background image

 

1. Fizykochemiczne podstawy procesów technologicznych. 

 

  kierunek reakcji chemicznych 

Wpływ różnych czynników (temperatury, ciśnienia, stężenia reagentów) na położenie równowagi opiera się 
na  prawie  działania  mas  oraz  regule  przekory  Le  Chateliera  -  Brauna.  Reakcje  chemiczne  zdążają  
do  stanu  równowagi  między  substratami,  a  produktami  –  dopóki  stosunek  iloczynu  stężeń  produktów  
od iloczynu stężeń substratów nie osiągnie stałej wartości, charakterystycznej dla danej reakcji i dla danej 
temperatury  zwanej  stałą  równowagi.  Zmiany  położenia  równowagi  układu  znajdującego  się  w  stanie 
równowagi następuje w takim kierunku, który spowoduje zmniejszenie się wpływu dokonanej zmiany. 
 

  ocena jakościowa 

Doprowadzenie  do  układu  ciepła  →  przesunięcie  położenia  równowagi  w  kierunku  odpowiadającym 
reakcjom endotermicznym. 
Podwyższenie ciśnienia dla reakcji: N

2

 + 3H

2

 = 2 NH

3

 

Spowoduje przebieg reakcji w kierunku związanym ze zmniejszeniem objętości. 
 

  ocena ilościowa (chemia fizyczna): 

p

K

RT

G

ln

=

 

S

T

H

G

=

 

G - zmiana entalpii swobodnej  

H - zmiana entalpii reakcji 

S - zmiana entropii reakcji 

lnK

p

 >> 0 – reakcja samorzutna, praktycznie nieodwracalna 

lnK

<< 0 – reakcja niesamorzutna, praktycznie nie zachodzi 

 
Klasyfikacja reakcji: 

H  <  0  oraz  ∆S  >  0  –  reakcja  egzotermiczna,  ze  wzrostem  temperatury  rośnie  wartość  stałej  równowagi,  

a więc i stopień przemiany, reakcja samorzutna, uprzywilejowana, praktycznie nieodwracalna. 

H  <  0  oraz  ∆S  <  0  –  reakcja  egzotermiczna,  ze  wzrostem  temperatury  maleje  wartość  stałej  równowagi  

a więc i stopień przemiany, reakcja odwracalna, samorzutna w niskich temperaturach. 

H > 0 oraz ∆S > 0 – reakcja endotermiczna, ze wzrostem temperatury  rośnie wartość stałej  równowagi,  

a więc i stopnia przemiany, reakcja odwracalna samorzutna w wysokich temperaturach. 

H > 0 oraz ∆S < 0 – reakcja endotermiczna, ze wzrostem temperatury maleje wartość stałej równowagi,  

a więc i stopnia przemiany, reakcja niesamorzutna w całym zakresie temperatur. 

 

 

 

    
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 
 
Stany termodynamiczne układów reagujących: 
                       + pV 
     U                                               H 
 
 
     
        - TS                                           - TS 
 
 
                    + pV 
     F                                                G 
Szybkość reakcji: 

                     A → B   

                   

dt

dc

r

a

=

 

Sposoby zwiększenia szybkości reakcji: 
- podwyższenie temperatury 
- zastosowanie katalizatorów 
- rozwinięcie powierzchni reagentów 
- podwyższenie stężenia reagentów 
- usuwanie produktów reakcji 
Ogólne zasady technologiczne przy projektowaniu procesów technologicznych: 
- Zasada najlepszego użytkowania surowców. 
- Zasada najlepszego użytkowania energii. 
- Zasada najlepszego użytkowania aparatury. 
-  Zasada  umiaru  technologicznego  -  realizacja  procesu  zgodna  z  zasadami  ochrony  środowiska, 
minimalizacja ilości odpadów, warunkami lokalizacji, zdolności produkcyjnej instalacji itp. 
- Pieniądze! 

 

2. Procesy i operacje jednostkowe. 

Procesy  i  operacje  jednostkowe  -  elementy  wspólne,  powtarzające  się  w  wielu  procesach  technologii 
chemicznej.  Procesy o  charakterze fizycznym i  fizykochemicznym określa się jako operacje jednostkowe 
(unit  operations).  Procesy  o  charakterze  ściśle  chemicznym  a  więc  z  udziałem  reakcji  chemicznych 
to procesy jednostkowe chemiczne (unit processes). 

OPERACJE JEDNOSTKOWE 

PROCESY JEDNOSTKOWE 

przepływ płynów 
sedymentacja 
filtracja 
rozdrabnianie ciał stałych 
mieszanie 
przewodzenie ciepła 
promieniowanie cieplne 
ogrzewanie i chłodzenie 
wrzenie i kondensacja 
przenikanie masy 
destylacja 
rektyfikacja 
absorpcja 
ekstrakcja 
suszenie 

spalanie i utlenianie w wysokich temperaturach 
zgazowanie 
reakcje gazowe bez udziału kontaktu 
reakcje gazowe kontaktowe 
reakcje między gazami i cieczami 
zobojętnianie 
podwójna wymiana w roztworach 
podwójna wymiana między fazą stałą i ciekłą 
wymiana jonowa 
prażenie i wypalanie 
redukcja w wysokich temperaturach 
elektroliza 
procesy elektrotermiczne 
 

background image

 

3. Surowce przemysłu chemicznego nieorganicznego, klasyfikacja, zasoby krajowe. 

Surowce  to  materiały,  z  których  na  drodze  procesów  technologicznych  otrzymuje  się  określone  produkty. 
Surowce  naturalne  są  to  surowce  mineralne  lub  wytwarzane  w  drodze  fotosyntezy,  główne  odpowiednie 
uprawy  (drzewa  kauczukowe,  trzcina  cukrowa,  burak  cukrowy,  drzewa  iglaste  i  liściaste).  W  procesach 
przemysłowych powstają często odpady, które znajdują zastosowanie w innych technologiach o nazywamy 
je wtedy surowcami wtórnymi. 
Najważniejsze znaczenie dla przemysłu chemicznego mają następujące pierwiastki: 
C, H, O, S, N, Na, K, P, Ca, Cl. 
Rudy  to  materiały,  których  wydobycie  jest  opłacalne  w  określonych  warunkach  ekonomicznych  
i technicznych. 
Rudy miedzi > 1%Cu 
Rudy żelaza > 25%Fe 
Rudy złota > 0,001%Au 
Wartość  użytkowa  minerałów  zależy  od  wielkości  złoża,  położenia  geologicznego  i  położenia 
geograficznego. 
ZASOBY 
Surowce  są  nieodnawialne.  Ropie  naftowej  i  niektórym  rudom  metali  nieżelaznych  grozi  perspektywa 
szybkiego  całkowitego  wyczerpania.  Pomyślniej  sytuacja  kształtuje  się  w  takich  surowcach  jak  sól 
kamienna, węgiel, surowce fosforowe. 
Surowce mineralne w Polsce: węgiel kamienny, złoża siarki, rudy miedzi, rudy cynku, węgiel brunatny, sól 
kamienna 
Najważniejsze braki surowców to: ropa naftowa, rudy żelaza, boksyty, sole potasowe, surowce fosforowe, 
gaz ziemny. 
KLASYFIKACJA SUROWCÓW MINERALNYCH: 

  energetyczne 

- węgiel kamienny 
- węgiel brunatny 
- torfy 
- bituminy (ropa naftowa, gaz ziemny, ozokeryt, czyli wosk ziemny, ługi bitumiczne) 

  metaliczne  

- rudy żelaza (limonit, syderyt, hematyt, magnetyt) 
- metale uszlachetniające stale (nikiel, tytan, wolfram, wanad, molibden, kobalt, cyrkon) 
- rudy metali nieżelaznych (miedzi, cynku, ołowiu, cyny, arsenu, bizmutu, kadmu i rtęci) 
- rudy metali szlachetnych (srebra, złota, platyny) 
- rudy metali lekkich (glinu, magnezu) 

  niemetaliczne 

- chemiczne (sole, siarka rodzima, piryt, fosforyty, baryt, fluoryt) 
- skalne (granit, bazalt, porfir, marmur, piaskowiec) 
- kamienie szlachetne i półszlachetne (diamenty, szafiry, rubiny, szmaragdy, opale, granaty, turkusy, 
nefryty, topazy, ametysty i inne) 
- surowce ilaste (kaolin, gliny, asfalt, margle, gipsy) 

