Химикаты для приготовления кислоты
Сера бывает либо природная, либо получается из сернистого ангидрида при обжиге на металлургических заводах сернистых руд меди, цинка и т. д. (газовая сера). Она может быть комовой или Золотой.
Удельный вес элементарной серы (S) 1,96–2,06. В твердом состоянии сера хрупкое вещество светло-желтого цвета. Температура плавления 112,8–119,0°. При нагревании выше 155° жидкая сера буреет, вязкость ее увеличивается, достигая максимума при 191°.
При дальнейшем повышении температуры сера снова становится легкоподвижной жидкостью. Загорается сера при 360° на воздухе, при 285° — в среде кислорода.
Серный колчедан разделяется на рядовой и флотационный.
Главной составной частью серного колчедана является двусернистое железо FeS2, В химически чистом виде он содержит 33,46 % S и 46,54 % Fe. Однако колчедан содержит к некоторое количество посторонних примесей (пустую породу, сернистое соединения меди, мышьяка и др.). Наиболее распространенным в природе является пирит (удельный вес 4,95–5,0) и менее распространенным марказит (удельный вес 4,55).
Насыпной вес 1 м3 серного колчедана 2500–3000 кг, цвет зеленовато-серый.
Рядовой колчедан бывает кусковой и сыпучка. Он получается при добыче медистых серных руд. По своему химическому составу рядовой колчедан является высококачественным сырьем с содержанием серы до 50 %. Допустимая норма содержание селена в колчедане, применяемом в промышленности, не более 120 г/т (0,012 %).
Флотационный колчедан получается на обогатительных фабриках в виде отходов при флотации медных и полиметаллических руд. Содержание серы в нем достигает 47–50 %.
Сухой флотационный колчедан обладает гигроскопичностью, поэтому в зимнее время он легко смерзается, что создает трудности при сто транспортировке.
Углистый колчедан получается при обогащении подмосковного каменного угля. Высокое содержание угля (15–18 %) понижает содержание в нем серы и затрудняет обжиг, который становится возможным только с добавкой безуглистого колчедана при содержании угля в смеси не более 5–6 %.
Известняк — горная порода, состоящая из минерала кальцита CaCO2 (CaO 56 % и SO2 44 %) и различных примесей в виде магния, железа, глины, песка и др. Удельный вес его колеблется от 0,8 до 2,2. По своему составу известняк, применяемый в кислотных цехах, должен содержать не менее 99 % СаСО3. Нежелательны примеси MgCO2, а также значительных количеств, железа и марганца.
Известь CaO получается путем обжига известняка, доломита и прочих карбонатных пород при температуре выше 900 °C. При взаимодействии с водой образуется белый порошок гидроокиси кальция Ca(ОН)2 (гашеная известь), малорастворимый в воде. При гашении извести выделяется значительное количество тепла (277 ккал/кг).
Известь для приготовления сульфитной кислоты должна содержать при обжиге известняка не менее 85 % CaO, не более 3 % Fe2O3 и Al2O3, а при обжиге доломита — не менее 55,4 % CaO, 39.4 % MgO и не более 3 % Fe2O3 и Al2O3.
Каустический магнезит MgO получается путем обжига природного магнезита MgCO3 при температуре 750–800 и последующего помола. Удельный вес каустического магнезита 3,1–3,4. Теоретический химический состав: 47,82 % MgO и 52,18 % CaO. Однако в каустическом магнезите содержится значительное количество примесей, которое затрудняет его применение: особенно это относится к окиси магния, полученной при обжиге магнезита, применяемого на металлургический заводах.
Содо-поташная смесь является отходом производства-глинозема из нефелина. В состав ее входят Na2CO3 (не менее 82,5 %), K2SO4 (не более 8,0 %) и другие соединения. Влажность не должна превышать 0,3 %.
