakładów energetycznych.

f) metody adsorpcyjne stosowane między innymi do oczyszczania produktów naftowych i chemikaliów, suszenia, rozdziału na składniki i in. Można je stosować zarówno do mieszanin cieczy, jak i gazów. Procesy prowadzone są periodycznie na nieruchomym adsorbencie z jego okresową regeneracją lub w sposób ciągły na ruchomym, zwartym lub fluidalnym adsorbencie, na którym adsorpcja i desorpcja zachodzą nierównocześnie.

6. metody membranowe (dyfuzyjne) - metody energooszczędne stosowane do rozdziału zarówno cieczy , jak i gazów. Charakteryzuje je elastyczność i prostota eksploatacji. Oparte są na różnicach w przepuszczalności membran (diafragm) w odniesieniu do poszczególnych składników mieszaniny. W skład metod membranowych wchodzą:

• mikrofiltracja ( oddzielenie cząstek w zawiesinach)

• ultrafiltracja (oddzielenie makrocząsteczek)

• nanofiltracja (oddzielenie cukrów, dwuwartościowych soli, zdysocjowanych kwasów i in.)

• odwrócona osmoza (oddzielenie jednowartościowych soli, niezdysocjowanych kwasów i in.)

Membrany wykonane są z polimerów organicznych lub z tworzyw nieorganicznych (ceramicznych, szkła). Szeroki zakres stosowania: uzdatnianie wody, odsalanie wody morskiej i wód kopalnianych, rozdzielanie prostych mieszanin cieczy (zatężania alkoholu) i in.

4. Wyjaśnij istotę technologicznych zasad współczesnej racjonalnej kompleksowej gospodarki surowcami.(2)

Istotą technologicznych zasad współczesnej, racjonalnej i kompleksowej gospodarki surowcami jest wskazanie sposobów prowadzących do najbardziej efektywnego, oszczędnego i bezpiecznego wykorzystywania surowców. Można tu wymienić następujące zasady:

• Zasada kompleksowego wykorzystania możliwie wszystkich składników wieloskładnikowego surowca - wynika ona zarówno z przesłanek ekonomicznych (minimalizacja kosztów), jak i z wymogów ochrony środowiska (minimalizacja ilości odpadów, ścieków i emulsji)

• Zasada doboru najkorzystniejszego spośród możliwych (alternatywnych) surowców

• Zasada maksymalnego wykorzystania produktów ubocznych i odpadów jako surowców

• Zasada wielokierunkowego wykorzystania surowca

• Zasada kombinowania (integracji) różnych procesów przerobu surowców

5. Podaj przykłady systemów klasyfikacji surowców do produkcji chemicznej.(2)

1. Ze względu na przeznaczenie:

• Surowce pierwotne - materiały naturalne występujące w przyrodzie, nie stosowane, lub rzadko stosowane bezpośredni do produkcji chemicznej (np. ropa naftowa, węgiel kamienny, rudy metali, gaz ziemny)

• Surowce wtórne - właściwe materiały wyjściowe do produkcji chemicznej (np: etylen, wodór, benzen, siarkowodór). Najczęściej, aczkolwiek nie zawsze, surowce wtórne są półproduktami uzyskanymi z przerobu surowców pierwotnych.

• Odpady - produkty uboczne i odpady z produkcji chemicznej, które znalazły zastosowanie jako surowce.

2. Podział surowców pierwotnych:

• wg stanu skupienia: stałe, ciekłe, gazowe.

• wg składu: organiczne, nieorganiczne

• wg pochodzenia(1): roślinne, zwierzęce, mineralne (w tym: rudy metali, surowce niemetaliczne, paliwa)

• wg pochodzenia(2): petrochemiczne i niepetrochemiczne

• wg charakteru: odnawialne i nieodnawialne

6. Krótko scharakteryzuj procesy uzdatniania wody.(9)[szczególnie jonitowe]

W celu dostosowania wody do rozmaitych wymagań stosuje się następujące główne procesy.

• oczyszczanie wstępne - sedymentacja w odstojnikach i koagulacja za pomocą koagulatów drobnych cząstek

• zmiękczanie (metoda termiczna, chemiczna i jonitowa) -

• metoda termiczna - polega na prostym podgrzaniu wody do temp. 90 st. C. Ulegają rozkładowi wodorowęglany, wytrąceniu trudno rozpuszczalne węglany i usunięta zostaje twardość węglanowa.

• metoda chemiczna - ma na celu usunięcie jonów Ca²⁺ i Mg²⁺, przez dodatki związków chemicznych takich jak: Na₂CO₃, Na₃PO₄, Ca(OH)₂, CaO i innych. Wzbogacenie wody anionami CO₃^2- i OH^- powoduje wytrącenie trudno rozpuszczalnych CaCO₃ i Mg(OH)₂, które usuwa się przez osadzanie i filtrację.