- surowce wulkaniczne (tuf, pumeks) 

- wody mineralne 

Kopalne surowce chemiczne: 
- sól kamienna 
- sól potasowa 
- sole potasowo-magnezowe 
- surowce siarkonośne: siarka rodzima, piryt, anhydryt 
- surowce fosforonośne: fosforyty, apatyty 
- siarczan sodowy, saletra sodowa, soda naturalna 
- baryt, fluoryt, rudy strontu, rudy baru 
 

background image

 

4. Wzbogacanie surowców. 

Znane sposoby wzbogacania surowców mineralnych polegają na ich klasyfikacji ziarnowej.  
Klasyfikacja ziaren: 
- odsiewanie na sitach płaskich lub bębnowych 
- klasyfikacja wykorzystująca siły ciężkości (separatory powietrzne i hydrauliczne) 
- osadzanie 
- osadzanie wykorzystujące ciecze ciężkie (gumy, drobno zmielony magnetyt, zmielony wapniak) 
- separatory magnetyczne 
- separatory elektrostatyczne 
Wzbogacanie  rud  metodą  rozdrobnienia  polega  na  stopniowym  rozdrabnianiu  materiału  i  rozdzielaniu  
na koncentrat i odpady  na podstawie różnic we właściwościach fizycznych. Stopień rozdrobnienia określa 
się jako stosunek wymiarów ziaren materiału przed i po rozdrobnieniu. Działanie maszyn rozdrabniających 
polega na zgniataniu, ścieraniu, rozbijaniu, rozłupywaniu. 
 

5. Flotacja

Flotacja  –  jest  to  proces  przesiewania  drobnoziarnistego  układu  wielofazowego,  wykorzystujący  różnicę  
w  zwilżalności  ziaren  składników  tworzących  poszczególne  fazy.  Najbardziej  rozpowszechniona  jest 
flotacja pianowa. Jeżeli ziarno zawieszone w cieczy zetknie się z pęcherzykiem powietrza, to w zależności 
od  zwilżalności  danego  ziarna  mogą  zaistnieć  dwa  przypadki.  Dla  ziarna  źle  zwilżalnego  utworzy  się  
w miarę trwały agregat pęcherzyk powietrza – ziarno. Dla ziarna dobrze zwilżalnego obwód zetknięcia się 
pęcherzyka  powietrza  z  ziarnem  będzie  mały  i  siła  napięcia  powierzchniowego  będzie  zbyt  słaba,  aby 
powstał w miarę trwały agregat pęcherzyk powietrza – ziarno. 

 

hydrofilowe – dobrze zwilżalne w stosunku do wody 
hydrofobowe – źle zwilżalne w stosunku do wody 
W wyniku flotacji ziarna źle zwilżalne są wynoszone na powierzchnię cieczy, natomiast dobrze zwilżalne 
osiadają  na  dnie  aparatu  flotacyjnego.  Produkty  flotacji  to  koncentrat  i  odpad.  Dodaje  się  kolektory  
(np.  ksantogeniany  o  C  <  0,01%)  w  celu  modyfikacji  zdolności  do  zwilżania  materiałów  przez  wodę. 
Utworzona  piana  powinna  mieć  nośność  wystarczającą  do  utworzenia  wyniesionych  ziaren,  umiarkowaną 
twardość  i  być  elastyczna,  w  celu  uzyskania  takiej  piany  do  układu  flotacyjnego  dodaje  się  odczynniki 
pianotwórcze (detergenty, spieniacze). Wielkość ziaren surowca rozdzielanego w procesie flotacji zawarta 
jest  najczęściej  w  przedziale  0,3-1  mm  (średnica  ziaren).  Zalecane  stężenie  zawiesiny  wprowadzonej  
do  flotownika  wynosi  25-35%mas.  ilość  powietrza  20-120  m

3

/(h·m

3

  zawiesiny).  W  warunkach 

przemysłowych flotacje prowadzi się w sposób ciągły.  
Rozróżniamy flotowniki: 
- pneumatyczne (sprężone powietrze jest doprowadzane do dystrybutora i wytworzone pęcherzyki powietrza 
zapewniają przemieszczanie układu) – urządzenia te wychodzą z użycia 
- mechaniczne ( mieszadło zasysające i dyspergujące powietrze wytwarza wymaganą turbulencję, stosuje się 
aparaty jedno- lub wielokomorowe) 

background image

 

Flotacja

-  wykorzystuje  się  siły  napięcia  powierzchniowego  wody,  które  ulegają  dużym  zmianom  pod 

wpływem odczynników flotacyjnych- różny stopień zwilżalności składników rudy. 
Miarą  zwilżalności  jest  kąt  zwilżania  θ=0  dla  minerałów  całkowicie  zwilżonych,  wzrastających  natomiast 
przy substancjach zwilżonych w coraz to mniejszym stopniu. 
Podczas  flotacji  w  środowisku  wodnym  rozdrobnione  rudy  minerałów  rozdzielają  się  w  taki  sposób,  
ż

e  minerały  charakteryzujące  się  dużym  kątem  zwilżenia  tworzą  zespoły  z  pęcherzykami  powietrza  

i są unoszone na powierzchnię tworząc pianę. Można w ten sposób rozdzielić minerały bardzo podobnych 
gęstościach. 
Odczynniki flotacyjne: kolektory, odczynniki pianotwórcze, aktywatory i depresory. 
 

6. Woda dla celów technologicznych. 

wody  deszczowe  -  rozpuszczone  gazy  oraz  substancje  powstające  w  atmosferze  wskutek  wyładowań 
elektrycznych i działań promieni kosmicznych 
wody  powierzchniowe  i  gruntowe  -  wody  spływające  po  powierzchni  ziemi  do  otwartych  zbiorników  lub 
przenikające do  wód  gruntowych. Skutkiem kontaktu i procesów biochemicznych pojawiają się  w wodzie 
zawiesiny,  substancje  rozpuszczone-  CO

2

,  związki  azotowe,  wapnia,  magnezu,  żelaza,  glinu,  manganu, 

wodorowęglany, siarczany, chlorki, a także bakterie, grzyby, pierwotniaki, wodorosty. 
Twardość wody- właściwość wywołana obecnością wapnia i magnezu. 
Tradycyjną twardość wody w Europie określa się przy pomocy niemieckich stopni twardości (ºN). 
1ºN =10 mg CaO/ 1dm

3

 

1 mmol jonów Ca

2+ 

(na litr)

 

odpowiada 5,6 ºN, bo M

CaO

= 56 [g/mol]→ 56 [mg/mmol]  

1 mwal jonów Ca

2+ 

(na litr)

 

odpowiada 2,8 ºN (miliwal- miligramorównoważnik) 

Woda miękka:              0 – 8 ºN 
Woda średnio twarda:  8 – 16 ºN 
Woda twarda:             16 – 30 ºN 
Woda bardzo twarda: >30 ºN 
Twardość węglanowa - przemijająca. 
Twardość niewęglanowa - stała. 
         Ca(HCO

3

)

2

 → CaCO

3

 + H

2

O + CO

2

 

         Mg(HCO

3

)

2

 → MgCO

3

 +H

2

O + CO

2

 

Reakcje te są uzależnione od zawartości w wodzie CO

2

Uzdatnianie wody dla potrzeb komunalnych: 

1.

  Sedymentacja i filtracja- oddzielenie fazy stałej 

2.

  Sterylizacja 

3.

  Usuwanie żelaza i manganu 

4.

  Usuwanie fenoli 

5.

