I. Surowce i materiały pomocnicze do produkcji chemicznej

1. Porównaj zasadnicze cechy surowców odtwarzalnych i kopalnych.

Surowcami odtwarzalnymi nazywamy surowce roślinne i zwierzęce, gdyż pozyskuje się je w wyniku świadomej działalności człowieka, a ich źródłem jest uprawa roślin i hodowla zwierząt. Możemy tu wyróżnić: węglowodany (skrobia, celuloza), oleje roślinne i zwierzęce oraz białka (kazeina).

Surowców roślinnych i zwierzęcych nie można zakwalifikować do jakiejś grupy związków chemicznych z uwagi na: różną strukturę, właściwości fizyczne i chemiczne, zastosowanie w przemyśle chemicznym jak i spożywczym. Ich wspólną cechą jest biodegradowalność (rozkład na proste cząsteczki w wyniku działania mikroorganizmów).

Dzięki obecności kilku grup funkcyjnych można w szerokim zakresie zmieniać ich właściwości poprzez modyfikacje polegające na przemianach chemicznych.

Z uwagi na biodegradację surowce odtwarzalne wymagają szczególnych warunków magazynowania i dystrybucji, dlatego muszą być chronione przed wpływami atmosferycznymi, a zwłaszcza przed wodą i działaniem podwyższonej temperatury.

Produkty na bazie surowców naturalnych mają dobre właściwości użytkowe (brak reakcji ubocznych przy kontakcie z ludźmi).

Surowce kopalne zaliczamy podobnie jak surowce odtwarzalne do surowców pierwotnych. Są pochodzenia mineralnego i mają charakter nieodnawialny. Możemy tu zaliczyć: paliwa stałe kopalne (węgiel kamienny), paliwa ciekłe kopalne (tylko ropa naftowa), paliwa gazowe kopalne (gaz ziemny) oraz kopaliny nieorganiczne (rudy metali).

2. Metody uszlachetniania surowców stałych.

Metody wzbogacania stałych kopalin można podzielić na 2 główne grupy:

METODY MECHANICZNE - wykorzystują różnice w właściwościach fizycznych lub fizykochemicznych minerałów. Wyróżniamy tu:

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.

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

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

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

Metoda stosowana w produkcji krzemianów i soli mineralnych.

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

Rozdział elektrostatyczny - wykorzystuje różnicę przewodnictwa elektrycznego cząstki składnika płonnego i skały płonnej. W separatorze jest elektroda połączona z 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.

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

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 minnymi do wzbogacania węgla. Dla zwiększenie efektywności flotacji stosuje się środki pieniące zmieniające napięcie powierzchniowe i kąty zwilżalności na granicy faz.

METODY CHEMICZNE - wykorzystujące do rozdziału składników minerału różnice ich reaktywności chemicznej w stosunku do dodanego reagenta.

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

3. Wymień przykładowe zestawy surowców alternatywnych.

- 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 innych.

- ropa naftowa albo gaz ziemny, - jako surowce 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

4. Opisz czym są surowce wtórne i wymień najważniejsze z nich.

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.

5. Omów metody wzbogacania (zatężania) ciekłych surowców.

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

--- odparowanie rozpuszczalnika - odparowanie rozpuszczalnika (najczęściej wody) stosuje się przy produkcji soli mineralnych, w metalurgii do zatężania kwasów ( H₂SO₄ , H₃PO₄ , kwasów organicznych). Metoda bardzo kosztowna energetycznie.

--- nasycenie - roztworów surowca lub roztworów cyrkulujących stałymi lub gazowymi reagentami (produkcja sody). Usuwanie niebezpiecznych składników przez strącanie osadów odpowiednim czynnikiem strącającym.

--- krystalizacja - (wydzielanie ciała stałego) lub desorpcja (wydzielanie gazu) np. odsalanie wód kopalnianych, odgazowywanie wód przemysłowych w toku ich uzdatniania.

--- ekstrakcja - stosowana w przemyśle rafineryjnym , petrochemicznym, organicznym. Ekstarkcja w warunkach nadkrytycznych - sprężone gazy (CO₂ , etan i innne), pary weglowodorów aromatycznych (toluen), alkoholi i pare wodną. Wysoka efektowność, łatwość separacji faz (ciało stałe i gaz) i prowadzenie w sposób ciągły. Przy produkcji olejów, w przemyśle farmaceutycznym, produkcja środków zapachowych.

--- destylacja - (różne jej formy: destylacja ekstrakcyjna, azeotropowa) i rektyfikacja. Są to sposoby wzbogacania ale także rozdział złożonych mieszanin na interesujące nas składniki. Wysokie nakłady energetyczne.