• metoda jonitowa - najważniejsza obecnie metoda zmiękczania wody. Dla usunięcia Ca²⁺ i Mg²⁺ przez wodę przepuszcza się kolumny jonitowe; kolumny wypełnione kationitem tj. wymieniaczem jonowym zdolnym do wymiany swoich kationów H⁺, NH₄⁺, Na⁺, na ciężkie kationy zawarte w twardej wodzie. Kationitami są najczęściej usieciowione polimery np: żywice fenolowe, fenolowo-sulfonowe i inne zawierające łatwo wymienialne kationy H⁺ i Na⁺. W kolumnie zawierającej H-kationit zachodzi reakcja: 2 H-kationit + 2 Ca²⁺ --> Ca(-kationit)₂ + 2H⁺. Wskutek wymiany jonowej następuje zakwaszenie wody, a ciężkie jony zostają związane z kationitem. W przypadku stosowania Na-kationitu wskutek wymiany jonowej powstają sole jonowe. Złoże kationitu posiada ograniczoną pojemność jonowymienną i okresowo wymaga regeneracji, czyli przeprowadzenia reakcji odwrotnej.

• demineralizacja - stanowi kombinację usuwania kationów ciężkich czyli zmiękczania oraz usuwania anionów Cl^-, HSO₄^-, SO₄^2-, w kolumnach wypełnionych anionitem. Jako anionity stosuje się np: usieciowione żywice fenolowo-aminowe zawierające łatwo wymienialne aniony OH^-. Usuwanie jonów Cl^- zachodzi w reakcji Cl^- +(OH)-anionit -->Cl-anionit + OH^-.Demineralizacja składa się więc z układu połączonych szeregowo kolumn kationitowej i anionitowej.

• odgazowanie - Stosowane wobec wody przeznaczonej do zasilania obiegów wodno-parowych, zwłaszcza wysokociśnieniowych. Przeprowadza się je dwuetapowo: poprzez odgazowanie termiczne (podgrzanie wody), a następnie usuwanie resztek gazu metodami chemicznymi. Stosuje się w tym celu hydrazynę i metyloetyloketoksym i inne oksymy.

• dezynfekcja - celem dezynfekcji jest zniszczenie drobnoustrojów. Przeprowadza się ją biocydami, substancjami bakteriobójczymi lub silnymi utleniaczami. np. gazowym chlorem, ozonem.

metoda membranowa - metoda polega na przepuszczaniu wody przez półprzepuszczalne membrany np: nanofiltracja. jej istotną zaletą jest ograniczenie liczby chemikaliów stosowanych do oczyszczania wody. Znajduje ona zastosowanie m.in. do pozyskiwania ultraczystej wódy.

19. Krótko opisz podstawowe metody wzbogacania stałych kopalin.(5)

Surowce wzbogaca się w celu zmniejszenia nakładów inwestycyjnych i energetycznych- na ogrzewanie, transport surowca do wytwórni i w obrębie instalacji. Następuje intensyfikacja procesu-można lepiej wykorzystać ciepło reakcji i wytworzyć produkt lepszej jakości.

Metody wzbogacania stałych kopalin dzielimy na

-metody mechaniczne -wykorzystują różnice właściwości fizycznych i fizykochemicznych

-metody chemiczne- wykorzystują różnice ich reaktywności chemicznej w stosunku do danego reagenta

Najpierw materiał należy rozdrobnić w łamaczach, gniotownikach, młynach

METODY MECHANICZNE

1.Rozdział sitowy - składniki różnią się kruchością, przy rozdrabnianiu dają ziarna różnej wielkości możliwe do rozdzielenia na sitach np. oddzielenie fosforytów od skały płonnej. Odmianą tej met. jest dekrepitacja wykorzystująca w rozdziale pękanie i kruszenie minerału w czasie prażenie np.baryt BaSO4 ogrzewany rozpada się na proszek podczas gdy krzemiany pozostają niezmienione. Składniki rozdziela się następnie na sitach.

2.Rozdział grawitacyjny-wykorzystuje różnice ciężarów właściwych rozdzielanych cząstek, można metodę tą wspomagać siłą odśrodkową poprzez wirowanie (separatory powietrzne -wiralne, hydrauliczne, hydrocyklony)

-rozdział grawitacyjny mokry-rozdrobnione cząsteczki minerału zawieszone w środowisku cieczy

-rozdział grawitacyjny suchy -cząsteczki zawieszone w środowisku gazu (powietrze, gazy inertne)

Met. stosowana w produkcji krzemianów i soli mineralnych

3.Rozdział elektromagnetyczny-wykorzystuje różnice w zachowaniu niektórych cząstek (magnetycznych i niemagnetycznych)w polu elektromagnetycznym np. wzbogacanie niektórych rud żelaza (magnetyt), tytanu (rutil)

4.Rozdział elektrostatyczny-wykorzystuje różnicę przewodnictwa elektrycznego cząstki składnika płonnego i skały płonnej. W separatorze jest elektroda połączona a ujemnym biegunem prostownika. Cząstki przewodzące ładują się ujemnie i przesuwają się do odległego bunkra. Cząstki dielektryków nie przesuwają się i opadają na dno np. rozdział metalicznych elektroprzewodzących rud od towarzyszących im wapieni, gipsu, krzemianów.