  Regulowanie zawartości fluoru 

Sedymentacja i filtrowanie, koagulacja 
Osadniki- osadnik Dorna 
Siły oddziaływujące na cząsteczkę stałą zawieszoną w płynie: 

      

g

R

v

r

c

s

=

)

(

3

4

6

3

ρ

ρ

π

η

π

   

Koagulacja- dodawanie elektrolitów, które w wyniku hydrolizy powodują powstanie trudnorozpuszczalnych 
osadów  o  charakterze  koloidowym  oraz  adsorpcja  na  kłaczkach  koloidów  zawiesiny  o  dużym  stopniu 
rozproszenia. 
Stosowane dawki koagulantów: 10- 100 ml/dm

3

 H

2

3Ca(HCO

3

)

2

 + Al

2

(SO

4

)

3

 → 3 CaSO

4

 + 2 Al(OH)

3

 + 6CO

2

 

FeSO

4

 + Ca(OH)

2

 → Fe(OH)

2

 + CaSO

4

 

4Fe(OH)

2

 + O

2

 + 2H

2

O → 4 Fe(OH)

3

 

Filtry pośpieszne - filtracja na warstwie piasku, żwiru, drobnych kamieni, gazów z udziałem na powierzchni 
ś

luzowatej błonki biologicznej. Okres pracy- kilkanaście, kilkadziesiąt godzin. 

Odkażanie H

2

O (sterylizacja) - 1cm

3

 H

2

O powierzchniowej może zawierać nawet miliard bakterii. 

background image

 

Miano Coli oznacza ilość wody na jaką przypada 1 pałeczka jelitowa: 
0,1 ml- woda niezdrowa 
1,0 ml- woda zanieczyszczona 
10 ml- woda stosunkowo czysta 
100ml- woda dostatecznie czysta 
metody  sterylizacji:  używanie  ozonu,  ditlenku  chloru,  podchlorynu  sodowego,  chloraminy,  jonów  srebra, 
promieniowania UV. 
Oczyszczanie wody ze związków Fe i Mn 
dla pH > 6,8  
             Fe(HCO

3

) + H

2

O = Fe(OH)

2

 + H

2

O + 2CO

2

 

pH > 7 reakcja do Fe(OH)

3

 

Usuwanie  Mn  przebiega  w  środowisku  alkalicznym  (pH  =  10,3)  z  utworzeniem  żelu  MnO(OH)

2

,  który 

oddziela się na filtrach. 
Zmiękczacze termiczne - podgrzewanie do temp. 70- 90 ºC, a strącone osady oddziela się na odstojnikach. 
Zmiękczanie chemiczne: 

  sodą: 

Ca(HCO

3

)

2

 + Na

2

CO

3

 → CaCO

3

 + 2 NaHCO

3

 

CaSO

4

 + Na

2

CO

3

 → CaCO

3

 + Na

2

SO

4

 

  wapniem i sodą 

Ca(HCO

3

)

2

 + Ca(OH)

2

 → 2 CaCO

3

 + 2H

2

Mg(HCO

3

)

2

 + 2 Ca(OH)

2

 → Mg(OH)

2

 + 2CaCO

3

 + 2H

2

MgSO

4

 + Ca(OH)

2

 → Mg(OH)

2

 + CaSO

CaSO

4

 + Na

2

CO

3

 → CaCO

3

 + Na

2

SO

4

 

  fosforanami 

3Ca(HCO

3

)

2

 + 2Na

3

PO

4

 → Ca

3

(PO

4

)

2

 + NaHCO

3

 

3CaSO

4

 + 2 Na

3

PO

4

 → Ca

3

(PO

4

)

2

 + 3Na

2

SO

4

 

Wymiana jonowa - zmiękczanie jonitami- wymieniaczami jonowymi (kationity, anionity) 
Regeneracja za pomocą solanki: 
(RSO

3

)Ca + 2Na

+

 + 2 Cl

-

 → 2 RSO

3

Na + 2Ca

2+

 + 2Cl

-

 

Usuwanie krzemionki: filtracja przy stosowaniu specjalnej masy filtracyjnej CaCO

3

 MgO (tlenek magnezu 

wiąże krzemionkę na krzemian magnezu) 
Odgazowanie wody- usuwanie O

2

 i CO

2

 

o

  odgazowanie termiczne 

o

  odgazowanie chemiczne 

N

2

H

4

 + O

2

 → N

2

 + 2 H

2

O  

Całkowite odmineralizowanie wody za pomocą jonitów realizuje się przez kolejne lub jednoczesne użycie 
kationitu i anionitu. 
Odgazowanie wody morskiej: 
- destylacja  
- wymrażanie 
- elektroliza (migracje jonów pod działaniem pola elektrycznego w obecności membran jonitowych) 
-  odwrócona  osmoza-  polega  na  wydzieleniu  z  zasadowej  wody  na  drodze  sączenia  przez  błony  pod 
ciśnieniem  wyższym  od  ciśnienia  atmosferycznego.  Aktualny  koszt  takiej  operacji  jest  niższy  niż  metoda 
destylacyjna. 
Ścieki 

-  to  zanieczyszczone  wody  substancjami  mineralnymi,  organicznymi,  bakteryjnie,  odprowadzane  

z terenów urbanistycznych i zakładów przemysłowych. 
Ś

cieki komunalne to ścieki z budynków mieszkalnych, administracyjnych, handlowych, szpitali (odchody, 

odpadki gospodarcze) 
Ś

cieki  przemysłowe  –  zanieczyszczone  wody  powstałe  w  wyniku  procesów  przetwórczych  oraz  wody 

kopalniane.  
Ś

cieki z siłowni energetycznych to praktycznie czyste wody z procesu chłodzenia 

Ś

cieki  z  przemysłu  spożywczego  zawierają  substancje  organiczne,  węglowodany,  tłuszcze,  białko  oraz 

mikroorganizmy, 

background image

 

 

7. Ochrona środowiska w technologii chemicznej. 

Zrównoważony rozwój: 
-  Art.  5-  „Rzeczpospolita  Polska  (…)  zapewnia  ochronę  środowiska  kierując  się  zasadą  zrównoważonego 
rozwoju”. 
-  Art.  71  p.  1:  Władze  publiczne  prowadzą  politykę  zapewniającą  bezpieczeństwo  ekologiczne 
współczesnemu i przyszłym pokoleniom. 
Zrównoważony rozwój

 to taki rozwój, który zaspokaja potrzeby współczesnych bez naruszania możliwości 

zaspokajania potrzeb przyszłych pokoleń. 
Geneza zasady zrównoważonego rozwoju. 

  Globalizacja problemów ochrony środowiska - transgraniczny transport zanieczyszczeń 

  Wzrost populacji ludności świata a dostępne zasoby 

  Zapewnienie wyżywienia - rolnictwo- przemysł nawozowy 

  Ochrona ekosystemów - warunki życia dla flory i fauny, naturalne obszary leśne, wodne 

  Bezpieczeństwo energetyczne - surowce energetyczne, wpływ wytwarzania energii na problemy 

ochrony środowiska 

  Wzrost produkcji przemysłowej - niemożność zaspokojenia potrzeb drogą konwencjonalnego 

uprzemysłowienia 

  Urbanizacja - umiejscowienie punktowe powstawania ścieków i odpadów komunalnych 

Deklaracje i umowy międzynarodowe. 

  Konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (Nowy Jork 1992) 
  Konwencja w sprawie transgranicznego przemieszczenia zanieczyszczeń (Genewa 1979) 
  Protokół w sprawie zmniejszenia emisji tlenku azotu (Sofia 1988) 
  Protokół w sprawie ograniczenia emisji siarki (Oslo 1994) 
  Protokół Montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową (Montreal 1987) 
  Konwencja w sprawie emisji gazów cieplarnianych (Kioto 1997) 
  Deklaracja RIO (Rio de Janeiro 1992) 

AGENDA XXI- Globalny program działania na XXI wiek. 

o

  Organizacja biznesu i przemysłu w osiągnięciu trwałego i zrównoważonego rozwoju. 

o

  Wzrost odpowiedzialności za skutki działalności przemysłowej. 

o

  Wprowadzenie systemów produkcyjnych, technologicznych i procesów, które gwarantują racjonalne 

wykorzystanie zasobów i zmniejszenie ilości odpadów 

o

  Promocja czystszej produkcji. 