--- metody adsorpcyjne - stosowane między innymi do oczyszczania produktów naftowych i chemikaliów, także do rozdziału na składniki. Proces prowadzony periodycznie na nieruchomym adsorbencie z jego okresową regeneracja lub ciagły na ruchomym lub fluidalnym adsorbencie ( adsorpcja i desorpcja zachodza nierównocześnie)

--- metody membranowe (dyfuzyjne) - oparte na różnej przepuszczalności membran (diafragm) w odniesieniu do poszczególnych składników mieszaniny (odpowiednio dobrane rozmiarami porów ze względu na wielkość składników w mieszaninie). Wykonane z polimerów organicznych, celulozy, szkła, ceramiki.

mikrofiltracja - oddzielanie cząsteczek w mieszaninach

ultrafiltracja - odzielanie makrocząsteczek

nanofiltracja - oddzielanie cukrów, dwuwartościowych soli, zysocjowanych kwasów

odwrócona osmoza - oddzielanie jednowrtościowych soli, niezdysocjowanych kasów

Stosowane w uzdatnianiu wody, odsalaniu wody morskiej i wód kopalnianych.

6. Krótko scharakteryzuj adsorpcyjne i membranowe metody wzbogacania rozdziału ciekłych i gazowych mieszanin.

metody adsorpcyjne - opis wyzej

metody membranowe (dyfuzyjne) - opis wyzej

7. Porównaj sposoby przetwarzania surowców odtwarzalnych i kopalnych.

Surowce odnawialne:

- Celuloza - przemysł włokienniczy oraz papierniczy (proces wiskozowy)

- Skrobia - przemysł tekstylny, papierniczy, spozywczy, chemia gospodarcza

- Sacharoza - powszechny środek słodzacy - przemysł spożywczy i farmaceutyczny

- Tłuszcze - produkcja mydeł, przemysł spozywczy, srodki powierzchniowo czynne, przemysł chemiczny, przemysł farb i lakierów, paliwa alternatywne, biopaliwa

- Białka - przemysł tekstylny (wełna), spożywczy (kolagen, żelatyna), obówniczy, chemiczny (katalizatory), przemysł farmaceutyczny

Surowce kopalne:

- Stałe paliwa kopalne - przemysł energetyczny, do otrzymywania wyrobów grafitowych

-Ciekłe paliwa kopalne - przemysł chemiczny, rafineryjny i petrochemiczny, przemysł energetyczny

- Gazowe paliwa kopalne - przemysł energetyczny, paliwowy (LPG), chemiczny, hutnictwo, przemysł materiałów budowlanych

8. Wymień podstawowe różnice między surowcami odtwarzalnymi i kopalnymi.

Surowce odtwarzalne

odnawialne, latwo biodegradowalne, brak reakcji ubocznych przy kontakcie z ludzmi, zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, bezpieczne, dostępne

Surowce kopalne - przeciwieństwa

9. Wyjaśnij istotę technologicznych zasad współczesnej racjonalnej i 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.

10. Podaj przykłady systemów klasyfikacji surowców do produkcji chemicznej.

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

11. Jakie znasz zasady racjonalnej gospodarki surowcami.

- zasada kompleksowego wykorzystania możliwie wszystkich składn. wieloskładn. Surowca

- zasada doboru najkorzystniejszego z „alternatywnych surowców”

- zasada maks. wykorzystania produktów ubocznych i odpadów jako surowców

- zasada wielokierunkowego wykorzystania surowca

- zasada kombinowania różnych procesów przerobu surowców

12. Opisz krótko sposoby pozyskiwania surowców wtórnych z powietrza i ich zastosowanie w produkcji chemicznej.

metoda kriogeniczna - oczyszczanie powietrza (usuwanie zanieczyszczeń mechanicznych, CO₂, H₂O, organicznych domieszek), oziębianie i destylacja. Oziębianie realizuje się przez ekspansjś (rozprężanie) sprężonego gazu w turbinie. Rektyfikacja skroplonego powietrza przebiega w kolumnach rektyfikacyjnych w temp. poniżej -150^oC pod ciśnieniem 0,14 - 0,55 MPa (instalacje niskociśnieniowe) 3MPa (instalacje średniociśnieniowe).

adsorpcyjny rozdział pow. Metodą PSA - niektóre zeolity posiadające zdolność do selektywnej adsorpcji azotu oraz węgle aktywne wykazujące zdolność do selektywnej adsorpcji tlenu. Proces adsorpcji prowadzi się w temp. 20 - 30^oC i pod ciśn. 0,1 - 0,6 MPa, a desorpcji pod ciśn. Atmosferycznym lub zmniejszonym.

metody membranowe - niska energochłonność i prostota obsługi. W formie procesu ciągłego, temp. otoczenia, bez przemian fazowych.

przemysł szklarski - mniejsza emisja tlenków azotu

papierniczy - do bielenia

w instalacjach Clausa - zwiększenie odzysku siarki

ciekły azot w medycynie i przemyśle spożywczym

ultraczyste produkcje w elektronice, półprzewodniki, układy scalone

13. 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.

