Курсовая работа (т): Номенклатура отходов производства магния

Номенклатура отходов производства магния

Введение

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния.

Плавится магний при температуре 651 оС, но в обычных условиях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 оС он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. Полоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмосфере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла - чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь всего 4 г. магния.

Магний расположен в главной подгрупп второй группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер его - 12, атомный вес - 24,312. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном состоянии 1S22S2P63S2; валентными являются электроны наружного слоя, в соответствии с этим магний проявляет валентность II. В тесной связи со строением электронных оболочек атома магния находится его реакционная способность. Из-за наличия на внешней оболочке только двух электронов атом магния склонен легко отдавать их для получения устойчивой восьмиэлектронной конфигурации; поэтому магний в химическом отношении очень активен.

На воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления. Нормальный электронный потенциал магния в кислой среде равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде. Во фтористоводородной кислоте не растворим вследствие образования пленки из труднорастворимого в воде фторида MgF2; в концентрированной серной кислоте почти не растворим. Магний легко растворяется при действии растворов солей аммония. Растворы щелочей на него не действуют. Магний поступает в лаборатории в виде порошка или лент. Если поджечь магниевою ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую температуру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении осветительных ракет. Температура кипения магния 1107 оС, плотность = 1,74 г/см3, радиус атома 1,60 НМ.

1. Описание химико-технологической схемы производства магния

В настоящее время наряду с развитием электролитического способа совершенствуются силикотермический и карботермический способы получения магния. На первой стадии развития магниевой промышленности в качестве сырья применяли хлористые соли карналлит, природные рассолы, хлоромагниевые щёлочи калийной промышленности.

Основной способ производства магния - электролитический. Электролитическое получение магния из водных растворов невозможно, так как электрохимический потенциал магния значительно более отрицательный, чем потенциал разряда ионов водорода на катоде. Поэтому электролиз магния ведут из его расплавленных солей.

Mg2+ 2Cl-

К -) А +)

Mg2+ +2e Mg0 2Cl- -2e Cl20

ЭЛЛЕКТРОЛИ3

MgCl2 2Mg + 2Cl2

магний твердый отход хлор

Основная составляющая электролита - хлористый магний МgCl2, а для снижения температуры плавления электролита и повышения его электропроводности в него вводят NаСl, СаСl2, КСl и небольшие количества NaF и СаF2.

Основным сырьем для получения магния являются карналлит (МgСl2•КСl•6Н2О), магнезит (МgСО3), доломит (СаСО3•МgСО3), бишофит (МgСl2•6Н2О). Наибольшее количество магния получают из карналлита. Обогащение карналлита является первой стадией его переработки. Сущность процесса обогащения сводится к отделению КСl и нерастворимых примесей путем перевода в водный раствор МgСl2 и КСl. При охлаждении полученного раствора в вакуум-кристаллизаторах выпадают кристаллы искусственного карналлита МgСl2•КСl•6Н2О, которые отделяют фильтрованием.

Карналлит обезвоживают в две стадии. Первую стадию проводят в трубчатых печах или печах кипящего слоя при 550-600° С. Под действием теплоты нагретых газов карналлит обезвоживается и после такой обработки содержит 3-4% влаги. Вторую стадию обезвоживания осуществляют либо плавкой полученного после первой стадии карналлита в электропечах с последующим отстаиванием окиси магния, либо хлорированием карналлита в расплавленном состоянии.

Электролитическое получение магния. Для этой цели применяют электролизер, который изнутри футерован шамотным кирпичом. Анодами служат графитовые пластины, а катодами - стальные пластины, расположенные по обе стороны анода. Для электролитического разложения хлористого магния через электролит пропускают ток под напряжением 2,7-2,8 В. В результате электролитического разложения хлористого магния образуются ионы хлора, которые движутся к аноду и после разряда создают пузырьки хлора, выходящие из электролита. Ионы магния движутся к катоду и после разряда выделяются на поверхности, образуя капельки жидкого магния.

Магний имеет меньшую плотность, чем электролит, поэтому он всплывает на его поверхность в катодном пространстве, откуда периодически удаляется с помощью вакуумного ковша. В процессе электролиза в электролите повышается концентрация других хлоридов за счет расходования МgСl2. Поэтому периодически часть отработанного электролита удаляют из ванны и вместо него заливают расплав МgСl2 или карналлита. В результате частичного разложения примесей на дне ванны образуется шлам, который регулярно удаляют из ванны. Кроме магния при электролизе получают также Cl2.

Разработан и другой способ получения магния - термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс или кремний.

+ C = Mg + CO

Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO3·MgCO3, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:

·MgCO3 = CaO + MgO + 2CO2,

2MgO + 2CaO + Si = Ca2SiO4 + 2Mg.

