Применение оксида фосфора

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Химическая производства. Отходы производства фосфорных удобрений

Возникновение отходов неизбежно в любом производстве, но именно химическая отрасль, порой, способна давать самые опасные отходы, правильная утилизация которых, является очень серьезной проблемой. Если подробно разобрать все отрасли химического производства, и узнать, какие именно из них дают наибольшее количество отходов, то на первом месте, безусловно, будут стоять фосфорные удобрения. Данная продукция является очень важной для сельского хозяйства по всему миру и потребляется в огромных количествах. Чтобы удовлетворить такой гигантский спрос, по всему миру построено очень много химических предприятий, занимающихся производством данных удобрения, именно и предприятия и дают такое большое количество отходов.

Огромное количество отходов при производстве фосфорных удобрений, является следствием того, что эти самые удобрения получают с помощью обогащения фосфорных руд, и около 75 процентов от исходного количества сырья, идет на отходы. Для того, чтобы извлечь необходимые материалы из исходного количества руды, ее подвергают воздействию большого количества разнообразных реагентов. Но даже после этого, в отходах содержится большое количество фосфатов. Так как фосфорная руда является труднобогащаемой, то, целесообразнее всего производить извлечение фосфатом методом селективного выщелачивания. Для осуществления этого выщелачивания, обычно используются различные кислоты или отходы, содержащие кислоту.

В следствие такой обработки, в отходах очень большое содержание редкоземельных элементов, а также нуклидов, что делает такие отходы довольно опасными. Кроме вышеописанных элементов, в отходах содержится большое количество канцерогенных веществ. Для того, чтобы не подвергать экологию слишком большой опасности, количество радионуклидов в отходах строго контролируется, и при превышении некоторого редела, становится вопрос о безопасном захоронении этих материалов. фосфор удобрение кислота

Фосфорный обогащенный концентрат перерабатывают в термических печах, при очень высоких температурах, порядка 1500 градусов по Цельсию. В процессе переработки, добавляется кокс и кремнезем, который выступает в качестве флюса. В результате вышеописанных действия, получается фосфор, а также шлаковый расплав, который также является отходом. Шлаковый расплав сливается из печей и гранулируется. После того, как шлак прошел процедуру гранулирования, его плотность составляет 2800 килограмм на один кубический метр, а по консистенции, он сравним с мелко и среднезернистым песком. Но данный шлак не выбрасывается, а является очень важным компонентом в строительной индустрии. Так, его используют, как заменитель глинистого компонента, добавляя в цемент. Все это значительно увеличивает экономию топлива. Кроме того, шлаки активно используются для получения портландцемента. Подобный цемент, сразу после схватывания и в первое время, имеет меньшую прочность, по сравнению с обычным цементом, однако, в дальнейшем, через несколько месяцев, она значительно возрастает и перегоняет классический цемент.

2. Переработка отходов производства

Основное количество добываемых фосфатных руд служит для производства фосфорсодержащих минеральных удобрений. Наиболее важны апатитовые и фосфоритные руды, содержащие минералы апатитовой группы с общей формулой 3M₃(PO₄)₂ · CaX₂ (где М - ионы кальция, натрия, стронция и других элементов, а Х - ионы фтора, хлора и группа ОН^-). Кроме апатита, фосфатные руды содержат минералы-примеси.

В зависимости от состава руд применяют различные методы химической переработки природных фосфатов. В большинстве случаев руду предварительно размалывают и подвергают обогащению различными способами. Процессы обогащения сопровождаются образованием больших количеств твердых отходов в виде хвостов и пыли, уносимой с воздухом аспирационных систем и с газами сушильных установок.

Концентраты фосфатного сырья перерабатывают химическим путем двумя группами методов. К первой относится прямая кислотная или термическая переработка сырья с непосредственным получением готовых продуктов: суперфосфатов, обесфторенных фосфатов и др. Вторая группа - это разложение фосфатов с получением термической и экстракционной фосфорных кислот, которые служат для производства различных продуктов, в том числе и минеральных удобрений.

Например, при прямой сернокислотной обработке фосфатов получают простой суперфосфат, являющийся низкоконцентрированным фосфорным удобрением, содержание усвояемого Р₂О₅ в котором обычно не превышает 20 %. В этой связи вполне понятно стремление частично или полностью заменить серную кислоту на фосфорную. Последнюю в промышленности получают из фосфатов двумя методами: сернокислотным (экстракционным или мокрым) и электротермическим.

3. Отходы производства экстракционной фосфорной кислоты

В качестве твердого отхода производства фосфорной кислоты сернокислотным способом образуется фосфогипс - сульфат кальция с примесями фосфатов.