Czystsza produkcja- strategia prowadząca do osiągnięcia zrównoważonego rozwoju. 
Działania  techniczne  i  organizacyjne  mające  na  celu  eliminację  lub  ograniczenie  krótko-  i  długotrwałego, 
szkodliwego  oddziaływania  na  środowisko.  Działania  obejmują  nie  tylko  odpady,  lecz  również  surowce, 
materiały pomocnicze i energię, a także sam produkt. 
Produkt. 

  Czystsza produkcja zakłada stałe stosowanie strategii zapobiegania zanieczyszczeniu środowiska 

w odniesieniu zarówno do procesu wytwarzania jak i stosowania produktu. 

  Czystsza produkcja koncentruje się na zmniejszeniu oddziaływania wyrobu na środowisko 

naturalne poprzez ocenę cyklu życia produktu od wydobycia surowców do końcowego 
składowania zbędnego, czy też zużytego produktu 

  Czystsza produkcja obejmuje ochronę zasobów surowców i energii, eliminację surowców 

toksycznych, redukcję ilości i zmniejszenia toksyczności wszystkich odpadów 

  Cele czystej produkcji osiągane są nie tylko przez usprawnienia technologiczne, ale i sposobu 

myślenia o wyrobie w aspekcie ochrony środowiska i celów jakie chcemy osiągnąć poprzez ten 
produkt 

Zintegrowane zapobieganie i kontrola zanieczyszczeń
Dyrektywa  96/61/EC-  Integrated  Pollution  Prevention  and  Control  (IPPC)-  zapewnienie  zintegrowanego 
zapobiegania i kontroli zanieczyszczeń celu zapewnienia kompleksowej ochrony środowiska. 

  zapewnienie zintegrowanego zapobiegania i kontroli zanieczyszczeń celu zapewnienia 

kompleksowej ochrony środowiska 

background image

 

  przepisy dyrektywy obowiązują nowe instalacje, natomiast dla istniejących przewidują okres 

przejściowy (2007r.) 

  pozwolenie zintegrowane- obejmuje łączny wpływ instalacji na środowisko (limity ilościowe i 

właściwości czynników wprowadzanych do środowiska) 

  pozwolenia sektorowe- pozwolenia na wprowadzenie gazów 

Odpady w technologii: 

o

  stosowanie substancji niebezpiecznych 

o

  zastosowanie odzysku i recyklingu odpadów, mediów technologicznych, stopień 

wykorzystania surowców 

o

  możliwość dokonywania usprawnień 

o

  stopień wykorzystania najnowszych osiągnięć nauki i techniki 

o

  wielkość, rodzaj i szkodliwość oddziaływania występująca w technologii emisji 

zanieczyszczeń 

o

  czas wdrążenia technologii 

o

  zużycie surowców, energii, mediów technologicznych 

o

  możliwość redukowania wpływu emisji na środowisko 

o

  kryteria ekonomiczne 

 

8. Chemiczne metody oczyszczania ścieków. 

Ś

cieki  to  zanieczyszczone  wody  substancjami  mineralnymi,  organicznymi,  bakteryjnie,  odprowadzane  

z terenów urbanistycznych i zakładów przemysłowych.  
Oczyszczanie ścieków dzielimy na: 
- chemiczne 
- biologiczne 
Do oczyszczania ścieków przemysłowych zawierających chemiczne związki organiczne, metale ciężkie itp. 
stosuje  się  metody  fizyko-chemiczne  jak  i  chemiczne.  Zalicza  się  do  nich  koagulację,  neutralizację, 
ekstrakcję, sorpcję, elektrolizę i destylację. W zależności od składu ścieków można prowadzić oczyszczanie 
jedną lub kilkoma z podanych metod.  
Koagulacja  -

  procesy  koagulacji  ścieków  są  podobne  do  zachodzących  podczas  oczyszczania  wody 

Polegają na łączeniu cząstek koloidowych w większe zespoły, w wyniku czego wytrąca się osad w postaci 
zwartego koagulatu. Czynnikiem powodującym koagulację może być dodatek elektrolitu, dodatek koloidu  
o  przeciwnym  znaku  ładunku  elektrycznego  do  ładunku  cząstek  koloidowych,  dehydratacja  zolu, 
odparowanie  lub  wymrażanie  ośrodka  dyspersyjnego,  a  także  czasami  ogrzewanie  lub  wytrząsanie  zolu. 
Ciekawą  grupą  związków  stosowanych  jako  koagulanty  są  polielektrolity.  Należą  do  nich  np.  kopolimery 
kwasu  akrylowego  i  jego  pochodnych.  W  łańcuchu  tego  polimeru  mogą  występować  boczne  grupy 
jonotwórcze,  takie  jak  -COOH,  -COO

-

Me

+

,  -NH

2

,  -NR

2

,  lub  NR

3

+

X

-

.  Ich  budowa  powoduje  powstawanie 

zespołu  zjawisk  elektrostatycznych  na  granicy  cząsteczka  -  roztwór  prowadzących  do  koagulacji  cząstek 
koloidalnych i wytrącenia ich w postaci osadu. Dokładniejszy opis mechanizmu koagulacji można znaleźć  
w podręcznikach chemii fizycznej.  
W procesie koagulacji uzyskuje się znaczny efekt oczyszczenia (redukcja BZT5 do 85% i zawiesin do 90%). 
Powstaje tu jednak duża ilość osadów. Metodę stosuje się najczęściej do oczyszczania ścieków przemysłu 
włókienniczego, garbarskiego i chemicznego.  
Neutralizacja 

-  polega  na  zobojętnianiu  ścieków  o  odczynie  alkalicznym  lub  kwaśnym  substancjami  

o  odczynie  przeciwnym.  Do  zobojętniania  ścieków  alkalicznych  można  używać  kwaśnych  gazów 
spalinowych, powstających np. z paliw zasiarczonych i zawierających dwutlenek węgla, tlenki siarki i azotu. 
Do  neutralizacji  ścieków  kwaśnych  używa  się  mleka  wapiennego  lub  gazów  odpadowych  zawierających 
amoniak. Neutralizację można prowadzić następującymi metodami:  
- mieszaniem ścieków kwaśnych z alkalicznymi, 
- dodawaniem odpowiednich odczynników,  
-  przepuszczaniem  ścieków  kwaśnych  przez  złoża  sporządzone  np.  z  kamienia  wapiennego  i  innych  skał  
o podobnym odczynie (np. dolomitów). 
 

background image

 

9. Biologiczne metody oczyszczania ścieków. 

Biologiczne  oczyszczanie  ścieków  polega  na  utlenianiu  i  mineralizacji  zawartych  w  ściekach 
mikroorganizmów. W warunkach naturalnych w obecności zanieczyszczeń następuje wzrost ilości bakterii, 
które  rozwijają  się  kosztem  substancji  organicznych.  Rozkład  substancji  organicznych  zachodzi  do  takich 
prostych substancji jak dwutlenek węgla, woda, amoniak. W zależności od stopnia utleniania obserwuje się 
proces  nitryfikacji  (warunki  aerobowe)  i  denitryfikacji  (warunki  anaerobowe).  Biologiczne  oczyszczanie 
ś

cieków w warunkach naturalnych: 

- stawy oczyszczające 
- złoża biologiczne 
- oczyszczanie za pomocą osadu czynnego (często uzupełniane fermentacją metanową) 
Wykorzystanie  procesów  biochemicznych  i  częściowo  fizycznych  do  oczyszczania  ścieków  pozwala 
uzyskać  dalsze  obniżenie  ładunku  substancji  organicznych.  Stosuje  się  je  zwykle  jako  kolejny  stopień 
oczyszczania  w  przypadku,  gdy  metody  zastosowane  wcześniej  nie  zapewniają  odpowiedniej  klasy 
czystości  wody  zrzucanej  do  odbiorników.  Oczyszczanie  biologiczne  przebiega  zarówno  w  warunkach 
tlenowych,  niedotlenionych  jak  i  beztlenowych  i  polega  na  utlenianiu  oraz  mineralizacji  związków 
organicznych  zawartych  w  ściekach  przy  udziale  mikro  i  makroorganizmów.  Mikroorganizmy  zużywają 
związki zawarte w ściekach jako pokarm i podstawę przemiany materii. Zasada oczyszczania jest taka sama, 
jak  w  przypadku  naturalnego  samooczyszczania  się  zbiorników  wodnych.  Różnica  polega  na  stworzeniu 
optymalnych warunków przebiegu procesu (obecność tlenu, pożywki, mieszanie mechaniczne, temperatura, 
pH  itp.),  które  zwiększają  szybkość  i  skuteczność  procesu.  Metody  biologiczne  dzieli  się  na  naturalne  
i sztuczne. Do naturalnych zlicza się metodę pól irygacyjnych i pól filtracyjnych. Do sztucznych zalicza się 
metodę złoża spłukiwanego i osadu czynnego.  
We wszystkich metodach biologicznego oczyszczania ścieków zachodzą następujące procesy:  
- rozkład substancji organicznych do CO