5.Rozdział termiczny-wykorzystuje różnice temperatur topnienia składników np. wytapianie cennego składnika ( w stanie ciekłym) ze złoża lub rudy, podziemne wytapianie siarki oddzielanej od wapieni, gipsu, krzemianów

6. Rozdział flotacyjny-wykorzystuje różnice zwilżalności cząstek (zwłaszcza wodą)Składniki źle zwilżane wodą (hydrofobowe) zostają unoszone ze środowiska cieczy w postaci piany w wyniku wdmuchiwania powietrza do aparatu flotacyjnego. Składniki dobrze zwilżane wodą ( hydrofilowe) opadają na dno aparatu. Ciało stałe musi być dokładnie rozdrobnione 0,1-0,3mm. Met. stosowana min do rozdziału na frakcje polimetalicznych rud siarczkowych i do wzbogacania węgla. Dla zwiększenie efektywności flotacji stosuje się środki pieniące zmieniające napięcie powierzchniowe i kąty zwilżalności na granicy faz , środki zbierające- kolektory (środki hydrofobizujące powierzchnie niektórych składników w wyniku wybiórczej adsorpcji np. kwasy organiczne, ksantogeniany i in subst zawierające małą gr polarną i duża część niepolarną tworzącą hydrofobową otoczkę ), regulatory pH i in.

METODY CHEMICZNE

1. Oparte na przemianach chemicznych np. prażenia minerałów dla rozkładu np. węglanów, ogrzewanie dla usunięcia wody krystalicznej, wypalanie organicznych domieszek.

2. Oparte na selektywnym powinowactwie (rozpuszczanie, ekstrakcja) lub reaktywności wobec badanego reagenta. Oddzielenie może odbywać się przez odparowanie ,destylację, wytapianie, osadzanie z roztworu.

Technologia hydrometalurgiczna- przetwarzanie surowców metalonośnych met.chem. Wydzielanie metali odbywa się z wykorzystaniem reakcji chemicznych z wodnych roztworach w hermetycznych reaktorach z zamkniętymi obiegami np. przerabianie rudy miedzi, otrzymywanie metali kolorowych, rzadkich, szlachetnych, naturalnych i sztucznych radioaktywnych.

20. Zdefiniuj znaczenie określenia -„chemiczne surowce wtórne” i wymień najważniejsze surowce wtórne (2)

Chemiczne surowce wtórne: wstępnie przygotowane, wstępnie przetworzone związki chemiczne, przekształcone w postać reaktywną zdolną do dalszych przemian chemicznych - właściwe substraty to syntez.

Surowce pierwotne→ wstępne operacje→ procesy→ surowce wtórne

Np: Gaz ziemny→ oczyszczanie i rozdzielanie→ półspalenie→ acetylen

Najważniejsze surowce wtórne:

• gaz syntezowy

• wodór

• niskocząsteczkowe alkeny (olefiny) a wśród nich etylen

• acetylen

• węglowodory aromatyczne (benzen i jego homologi)

inne ważne surowce: tlen, azot, wodór, chlor i inne.

Metody wzbogacania surowców gazowych.

- met. kriogeniczne - charakteryzuja się koniecznością stosowania bardzo niskich temp. odpowiadających kondensacji lub temp. wrzenia składników gazowych mieszanin (zwykle od -30oC do -200oC). Są one zatem bardzo energochłonne i chętnie obecnie zastępowane przez bardziej energooszczędne niekriogeniczne (zwłaszcza adsorpcyjne i membranowe) metody:

- met. absorpcyjno-desorpcyjne, polegają na absorpcji głównego składnika (składników) mieszaniny gazowej w selektywnym rozpuszczalniku i oddzieleniu go w ten sposób od domieszek.

- met. adsorpcyjno-desorpcyjne, oparte są na różnicach zdolności do ulegania adsorpcji wszystkich lub części składników na odpowiednio dobranym adsorbencie (węgiel aktywny, sita molekularne i In.), a następnie desorpcji całości lub frakcjonowanej desorpcji zaadsorbowanych składników.

- met. membranowe, oparte na różnicach wartości współczynników przenikania składników mieszaniny przez membrany już obecnie w wielu przypadkach skutecznie konkurują z metodami konwencjonalnymi.

---