Преимущество термического способа состоит в том, что он позволяет получать магний более высокой чистоты. Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду.

Рис.1

2. Вредные вещества, образующиеся в результате получения магния:

Cl2

CO2

СО

NaF

CaF2

3. Паспорта загрязнителей

.1 Паспорт ингредиентного загрязнителя

.        Наименование загрязнителя: Хлор (Cl2)

.        Химическая и структурная формула, химическая активность:

Cl=Cl Cl2

Химически хлор очень активен, непосредственно соединяется почти со всеми металлами (с некоторыми только в присутствии влаги или при нагревании) и с неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода, инертных газов), образуя соответствующие хлориды. Вступает в реакцию со многими соединениями, замещает водород в предельных углеводородах и присоединяется к ненасыщенным соединениям.

.        Происхождение: хлор встречается в природе только в виде соединений. Основную роль в истории хлора в земной коре играет водная миграция. В виде иона Cl- он

содержится в Мировом океане (1,93%), подземных рассолах и соляных озерах. Известны также крупные месторождения хлоридов калия и магния и смешанных хлоридов: сильвин КCl, сильвинит (Nа, К) Cl, карналлит КCl*МgCl2*6Н2О, каинит КCl*МgSO4*ЗН2О, бишофит МgCl2*6Н2О.

.        Применение: одной из важных отраслей химической промышленности является хлорная промышленность. Основные количества хлора перерабатываются на месте его производства в хлорсодержащие соединения. Хранят и перевозят хлор в жидком виде в баллонах, бочках, железнодорожных цистернах или в специально оборудованных судах. Для индустриальных стран характерно следующее примерное потребление хлора: на производство хлорсодержащих органических соединений - 60 - 75%; неорганических соединений, содержащих хлор, -10 -20%; на отбелку целлюлозы и тканей - 5 - 15%; на санитарные нужды и хлорирование воды - 2 - 6% от общей выработки. Хлор применяется также для хлорирования некоторых руд с целью извлечения титана, ниобия, циркония и других.

.        Характер опасности (воздействие на живые объекты-человек, животные, растения):

Газообразный хлор и химические соединения, содержащие хлор в активной форме, опасны для здоровья человека (токсичны). При вдыхании этого газа возможно острое и хроническое отравления. Клинические формы зависят от концентрации хлора в воздухе и продолжительности экспозиции. Различают четыре формы острого отравления хлором: молниеносная, тяжелая, средней тяжести и легкая. Отдаленные последствия перенесенного острого отравления хлором проявляются как хронический фарингит, ларингит, трахеит, трахеобронхит, пневмосклероз, эмфизема легких, бронхо-эктатическая болезнь, легочно-сердечная недостаточность. Такие же изменения в организме возникают при длительном пребывании в условиях, когда в воздухе постоянно содержится газообразный хлор в малых концентрациях (хроническое отравление хлором). Воздействие на незащищенную кожу хлорсодержащих соединений вызывает хлорные угри, дерматит, пиодермию.

.        Органолептические свойства: Хлор - газ желто-зеленого цвета, с резким запахом (запах хлорной извести), в 2,5 раза тяжелее воздуха, поэтому при утечках хлор прежде всего заполняет овраги, подвалы, первые этажи зданий, стелется по полу.

.        Плотность: 3,214 г/л

.        Показатели токсичности: (класс опасности): По степени воздействия на организм человека, хлор относится к высокоопасным веществам. То есть ко 2 классу опасности. Признаки острого отравления. Горький вкус во рту, головная боль, головокружение, тошнота, рвота, повышение температуры, судороги. Если отравление произошло через дыхательные органы, наблюдаются обильное выделение слюны, насморк, кашель, воспаление слизистых оболочек глаз и даже помутнение роговицы. Кроме того, хлор обладает местным раздражающим действием - вызывает на коже покраснение, зуд, точечные кровоизлияния.

.        ПДК, ПДС и другие: ПДК в воздухе рабочей зоны 1 мг/м³, максимальная разовая концентрация в атмосферном воздухе населенных мест 0,1 мг/м³, среднесуточная- 0,03 мг/м³.

.        Температура плавления, кипения: температура плавления -101,03 °С, температура кипения -34,10 °С.

.        Основные показатели пожарной и взрывопожарной опасности:

Теплоемкость (298К,газ) 34,94 (Дж/моль*К)

Критическая температура 144 °С

Критическое давление 76 атм

.        Распространенность: В земной коре хлор самый распространенный галоген. Хлор очень активен - он непосредственно соединяется почти со всеми элементами периодической системы. Поэтому в природе он встречается только в виде соединений в составе минералов: галита NaCI, сильвинита KCl · NaCl, бишофита MgCl2 · 6H2O, карналлита KCl · MgCl2 · 6Н2O, каинита KCl · MgSO4 · 3Н2О. Самые большие запасы хлора содержатся в составе солей вод морей и океанов. На долю хлора приходится 0,025 % от общего числа атомов земной коры, а человеческий организм содержит 0,25 % ионов хлора по массе.