2

, H

2

O i NH

3

  

- nitryfikacja, czyli utlenienie NH

3

 za pomocą bakterii Nitrosomonas do azotynów, a następnie za pomocą 

bakterii Nitrobacter do azotanów,  
- denitryfikacja, czyli przemiana azotanów do postaci azotu gazowego - N

2

  

 

10. Odpady przemysłu chemicznego, metody i zasady utylizacji. 

Odpady -  to wszystkie przedmioty oraz substancje stałe, również te nie będące ściekami substancje ciekłe, 
powstałe  w  wyniku  działalności  przemysłowej,  gospodarczej  lub  bytowania  człowieka  i  nieprzydatne  
w miejscu lub czasie, w którym powstały. 
Na  przemysł  chemiczny  przypada  około  10%  stałych  odpadów  przemysłowych;  w  celach  tych  znaczny 
udział  mają  odpady  szkodliwe  (podobnie  jak  w  hutnictwie).  Odpady  nieszkodliwe  gromadzi  się  na 
wysypiskach  łącznie  z  odpadami  komunalnymi,  dla  wielkich  ilości  urządza  się  oddzielnie  składowiska. 
Odpady  tworzyw  sztucznych  i  innych  substancji  organicznych  spala  się,  podejmując  środki 
przeciwdziałające zanieczyszczeniu atmosfery. Temperatura spalania wynosi 800-1200°C. 
Najtrudniejszy  problem  stanowią  odpady  szkodliwe,  np.  zakwaszony  siarczan  żelazawy  z  produkcji  bieli 
tytanowej metodą siarczanową. Składowiska do tego rodzaju odpadów buduje się jako niecki, w których na 
warstwie  gliny  układa  się  szczelną  spawaną  wykładzinę  z  grubej  folii,  która  chroni  przed  przenikaniem 
odcieków  z  hałdy  do  wód  gruntowych.  Pociąga  to  za  sobą  poważne  koszty.  Mniejsze  zagrożenie  stanowi 
fosfogips z produkcji kwasu fosforowego. Główną trudność stanowią w tym przypadku jego ogromne ilości, 
sięgające milionów ton rocznie we współczesnych fabrykach nawozów mineralnych (w Polsce w Gdańsku 
i w Policach). Utylizacja jednego i drugiego odpadu jest utrudniona ze względów ekonomicznych; radykalne 
rozwiązanie stanowi zmiana technologii na bezodpadowe. 
 

11. Przemysł azotowy – synteza amoniaku

I synteza przemysłowa amoniaku: 1913 r w Oppau w Niemczech (Haber- Bosch) 
Reakcja syntezy amoniaku z pierwiastków (∆H = - 46 kJ/mol) 
                ½ N

2

 + 3/2 H

2

 = NH

3

 

Niska temperatura i wysokie ciśnienie sprzyjają przebiegowi reakcja w kierunku tworzenia amoniaku. 
Ze względu na ciśnienie instalacje dzielimy na: 
- niskociśnieniowe 10-20 MPa 

- średniociśnieniowe 20-45 MPa 

- wysokociśnieniowe 60-100 MPa 

background image

10 

 

Reakcje  syntezy  amoniaku  przebiegają  w  obecności  katalizatora.  Katalizator:  żelazo  (redukcja  tlenków 
ż

elaza  w  stosunku  1:1,  1  Fe

2+

  do  1  Fe

3+

),  zawierające  promotory  zwiększające  ich  aktywność  i  trwałość 

(Al

2

O

3

, K

2

O, CaO). Zawartości tlenków to 3- 7. Katalizator może pracować w temp. 380- 550 ºC. Dodatek 

tlenku  magnezu  pozwala  na  pracę  katalizatora  do  600  ºC.  Katalizator  jest  wrażliwy  na  „zatrucia” 
(zanieczyszczenia): O

2

, H

2

O, CO, CO

2

 

Mechanizm procesu:  
- chemisorpcja na powierzchni katalizatora: 
                    N

2

 + 2Fe = 2Fe-N

ads

 

                    H

2

 + 2Fe = 2Fe- H

ads

 

                    N

ads

 + H

ads

 = NH

ads

 

                    NH

ads

 + H

ads 

= NH

2ads

 

                    NH

2ads 

+ H

ads

 = NH

3ads

 

                    NH

3ads

 = NH

3desorp

 

Wzrost prędkości objętościowej gazu powoduje wzrost ilości tworzącego się NH

3

 na jednostkę katalizatora. 

W praktyce stosuje się obciążenia 10000- 30000 l/h (dla 30 MPa) oraz 70000- 80000 l/h (przy 70-100 MPa).  
Przygotowanie gazu do syntezy (koszt tej operacji to ok. 70% kosztów wytwarzania amoniaku). 
Wodór może pochodzić z następujących źródeł: 

  zgazowanie paliw stałych 

  zgazowanie paliw ciekłych 

  konwersja paliw gazowych (gaz ziemny) 

  elektroliza wody 

  półspalania metanu 

Azot do syntezy pochodzi z powietrza atmosferycznego przez oddzielenie tlenu: 

o

  na drodze fizycznej (skroplenie, rektyfikacja powietrza) 

o

  na drodze chemicznej (związanie tlenu w procesie wytwarzania gazu do syntezy) 

Oczyszczanie gazu do syntezy: 
W zależności od stosowanej technologii niezbędne jest usuwanie: 

  Pyłów 
  Związków siarki 
  Tlenku węgla 

Odsiarczanie  przeprowadza  się  przed  usuwaniem  tlenku  węgla  (konwersja  parą  wodną).  Stosowane  są 
następujące metody: 

  odsiarczanie na węglu aktywnym 

  odsiarczanie za pomocą etanoloamin 

  odsiarczanie za pomocą tlenku cynku 

Węzeł syntezy amoniaku: 
Cechą  charakterystyczną  instalacji  do  syntezy  amoniaku  jest  stosowanie  cyrkulacji  nieprzereagowanej 
mieszaniny  azotowo-wodorowej,  która  nie  uległa  przemianie  na  amoniak,  wydzielenie  amoniaku  przez 
wykroplenie  i  stosowanie  wysokich  ciśnień.  Świeżą  mieszaninę  azotowo-wodorową  do  obiegu  syntezy 
amoniaku podaje się przed skraplaczem amoniaku w celu usunięcia resztek CO

2

 i pary wodnej. 