В зависимости от условий получения фосфорной кислоты в осадке образуется дигидрат CaSO₄ ·2H₂O, полугидрат CaSO₄ ·0,5 H₂O или безводный сульфат кальция, что и обуславливает соответствующие названия продуктов - фосфогипс, фосфополугидрат и фосфоангидрит. Эти отходы представляют собой серый мелкокристаллический комкующийся порошок влажностью до 25-40 % (в зависимости от условий получения фосфорной кислоты). В пересчете на сухое вещество они содержат до 94 % CaSO₄. Основными примесями в них являются непрореагировавшие фосфаты, полуторные оксиды, соединения фтора и стронция, неотмытая фосфорная кислота, органические вещества. В них присутствуют соединения марганца, молибдена, кобальта, цинка, меди, редкоземельных и некоторых других элементов.

Основную массу образующегося фосфогипса в настоящее время сбрасывают в отвалы. Транспортирование фосфогипса в отвалы и его хранение связаны с большими капитальными и эксплуатационными затратами, достигающими 40 % от стоимости сооружения и эксплуатации основного производства, и осложняет работу заводов.

По агрохимической значимости для растений сере отводят четвертое место среди питательных элементов. В этой связи фосфогипс, содержащий до 22,1% серы и до 0,5% неотмытой фосфорной кислоты, может быть использован как содержащее серу и фосфор минеральное удобрение. Однако использование такого удобрения экономически оправдано только на сравнительно небольших расстояниях от заводов, не превышающих 500 км.

Соединения фосфора. При горении фосфина или фосфора образуется, как вы уже знаете, оксид фосфора Р205 -- белый гигроскопичный порошок. Это типичный кислотный оксид, обладающий всеми свойствами кислотных оксидов. Оксиду фосфора соответствует фосфорная кислота Н3Р04. Она представляет собой твердое прозрачное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде в любых соотношениях. Как трехосновная кислота, Н3Р04 образует три ряда солей: средние соли, или фосфаты, например Са3(Р04)2, которые нерастворимы в воде, кроме фосфатов щелочных металлов; кислые соли -- дигидрофосфаты, например Са(Н2Р04)2, большинство из которых хорошо растворимы в воде; кислые соли -- гидрофосфаты, например СаНР04, которые мало растворимы в воде (кроме фосфатов натрия, калия и аммония), т. е. занимают промежуточное положение между фосфатами и гидрофосфатами по растворимости. В природе фосфор в свободном виде не встречается -- только в виде соединений. Важнейшими природными соединениями фосфора являются минералы фосфориты и апатиты. Основную их массу составляет фосфат кальция Са3(Р04)2, из которого и получают в промышленности фосфор.

Биологическое значение фосфора. Фосфор является постоянной составной частью тканей организмов человека, животных и растений. В организме человека большая часть фосфора связана с кальцием. Для построения скелета ребенку требуется столько же фосфора, сколько и кальция. Кроме костей, фосфор содержится в нервной и мозговой тканях, крови, молоке. В растениях, как и у животных, фосфор входит в состав белков.

Из фосфора, поступающего в организм человека с пищей, главным образом с яйцами, мясом, молоком и хлебом, строится АТФ -- аденозинтрифосфорная кислота, которая служит собирателем и носителем энергии, а также нуклеиновые кислоты -- ДНК и РНК, осуществляющие передачу наследственных свойств организма. Наиболее интенсивно АТФ расходуется в активно работающих органах тела: в печени, мышцах, мозгу. Недаром знаменитый минералог, один из основоположников науки геохимии, академик А. Е. Ферсман назвал фосфор «элементом жизни и мысли».

Как было указано, фосфор существует в природе в виде соединений, содержащихся в почве (или растворенных в природных водах). Из почвы фосфор извлекается растениями, а животные получают фосфор с растительной пищей. После отмирания растительных и животных организмов фосфор снова переходит в почву. Так осуществляется круговорот фосфора в природе (рис. 36). Применение фосфора и его соединений. Красный фосфор используют для производства спичек, фосфорной кислоты, которая, в свою очередь, идет на производство фосфорных удобрений и кормовых добавок для животноводства. Кроме того, фосфор применяют для получения ядохимикатов (вспомните баллончики с дихлофосом, хлорофосом и др.).

Использованные литературы

1. Ф.Г.Фельдман, Г.Е.Рудзитис. ХИМИЯ. Учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений. - М., 5-е издание, ПРОСВЕЩЕНИЕ, 1997.

2. ХИМИЯ. Справочные материалы. Под ред.Ю.Д.Третьякова, - М., ПРОСВЕЩЕНИЕ, 1984.

3. ХИМИЯ. Справочник школьника, - М., 1995.

4. ХИМИЯ. Энциклопедия для детей. Том 17, АВАНТА, 2000.

5. Везер В.-Дж., Фосфор и его соединения, пер. с англ., - М., 1963

Размещено на Allbest.ru