Сода кальцинированная Na2CO3 в зависимости от степени чистоты разделяется на техническую и фотографическую (содержание Na2CO3 не менее 95 %) и оптическую (содержание Na2CO3 не менее 96 %). В ней содержится некоторое количество NaCl (1,0–0,5 %), Na2SO4 (0,1–0,05 %) и других веществ.
Аммиачная вода представляет собой раствор газообразного аммиака NH3 с очень резким характерным запахом. На заводы обычно доставляется аммиачная вода с содержанием аммиака 25 %, удельный вес ее 0,91 (при 15°).
Хранение сырья и химикатов
Сырье и химикаты поступают на целлюлозно-бумажные приятия периодически, поэтому для обеспечения бесперебойной работы кислотных цехов необходимо иметь определенный запас всех используемых для получения кислоты химикатов. Минимальный запас, на который рассчитываются склады, определяется удаленностью комбината от источников сырья и обычно составляет 1–3 месяца.
Склады колчедана. На рис. 1 показан кислотный цех, которому примыкает склад для хранения флотационного колчедана. Колчедан доставляется на комбинат в железнодорожных вагонах, для приема которых в складе прокладывается железнодорожный путь. Разгрузка вагонов производится механическими лопатами в траншею, расположенную вдоль пути, откуда колчедан грейферным краном укладывается в штабеля. Подача колчедана из штабеля в производство осуществляется краном, которым колчедан подается в бункер с питателем в нижней его части. Далее колчедан подается к бункерам печей при помощи системы транспортеров.
Рис. 1 Кислотный цех со складом серного колчедана (план на отм. 0.00):
1 — колчеданная течь; 2 — воздушный холодильник; 3 — циклоны для очистки газа; 4 — сухой электрофильтр; 5 — теплообменник; 6 — насосы; 7 — вентилятор; 8 — абсорбер; 9 — мокрый электрофильтр; 10 — скруббер; 11 — бункер для колчедана; 12 — питатель пластинчатый; 13 — транспортер; 14 — элеватор.
При использовании в качестве серусодержащего сырья кускового колчедана при складах организуется дробильное отделение (рис. 2).
Рис 2. Схема дробильного отделения:
1 — транспортер; 2 — бункер колчедана; 3 — тарельчатый питатель; 4 — грохот; 5 — наклонный ссып; 6 — щековая дробилка; 7 — ковшовый элеватор; 8 — просевной барабан; 9 — бункер; 10 — вальцовая мельница.
Из приемного бункера колчедан поступает на грохот — ящик, установленный под углом 35–40°, имеющий в днище отверстия размером 40 мм. Крупные куски отделяются за счет вибрации ящика и направляются в щековую дробилку, где они измельчаются, проходя между подвижной и неподвижной щеками, имеющими рифленую поверхность.
Измельченный колчедан ковшовым элеватором в просевной вращающийся барабан, на корпус которого натянута сетка с отверстиями диаметром 7–8 мм. Барабан располагается под некоторым углом, достаточным для продвижения не прошедших через отверстия кусков колчедана. Эти куски поступают для тонкого измельчения в вальцовую мельницу, состоящую из двух валов, вращающихся навстречу друг другу, в зазор между которыми и подается колчедан. Измельченный до размеров 5–7 мм, колчедан вновь направляется на просевной барабан, откуда, отделившись от крупных включений, подается на сжигание.
Склады серы. Располагаются они в закрытых помещениях, в непосредственной близости от кислотного цеха и по устройству аналогичны колчеданным.
Склад известкового камня. Известковый камень доставляется на комбинат на открытых платформах, и для его хранения не требуется специальных помещений. Единственное требование, предъявляемое к открытые складам известкового камня, — это хорошо подготовленная площадка, расположенная в непосредственной близости от турм для облегчения подачи его к подъемным механизмам.
Склад извести. Известь, доставляемая из карьеров, где организован ее обжиг, или обожженная непосредственно на предприятии, хранится либо в складах в насыпном виде, либо в специальных железобетонных бункерах. При складе извести размещается оборудование для ее гашения и разводки. Наиболее распространенным оборудованием для этой цели являются аппараты Мика.