Stężenie  gazów  obojętnych  (CH

4

,  Ar)  utrzymuje  się  na  stałym  poziomie  przez  ciągłe  lub  periodyczne 

odpuszczanie  części  gazów  resztkowych  (purge  gas).  Chłodzenie  gazu  po  reakcji  do  niskich  temperatur 
może  być  realizowane  przez  odparowanie  części  wykroplonego  amoniaku  lub  przez  chłodzenie  ciekłym 
amoniakiem z odrębnego obiegu chłodniczego. 
Aparatura do syntezy NH

3

- aparatura wysokociśnieniowa, grubościenna, odporna na korozję wodorową. 
W  aktualnie  stosowanych  konwektorach  do  syntezy  amoniaku  zapobiega  się  korozji  wodorowej  przez 
odpowiednią  konstrukcję  umożliwiającą  kierowanie  zimnego  gazu  syntezowanego  pomiędzy  wnętrzem 
konwektora  i  ścianą  płaszcza  ciśnieniowego.  Dzięki  czemu  przy  temperaturze  katalizatora  rzędu  550  ºC 
temperatura płaszcza nie przekracza 100 ºC. 
Jako  materiał  do  wykonania  wnętrza  aparatu  stosuje  się  stale  stopowe  o  zawartości  18%  Cr,  8%  Ni  
i zawierające mniej niż 0,08% C. 
 

background image

11 

 

Wytwórnia amoniaku (procesy jednostkowe): 

o

  odsiarczanie metanu 

o

  konwersja metanu 

o

  dopalanie metanu (półspalanie) 

o

  konwersja tlenku węgla normalnotemperaturowa 

o

  konwersja CO niskotemperaturowa 

o

  absorpcja CO

2

 

o

  metanizator 

o

  synteza NH

3

 

o

  skraplanie NH

3

 

o

  zwrot mieszanki gazów syntezowych 

 

12. Przemysł azotowy – produkcja mocznika. 

Mocznik - amidowy związek azotu, znajduje zastosowanie jako nawóz azotowy, składnik pasz, w produkcji 
tworzyw sztucznych, klejów, żywic, lakierów, barbituranów. 
Reakcja:: 
       2NH

3

 + CO

2

 = CO(NH

2

)

2

 + H

2

Reakcja dwustopniowa, najpierw tworzy się karbaminian amonu: 
       2NH

3

 + CO

2

 = NH

4

-O-C=O(-NH

2

)    ∆H= - 142,1 kJ/ mol 

Który przechodzi w mocznik: 
       NH

4

-O-C=O(-NH

2

) → CO(NH

2

)

2

 + H

2

O     ∆H= 32,0 kJ/ mol 

Reakcja przebiega w fazie ciekłej, w temperaturze 170- 220 ºC i ciśnieniu 15- 30 MPa. 
Po użyciu 3-4 krotnego nadmiaru NH

3

 w stosunku do CO

2

 uzyskuje się 80% stopień przemiany. 

Praktycznie zawsze stosuje się recyrkulację reagentów. Innym problemem jest korozja materiału, z którego 
zbudowany jest reaktor- stosowane są wykładziny z cyrkonu, tytanu i jego stopy. 
!!!Do syntezy mocznika nie stosuje się katalizatorów!!! 
Instalacje do syntezy mocznika: 
- instalacje bez zawracania amoniaku i dwutlenku węgla 
- instalacje z częściowym lub całkowitym zawracaniem. 

 

13. Przemysł azotowy – technologia kwasu azotowego. 

Kwas  azotowy  przerabia  się  na  azotany  (nawozy,  materiały  wybuchowe,  otrzymywanie  nitrozwiązków  
i azotanów organicznych). 
Od  opanowania  syntezy  amoniaku  otrzymywanie  kwasu  azotowego  oparte  jest  na  procesie  utleniania 
amoniaku: 
           4NH

3

 + 5 O

2

 → 4NO + 6 H

2

O           ∆H = - 904  kJ/mol 

Reakcje towarzyszące przebiegają do utworzenia podtlenku azotu i azotu: 
         4NH

3

 + 4 O

2

 → 2 N

2

O + 6 H

2

         4 NH

3

 + 3 O

2

 → 2 N

2

 + 6 H

2

Tlenek azotu jest jedynie produktem pośrednim. W stanie równowagi produktami reakcji są azot i woda. 
Katalizatorem  reakcji  jest  platyna  (katalityczne  właściwości  wykazuje  również  rod,  pallad,  iryd,  tlenki 
bizmutu, miedzi, ceru, wanadu, chromu, manganu, żelaza i kobaltu). 
Mechanizm  reakcji  złożony,  według  teorii  imidowej  na  powierzchni  platyny  tworzy  się  przejściowy 
kompleks  amoniaku  z  tlenem,  który  rozkładając  się  tworzy  grupę  imidową,  a  tlenek  azotu  powstaje  
w reakcjach: 
              NH + O

2

 → HNO

2

 

              HNO

2

 → NO + OH 

              2OH → H

2

O + O 

Wydajność  utleniania  amoniaku  w  stosunku  do  tlenku  azotu  zależy  od  rodzaju  katalizatora,  temperatury, 
czasu zetknięcia mieszaniny z katalizatorem i stosunku molowego tlenu do amoniaku. 
Platynę  jako  katalizator  stosuje  się  w  postaci  siatek  wykonanych  z  drutów  o  średnicy  0,06-  0,076  mm. 
Wykonuje się siatki zawierające 3600 lub 1024 oczek na cm

2

.  

background image

12 

 

Siatki  pracują  pod  ciśnieniem  atmosferycznym  (najwyżej  0,2-  0,5  MPa),  są  wytwarzane  ze  stopu  platyny  
i  rodu  (5-7%  rodu),  a  pracujące  pod  ciśnieniem  0,9  MPa  ze  stopu  zawierającego  10%  rodu.  
Rod przeciwdziała stratom platyny. 
Siatki stosuje się w pakietach od 5 do 20 siatek w pakiecie. 
Platynę wychwytuje się w filtrach wypełnionych watą kwarcową lub za pomocą tlenku wapnia. 
Katalizator  Pt  ulega  zatruciu  -  wrażliwość  na  fosfoniak-  PH

3

,  siarkowodór,  acetylen,  pyły  zawierające 

ż

elazo, krzem. 

Optymalne warunki spalania amoniaku na kontakcie platynowym: 
Ciśnienie 

Temperatura 
[ºC] 

Stężenie 
amoniaku 
[%] 

Wydajność 
utleniania 
NH

3

 

Straty platyny 
g Pt/ Mg HNO

3

 

(w  gramach  na  tonę 
kwasu azotowego) 

Czas  pracy 
(miesiące) 

Atmosferyczne 

810 - 850 

12,0 - 12,5  97 - 98 

0,04 - 0,05 

8 - 12 

0,2 - 0,5 MPa 
(metoda półciśnieniowa) 

870 - 890 

10,5 - 11,0  96 - 96,5 

0,10 - 0,11 

4 - 6 

0,7 - 0,9 MPa  
(metody ciśnieniowe) 

920 - 940 

10,3 - 10,5  94,5 - 95 

0,25 - 0,30 

1,5 - 3 

W reakcje z wodą wchodzą jedynie wyżej utlenione tlenki azotu powstające w reakcjach: 
         2 NO + O

2

 = 2 NO

2

              ∆H = - 114,3  kJ/mol 

         2 NO

2

 = N

2

O

4

 

tworzy się również dimer tlenku i dwutlenku azotu- N

2

O

3

Utlenianie tlenku azotu jest procesem wolnym, a szybkość procesu zależy od ciśnienia (dodatnio) i wzrostu 
temperatury (ujemnie). 
W mieszaninie gazowej współistnieją więc takie związki jak: NO, NO

2

, N

2

O

3

, N

2

O

4

, N

2

, O

2

, para wodna. 

Kwas azotowy powstaje podczas absorpcji tlenków azotu w wodzie w reakcjach dysproporcjonowania: 
      2 NO

2

 = N

2

O

4

 

      N

2

O

4

 + H

2

O → HNO

3

 + HNO

2

 

      3 HNO

 HNO

3

 + 2NO + H

2

Sumarycznie: 
      3 NO

2

 + H

2

O → 2 HNO

3

 + NO 

Trójtlenek azotu reaguje z wodą według schematu: 
   3 N

2

O

3

 + 3H

2

O → 6HNO

2

 

   6 HNO

2

 → 2 HNO

3

 + 4NO + 2 H

2

Sumarycznie: 
   3 N

2

O

3

 + H

2

O → 2 HNO

3

 + 4 NO 

W reakcjach odtwarza się tlenek azotu, źródło strat azotu i zanieczyszczenia NO

X

 do atmosfery. 