.        Устойчивость и разлагаемость: Хлор непосредственно реагирует почти со всеми металлами. На свету или при нагревании активно реагирует (иногда со взрывом) с водородом по радикальному механизму.

.        С кислородом хлор образует оксиды в которых он проявляет степень окисления от +1 до +7. Хлор очень сильный окислитель. Ароматические соединения замещают атом выдорода на хлор в присутствии катализаторов.

.        Растворимость в воде: При растворении в воде хлор дисмутирует, образуя хлорноватистую (а при нагревании хлорную) и соляную кислоты, либо их соли:

+ H2O → HCl + HClO

.       

.        Описание методов определения загрязнителя: Определение содержания хлор-иона в питьевой воде производят: при содержании хлор-иона от 10 мг/дм3 и выше титрованием азотнокислым серебром в присутствии хромовокислого калия в качестве индикатора; при содержании хлор-иона до 10 мг/дм3 титрованием азотнокислой ртутью в присутствии индикатора дифенилкарбазона. С целью определения токсических веществ в воздухе разработаны экспрессные методы, позволяющие с достаточной точностью определить непосредственно в обследуемом производственном помещении концентрацию этих веществ. В основе экспрессных методов в большинстве случаев лежат быстро протекающие реакции с изменением цвета реагирующих веществ. Силикагелем, пропитанным индикатором, заполняют стеклянную трубочку и через трубочку пропускают определенный объем исследуемого воздуха. О количестве вредного вещества в воздухе судят по длине окрашенного столбика индикаторной трубки, сравнивая его со шкалой.

.        Приборы для измерения: Для отбора проб воздуха пользуются прибором, именуемым универсальным газоанализатором. Также существует амперометрический метод определения хлора в воде, основанный на том, что при восстановлении хлора в электрохимическом процессе возникает ток, величина которого пропорциональна концентрации хлора в растворе.

.        Профилактика: Профилактика отравлений хлором заключается в герметизации оборудования и коммуникаций на соответствующих производствах, строгом надзоре за наличием и рациональным размещением дегазаторов, исправностью противогазов, постоянном контроле за концентрацией хлора в воздухе рабочей зоны. Средствами индивидуальной защиты работающих являются фильтрующие противогазы, защитные герметичные очки, резиновые перчатки, специальная обувь. Обязательны предварительный и периодические медосмотры 1 раз в 24 месяца, леч. -проф. питание, ежедневный прием витаминов А и С.

.        Первая помощь: Первая помощь пострадавшим включает в себя:   - промывание глаз, носа, рта 2% раствором питьевой соды;   - закапывание в глаза вазелинового или оливкового масла, а при болях в глазах - по 2-3 капли 0,5% раствора дикаина;     - наложение глазной мази для профилактики инфекции (0,5% синтомициновая, 10% сульфациловая) или по 2-3 капли 30% альбуцида, 0,1% раствора сульфата цинка и 1% раствора борной кислоты - 2 раза в день;    - введение гидрокортизона 125 мг в/м, преднизолона 60 мг в/в или в/м.  Необходимо как можно более раннее лечение и госпитализация пострадавших.

.        Средства защиты: Средства индивидуальной защиты, фильтрующие противогазы, защитные герметичные очки, резиновые перчатки, специальная обувь.

.        Количество людей подвергшихся воздействию: У пострадавшего человека в первую очередь поражаются дыхательные пути, поскольку именно они становятся первыми на пути проникновения хлора в организм. Большое количество попавшего в организм хлора может привести к очень быстрому летальному исходу по причине полной блокировки дыхательной функции. Также причиной смерти может стать химический ожог лёгких. При более слабой степени отравления у пострадавшего наблюдается боль в груди, глазные рези, сухое покашливание. По прошествии нескольких часов может наступить отек лёгких. В некоторых случаях отравления хлором, даже незначительном на первый взгляд, человек может погибнуть через несколько дней после самого случая отравления из-за необратимых изменений, произошедших в организме. Основную группу риска составляют люди, работающие на производстве, связанном с использованием хлора.

.        Другие показатели: Хлор относится к важнейшим биогенным элементам и входит в состав всех живых организмов. У животных и человека, ионы хлора участвуют в поддержании осмотического равновесия, хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами натрия и калия в создании постоянного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена. Под воздействием ГАМК (нейромедиатор) ионы хлора оказывают тормозящий эффект на нейроны путем снижения потенциала действия. В желудке, ионы хлора создают благоприятную среду для действия протеолитических ферментов желудочного сока.