14. Zaproponować sposoby uszlachetniania produktów naftowych i omówić jeden z nich.

Produkty uzyskane z rozdziału ropy zawierają niepożądane substancje obniżające ich jakość. Składniki te usuwa się poprzez procesy rafinacyjne metodami chemicznymi i fizycznymi.

Zanieczyszczenia:

1. związki kwaśne - kwasy naftenowe, siarkowodór, merkaptany

2. związki siarki obojętne - siarczki, tiofeny

3. węglowodory aromatyczne o dużym udziale węgla w strukturach aromatycznych

4. węglowodory n- parafinowe

5. żywice - obniżają stabilność produktów

6. asfalteny - podwyższające zdolność produktów do koksowania

7. węglowodory nienasycone - dieny

--- Metody chemiczne:

- rafinacja ługiem - usunięcie frakcji paliwowych związków o właściwościach kwaśnych. Stosując ług (5-10-cio %) można łatwo usunąć siarkowodór w postaci siarczku sodu oraz tlenowe związki w postaci odpowiednich soli sodowych. Merkaptany (słabo rozpuszczalne w ługu) usuwamy poprzez dwa stadia: rafinacja ze wzmacniaczami (solutizery) i „słodzenie”. Stosujemy tu ług 30 % z dodatkiem wzmacniacza( metanol, sole sodowe kw. tłuszczowych, fenolany i inne) usunięcie 95-cio %; pozostałą część poddajemy procesowi „słodzenia”- merkaptany przechodzą w obojętne dwusiarczki.

- Rafinacja kwasem siarkowym - do otrzymywania produktów dla przemysłu farmaceutycznego i spożywczego( wazeliny, parafiny ciekłe). Pod działaniem kwasu usuwane są związki siarki, tlenu, azotu, węglowodory aromatyczne i nienasycone, żywice i asfalteny. Substancje częściowo rozpuszczają się w kwasie, a częściowo ulegają reakcjom utleniania, sulfonowania, oligomeryzacji, estryfikacji, kondensacji, których produkty są również usuwane kwasem.

---- Metody fizyczne:

- Rafinacja rozpuszczalnikami selektywnymi- do usuwania z produktów węglowodorów aromatycznych celem poprawy liczby cetanowej w olejach napędowych i poprawy wskaźnika lepkości w olejach smarowych. Wydzielone aromaty nie stanowią odpadu i mogą być stosowane jako składnik surowca do produkcji sadzy, oleju opalowego czy do regulacji właściwości asfaltów.

- Odparafinowanie - wydzielenie z surowców węglowodorów n- parafinowych, metodami: adsorpcji przy użyciu sit cząsteczkowych, krystalizacja z mocznikiem, krystalizacja przez obniżenie temperatury.

- Rafinacja adsorpcyjna - zwana rafinacją wykańczającą lub odbarwiającą. Ma na celu poprawę barwy produktu przez usunięcie resztek substancji barwnych nieusuniętych w innych procesach.

Eliminacja zanieczyszczeń.

- Hydrorafinacja - obejmuje grupę procesów, w których pod wpływem katalizatorów i wodoru następują procesy przemiany:

- związków S, N i O w H₂S, NH_3, H₂O i odpowiednie węglowodory nasycone,

- węglowodorów aromatycznych w nafteny,

- węglowodorów nienasyconych w nasycone,

- węglowodorów n- parafinowych w ich izomery

Proces hydrorafinacji mogą być realizowane jako:

--- Hydroodsiarczanie (dla dowolnych surowców)

--- Hydrorafinacja głęboka,;

--- Hydrorafinacja wykańczająca,

--- Hydroizomeryzacja

15. Przedstaw i krótko scharakteryzuj główne surowce przemysłu chemii nieorganicznej (kopaliny, sposób wydobycia i zastosowania).

Surowce przemysłu chemii nieorganicznej to surowce: siarkowe, solne, fosforowe i barowe

1. Surowce solne

sól kamienna - złoża są pochodzenia ewaporacyjnego. Powstały wskutek odparowania zasolonych wód i wydzielenia z nich chlorku sodu, który gromadził się w złoża halitu czyli soli kamiennej. Sól kamienna jest surowcem przemysłu chemicznego (50-60% zużycia) do produkcji sody kaustycznej i kalcynowanej, gazowego chloru, kwasu solnego, chlorków. 20% przeznaczone jest do celów spożywczych i konserwowania żywności. W niektórych krajach posypuje się nią drogi.