Wysokie  ciśnienie  absorpcji  sprzyja  ich  ograniczeniom,  a  także  jest  korzystne  dla  otrzymywania  bardziej 
stężonych roztworów kwasu. 
Instalacje przemysłowe do wytwarzania kwasu azotowego: 

  Utlenianie i absorpcja pod ciśnieniem atmosferycznym (instalacje bezciśnieniowe) 

  Utlenianie pod ciśnieniem atmosferycznym, absorpcja po ciśnieniem 0,3- 0,5 MPa 

  Utlenianie i absorpcja pod ciśnieniem 0,3- 0,5 MPa (instalacje półciśnieniowe) 

  Utlenianie pod ciśnieniem 0,3- 0,5 MPa, absorpcja pod ciśnieniem 0,9- 1,0 MPa. 

  Utlenianie i absorpcja pod ciśnieniem 0,9- 1,0 MPa (instalacje ciśnieniowe). 

Otrzymywanie stężonego kwasu azotowego przez bezpośrednią syntezę. 
Realizacja teoretycznej reakcji sumarycznej: 
                   NH

3

 + 2 O

 HNO

3

 + H

2

Aby  otrzymać  stężony  kwas  azotowy  z  układu  trzeba  usuwać  H

2

O,  co  jest  realizowane  w  „chodnicach 

huraganowych”  dzięki  szybkiej  kondensacji  pary  wodnej.  Następnie  otrzymuje  się  czterotlenek  azotu 
poprzez utlenianie NO tlenkiem technicznym, a sumaryczną reakcję można zapisać równaniem. 
 

background image

13 

 

14. Przemysł azotowy – wytwarzanie nawozów azotowych. 

Spośród wszystkich składników pokarmowych pobieranych przez rośliny najważniejsze znaczenie ma azot.  
Nawozy  azotowe  wpływają  bowiem  na  intensywny  wzrost  i  rozwój  roślin,  zwiększając  ich  masę  zieloną 
oraz  plon  nasion,  co  jest  korzystne,  natomiast  zmniejszają  zawartość  cukru  w  burakach,  tłuszczu  
w  nasionach  rzepaku,  czy  skrobi  w  bulwach  ziemniaka,  co  pogarsza  jakość  technologiczną  tych  roślin. 
Stosowane niewłaściwie, np. zbyt późno lub w zbyt dużych dawkach, mogą zmniejszać zimotrwałość roślin 
ozimych,  zwiększać  niebezpieczeństwo  wylęgania  roślin,  np.  zbóż  i  lnu,  utrudniać  zbiór,  np.  bujna  nać  
u  ziemniaków,  czy  opóźniać  dojrzewanie  roślin.  Niedobór  zaś  azotu  w  glebie  hamuje  wzrost  roślin  
i zmniejsza zawartość w nich chlorofilu, co powoduje zmniejszenie plonu. 
Azot  stosowany  w  nawozach  mineralnych  jest  częściowo  pobierany  przez  rośliny,  częściowo  przez 
mikroorganizmy  glebowe,  a  pewne  jego  ilości  są  wymywane  z  warstwy  ornej  w  głąb  gleby  przez  wody 
opadowe,  a  więc  dla  roślin  tracone  bezpowrotnie.  Straty  azotu  powstające  na  skutek  wymywania  zależą 
przede  wszystkim  od  formy,  w  jakiej  był  stosowany,  następnie  od  ilości  opadów  oraz  od  temperatury. 
Najłatwiej  wymywany  jest  azot  azotanowy  (saletrzany),  gdyż  nie  jest  przez  glebę  zatrzymywany 
(sorbowany).  Pozostałe  formy  azotu  (amonowa,  amidowa)  są  sorbowane  przez  glebę  i  dlatego  nie  są 
wymywane przez wodę. 
Działanie nawozów azotowych zawierających azot w formie azotanowej jest szybkie, natomiast pozostałych 
-  wolniejsze,  co  spowodowane  jest  tym,  że  rośliny  pobierają  głównie  jony  azotanowe,  a  w  niewielkim 
stopniu  jony  amonowe.  Amonowe  i  amidowe  formy  azotu  ulegają  w  glebie  przemianom  do  azotanów  
i  dopiero  wtedy  mogą  być  pobierane  przez  rośliny.  Jest  to  proces  wymagający  czasu  i  dlatego  działanie 
takich  nawozów  jest  wolniejsze.  Nawozy  azotowe  zawierające  azot  tylko  w  formie  azotanowej  nie  są 
obecnie produkowane (saletra wapniowa, sodowa czy potasowa). 
Azotan sodu 
Azotan sodu na ogół jest wykorzystywany do celów nawozowych poprzez wykorzystanie saletry chilijskiej 
pochodzenia naturalnego. Wydobywaną sól, która poza 30% azotanu sodu zawiera również: azotan potasu 
KNO

3

,  siarczan  sodu  Na

2

SO

4

,  siarczan  wapnia  CaSO

4

,  siarczan  magnezu  MgSO

4

,  chlorek  sodowy  NaCl, 

przerabia się poprzez oddzielenie siarczanów jako siarczan wapnia i krystalizację. 
Saletra potasowa 
Otrzymywana jest w reakcji konwersji: 
        NaNO

3

 + KCl → KNO

3

 + NaCl 

inna metoda bazuje na reakcji: 
         2 KCl + 2 HNO

3

 + ½ O

2

 → 2 KNO

3

 + Cl

2

 + H

2

Zastosowania: 
- do prochu czarnego 
- konserwacja mięs 
- mieszanki zawozowe 
Saletra wapniowa (saletra norweska) Ca(NO

3

)

2

 

 4 H

2

Powstaje  w  reakcji  wapniaka  z  kwasem  azotowym,  a  także  w  metodzie  otrzymywania  nawozów 
wieloskładnikowych  poprzez  rozkład  surowca  fosforowego  kwasem  azotowym  i  oddzielenia  w  niskich 
temperaturach.  Ze  względu  na  higroskopijność  stosuje  się  dodatek  NH

4

NO

3

  i  krystalizuje  z  Ca(NO

3

)

2

 

NH

4

OHH

2

O. 

 

15. Przemysł azotowy – saletrzak, azotan amonu. 

Saletrzak NH

4

NO

3

+CaCO

3

   

Azotan amonu NH

4

NO

3

 

Azotan amonu powstaje w reakcji: 
        NH

3

 + HNO

3

 → NH

4

NO

3

       ∆H= - 145,5 kJ/mol 

W podwyższonych temperaturach możliwy jest termiczny rozkład azotanu amonu: 
         NH

4

NO

3

 → N

2

O + 2 H

2

         2NH

4

NO

3

 → 2 N

+ O

2

 + 4 H

2

W  pewnych  warunkach  rozkład  ten  może  mieć  charakter  wybuchu-  wysoka  temperatura,  ciśnienie, 
substancje organiczne, chlorki, substancje oddziaływujące katalitycznie i jako detonatory. 
Azotan  amonu  wykorzystywany  jest  jako  składnik  materiałów  wybuchowych  i  jako  nawóz  w  postaci 
granulowanego azotanu amonu i saletrzaka (azotan amonu zmieszany z wapniakiem). 

background image

14 

 

Egzotermiczną reakcję zobojętniania kwasu azotowego amoniakiem można przeprowadzić w instalacjach: 

  z wykorzystaniem ciepła pod ciśnieniem atmosferycznym 
  z wykorzystaniem ciepła pod ciśnieniem podwyższonym  
  z wykorzystaniem ciepła pod ciśnieniem obniżonym 

W wyniku odparowania wody do powietrza następuje zatężenie roztworu azotanu amonu. 
Roztwór  azotanu  amonu  poddaje  się  odparowaniu  w  aparatach  wyparnych  do  uzyskania  95-  98%  stopu, 
który  poddaje  się  granulacji  lub  krystalizacji.  Granulowany  z  wapniakiem  azotan  amonu  nosi  nazwę 
saletrzaka  (zawiera  20-27,5%  mas.  N).  Wykorzystywana  jest  do  tego  celu  granulacja  mechaniczna, 
wieżowa. Gotowy produkt ze względu na właściwości i zagrożenia magazynuje się i transportuje w ściśle 
określony sposób. 
 