Аппарат Мика представляет собой вращающийся на роликах барабан, внутрь которого подается известь и вода. Перемешивание и передвижение извести с одного конца барабана на другой происходит за счет лопаток на внутренней поверхности барабана. У выходного отверстия барабана расположен ковш, вычерпывающий шлам в отвал: известковое молоко отводится по специальному желобу.
Полученное известковое молоко содержит значительное количество примесей (песка и недожога), которые должны быть удалены во избежание забивания коммуникаций и аппаратуры для приготовления кислоты. Для очистки известкового молока часто применяют мешалки Русселя. Они представляют собой горизонтальную цилиндрическую ванну, разделенную на ряд отделении поперечными стенками. В этих отделениях оседают примеси, выпадающие из протекающего по мешалке известкового молока. Осевшая грязь продвигается в направлении, противоположном движению известкового молока, при помощи гребков, насаженных на вращающийся вал.
Более совершенным аппаратом для гашения извести является, гаситель-классификатор — бак с мешалкой, совмещенной со шнековым наклонным классификатором, для удаления крупных примесей.
Эффективной является очистка известкового молока в вихревых очистителях, где отделение тяжелых примесей происходит за счет центробежной силы. Вихревой очиститель (фортрап) представляет собой циклон, в который по касательной под давлением питательного насоса вводится известковое молоко. Тяжелые частички под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам циклона и отводятся в нижней его части. Очищенное известковое молоко поднимается вверх и отводится через центр верхней части аппарата.
Склады окиси магния. Окись магния хранят подобно извести в специальных бункерах, куда она подается из вагонов элеваторами. Для гашения окиси магния применяют баки емкостью 10 и 45 м3, с вертикальными скоростными мешалками (рис. 3). Гашение окиси магния происходит при температуре 90–95 °C в течение 5–6 ч. Поддержание нужной температуры осуществляется подачей острого пара. Гидроокись магния концентрацией 200 г/л из гасителей направляется в баки-мешалки для хранения. При подаче гидроокиси магния в расходную мешалку она разбавляется до концентрации 50 г/л.
Рис. 3. Бак для гидратации:
1 — штуцер для подачи магнезита, 2 — перелив, 3 — диффузор, 4 — мешалка, 5 — выход, 6 — грязевик, 7 — лаз, 8 — штуцер для разбавления, привод мешалки.
Склад соды. Существуют два способа хранения кальцинированной соды — сухой и мокрый. При сухом способе складом служат обычные бункера (как для извести и окиси магния). Более прогрессивным способом является мокрое хранение соды (рис. 4).
Рис. 4. Схема мокрого хранения соды:
1 — мешалка для разводки соды; 2 — бак для мокрого хранения и растворения соды; 3 — смесители; 4 — бак для хранения раствора соды.
Сода из железнодорожных вагонов выгружается в мешалку, где происходит приготовление раствора концентрацией около 700 г/л. Собственно складом служит специальный бак; в нижней части его находится барботер для подачи перемешивающего воздуха и пара, при помощи которого поддерживается определенная температура. Температура 35° является оптимальной, так как при ней не происходит кристаллизации соды. Перед подачей в производство раствор разбавляется до концентрации 100–200 г/л.
Склад аммиачной воды. Аммиачная вода поступает на заводы в виде 25 %-ного раствора и при такой концентрации хранится в металлических (в черном исполнении) баках различной емкости.
Склад жидком двуокиси серы. Жидкая двуокись серы поступает на склад в железнодорожных цистернах и передавливается в танки сжатым воздухом (давление 8–12 кг/см2). Обычно устанавливаются три танка: приемный, расходный и резервный. Из танков SO2 сухим сжатым воздухом передавливается в испаритель (змеевиковый подогреватель), где испаряется за счет тепла горячей воды. Подогрев воды до 50° ведется острым паром (с температурой 142,9° и давлением 3 ат), подаваемым в испаритель. Газообразная SO2 после испарителя направляется в производство.