Sole magnezowo-potasowe - ich złoża towarzyszą zawsze złożom halitu, również powstają one poprzez ewaporację zasolonych zbiorników wodnych, lecz wskutek łatwiejszego pobierania potasu i magnezu przez organizmy żywe, ich stężenie jest mniejsze. Potas i magnez są ponadto wychwytywane przez cząsteczki glinokrzemianów. Głównymi minerałami tworzącymi sole potasowo-magnezowe (sylwinity, karnality, sole twarde) są sylwin - KCl oraz karnalit KCl · MgCl_{2 ­}· 6H₂O. Ponad 90% wydobycia soli potasowo-magnezowych wykorzystuje się w formie nawozów potasowych i chlorku magnezowego.

Eksploatacja złóż surowców solnych jest prowadzona metodami górniczymi (metoda sucha) i metodami mokrymi. Metoda sucha polega na zwykłych czynnościach górniczych, zaś metoda mokra na wypłukiwaniu wodą lub solanką bezpośrednio ze złoża po czym w zależności od potrzeb jej odparowaniu w autoklawach lub panwiach

2. Surowce fosforowe

Źródłem fosforu są apatyty, fosforyty i guano

Apatyty to izomorficzna grupa fosforanów wapniowych: Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH) pochodzenia magmowego o zmiennym składzie chemicznym. Apatyt jest pospolitym minerałem, eksploatuje się skały, które zawieraja 25-85% apatytu. Maja zastosowanie jako nawozy sztuczne, zwiazki fosforu znajdują zastosowanie w hutnictwie metali kolorowych

Fosforyty są to skały osadowe pochodzenia organicznego (fosfor jest pierwiastkiem biofilnym i ulega akumulacji w organizmach żywych) o składzie chemicznym jeszcze bardziej zmiennym niż apatyty.

Guano - jest to nagromadzenie gówna, piór i kości ptaków w warunkach suchych i niesprzyjających gniciu i rozmywaniu Tworzą warstwy o grubości od 5 do 50 m

Kopaliny fosforowe eksploatuje się metodami odkrywkowym (85%) lub płytkimi podziemnymi i następnie wzbogaca poprzez flotację.

Głównym odbiorcą kopalin fosforowych jest przemysł nawozów sztucznych. Pozostała częśc jest przetwarzana na związki mające wiele zastosowań w przemyśle chemicznym i gospodarstwie domowym.

3. Surowce siarkowe

Siarka występuje w postaci rodzimej, siarczków i siarczanów.

Siarka rodzima - otrzymuje się ją metodą odkrywkoą i flotuje a następnie rafinuje poprzez stopienie otrzymując siarkę 90-95%. Metoda mokra (Frasha), polega na wprowadzeniu wody o temp 120 st. C w otwory wiertnicze celem stopienia siarki i wytłaczaniu jej ze złoża sprężonym powietrzem. Otrzymuje się w ten sposób siarką o wysokiej czystości.

Siarkę elementarną stosuje się głównie do produkcji kwasu siarkowego (90%), oraz w rolnictwie, do wulkanizacji gumy i innych celów.

Piryty i inne siarczki - piryt to siarczek żelaza FeS. Z pirytu w procesie prażenia otrzymuje się siarkę w postaci SO₂ i wykorzystuje do produkcji kwasu siarkowego. Siarki elementarnej w ten sposób nie uzyskuje się.

Gips CaSO₄ · 6H₂O i anhydryt CaSO₄- potencjalnym i nieograniczonym źródłem siarki są złoża gipsu i anhydrytu, jednak ze względu na koszty wytwarzania z nich siarki są niekonkurencyjne wobec innych źródeł. Znalazły zastosowanie jako spoiwa wiążące w budownictwie, w hutnictwie metali kolorowych oraz wytwarzaniu farb i lakierów.

4. Surowce barowe

Baryt (BaSO₄) - jest głównym i najbardziej rozpowszechnionym minerałem baru. Eksploatuje się go metodą odkrywkowa i górniczą i wzbogaca poprzez kruszenie i mielenie, przesiewanie, wzbogacanie grawitacyjne i flotację. Znajduje zastosowanie do obciążania ciężkich płuczek do wierceń głębinowych.

16. Krótko scharakteryzuj procesy uzdatniania wody (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.

17. Wymień główne składniki wód zasolonych odprowadzanych z kopalń węgla, podaj jeden z kierunków ich utylizacji.

Chlorek sodu, kationy: wapnia, magnezu i potasu, jony: siarczanowe, bromkowe, jodkowe.

- poprzez częściowe odparowanie solanki o stężeniu ok. 100g/dm3. Powstaje chlorek sodu o wysokiej czystości i kondensat.

---