16. Przemysł azotowy – oddziaływanie na środowisko. 

Spośród znanych połączeń tlenków azotu, wykrywane w atmosferze są 

O

N

2

NO

 i 

2

NO

, spośród, których 

dwa  ostatnie  są  toksyczne,  ten  ostatni  jest  koloru  czerwono-brunatnego,  z  charakterystycznym  silnym, 
dławiącym odorem. Tlenek 

O

N

2

jest głównie pochodzenia ze źródeł naturalnych. 

NO

w 80% to są źródła 

naturalne, w 20% źródła sztuczne. 

2

NO

 prawie w całości emitowany jest przez źródła sztuczne. Prawie cała 

zawartość 

NO

  i 

2

NO

  pochodzenia  sztucznego  powstaje  w  wyniku  utleniania  atmosferycznego  azotu  

w  wysokich  temperaturach.  To  wykorzystali  w  początku  IXX  w  uczeni  norwescy,  którzy  w  wysokiej 
temperaturze  połączyli  azot  z  tlenem  na  tlenek  azotu,  a  ten  z  kolei  po  utlenieniu  na  ditlenek  azotu  był 
wykorzystywany  do  produkcji  kwasu  azotowego.  Wadą  tej  metody  była  niska  wydajność,  (w  2,5tys.  K 
ok.2%, w temp. 3,5tys. K zawartość tlenku azotu jest ok. 5%). Pomimo, iż wydajność reakcji jest niewielka 
ale  ilości  zużywanego  tlenu  są  duże,  stąd  sumaryczna  emisja  NO  osiąga  podobne  rozmiary  (w  Polsce 
powyżej  1mln  ton  NO  na  rok).  W  wysokiej  temperaturze  emitowany  jest  przede  wszystkim  tlenek  azotu, 
który jest substancją mało aktywną, ale powoli zmienia się z tlenem z powietrza na 

2

NO

. Czas utleniania 

NO

  do 

2

NO

jest  bardzo  długi  stąd  emitowane  tlenki  azotu  przenoszone  są  niekiedy  na  bardzo  duże 

odległości od źródeł emisji. Potencjalnie duże zagrożenie tlenkami azotu występuje z dwóch powodów: 

1.

  Dotyczy górnych warstw atmosfery. Jeżeli źródłem tlenków azotu są silniki samolotów, szczególnie 

naddźwiękowych  komunikacji  międzykontynentalnej  czy  rakiet  kosmicznych,  tlenki  azotu  mogą 
docierać  do  warstwy  ozonu,  która  zatrzymuje  bardzo  niebezpieczne  dla  życia  promieniowanie 
nadfioletowe.  Tlenki  azotu  reagują  z  ozonem  w  procesie  łańcuchowym,  co  może  powodować 
rozkład znacznych ilości ozonu. Ozon utlenia 

NO

 do 

2

NO

, a 

2

NO

 do 

5

2

O

N

2.

  W dolnych natomiast warstwach atmosfery obecność tlenków azotu powoduje, iż przy odpowiednich 

warunkach meteorologicznych, tzn. takich jak stagnacja, inwersja temperatury, duże napowietrzenie 
mogą  zaistnieć  warunki  do  przebiegu  bardzo  skomplikowanych  reakcji  chemicznych  w  wyniku, 
których powstaje, tzw. Utleniający smog fotochemiczny (to jest drugi rodzaj smogu). Silnie trujące 
azotany pewnych związków organicznych mogą być przyczyną ciężkich chorób. 

Smog fotochemiczny zwany utleniającym - po raz pierwszy pojawił się i został opisany pod koniec lat ’40  
i przez następne dekady był obserwowany z rosnącą częstotliwością w wielu głównych centrach miejskich. 
W  Europie  po  raz  pierwszy  zanieczyszczenia  charakterystyczne  dla  smogu  fotochemicznego 
zaobserwowano w Holandii w roku 1956, natomiast w latach 40. po raz pierwszy w Los Angeles a następnie 
w Atenach w dużych aglomeracjach miejskich. Smog fotochemiczny powstaje na bazie dużej emisji spalin 
samochodowych, w warunkach intensywnego promieniowania słonecznego. W gazach spalinowych oprócz 
dwutlenku węgla, tlenku węgla, występują produkty niezupełnego spalania paliw ciekłych, szczególnie, jeśli 
chodzi  o  smog  fotochemiczny  to  wielopierścieniowe  węglowodory  aromatyczne  w  tym  także  benzopiren. 
Na  skutek  reakcji  fotochemicznych,  pod  wpływem  promieni  słonecznych,  jako  skażenie  wtórne  powstają 
wówczas  wodór  i  dwutlenek  azotu,  a  ponieważ  w  powietrzu  atmosferycznym  występują  węglowodory 
aromatyczne  to  także  różne  toksyczne  związki, wśród  których  wymienia  się  najczęściej:  azotan nadtlenku 
acetylu  oraz  nitro  olefiny  i  benzopiren.  Smog  fotochemiczny  tworzy  się  w  dużych,  nasłonecznionych 
aglomeracjach miejsko-przemysłowych. Składniki smogu wywołują podrażnienie oczu, kaszel, bóle głowy, 
zaburzenia w procesach fotosyntezy. Smog fotochemiczny powoduje ponadto znaczny spadek widoczności, 
złe samopoczucie, wzrost zachorowań, a także niekiedy zgon zwłaszcza osób starszych i dzieci. 
 

background image

15 

 

Główne źródła tlenków azotu. 
Transport – ocenia się, że w dużych aglomeracjach miejskich, z dużą ilością samochodów stanowi nawet ok. 
50%,  także  spalanie  paliw,  w  tym  głownie  źródła  stałe,  a  więc  energetyka  przemysłowa  i  energetyka 
zawodowa, oraz lokalne kotłownie. Natomiast, co jest rzeczą ciekawą, że np. fabryki związków azotowych 
(kwasu azotowego, amoniaku) udział emisji tlenków azotu do powietrza atmosferycznego jest stosunkowo 
niewielki,  bo  to  jest  rząd  wielkości  0,4-0,5%,  w  porównaniu  z  transportem  –  50%,  spalanie  paliw  – 
czterdzieści kilka %, ale stężenie tlenków azotu emitowanych przez te źródła, jakimi są przemysł związków 
azotowych,  są  bardzo  duże.  Nowoczesne  zakłady  przemysłowe  przy  wydajności  92-96%,  z  każdego  1tys. 
ton  azotu  użytego  w  użytego  do  produkcji  40-80  ton  ulatnia  się  do  atmosfery  w  postaci  tlenków  azotu,  
np.  zakłady  azotowe  w  Puławach  zanim  zaczęły  redukować  tlenki  azotu  do  roku  1997  emitowały  
do  atmosfery  ok.  30tys.  ton  tlenków  azotu  na  rok.  W  promieniu  do  20km  od  zakładów  azotowych  
w  Puławach,  występuje  strefa  bezpośredniego  zagrożenia  lasów  i  innych  gatunków  roślin  na  skutek 
nadmiernego  zakwaszenia.  W  okresie  pierwszych  czterech  lat  zniszczono  ok.  8  tys.  hektarów  lasów  
i okolicznych pól uprawnych. Od 1997 roku zakłady azotowe w Puławach jako jedyne w kraju, zajmują się 
tym  problemem  i  obecnie  te  zakłady  nie  są  już  tak  groźne  dla  środowiska,  ponieważ  tlenki  azotu  są 
katalitycznie  redukowane  do  azotu.  Ale  jest  to  zaledwie  jeden  z  czterech  zakładów  azotowych  w  Polsce, 
pozostałe  trzy  zakłady  związków  azotowych  nie  utylizują  tlenków  azotu  i  tlenki  azotu  są  emitowane  
do atmosfery powodują zakwaszenie gleby w najbliższym otoczeniu. 
 

17. Przemysł siarkowy – komorowa metoda wytwarzania kwasu siarkowego. 

Kwas  siarkowy  (H

2

SO

4

)  -  najważniejszy,  produkowany  i  używany  w  największych  ilościach  produkt 

przemysłu nieorganicznego. 
Monohydrat - kwas o składzie H

2

SO

4

 

Oleum - roztwory SO

3

 w H

2

SO

4

 (20%, 60%, 80%) 

Materiały do budowy aparatur i zbiorników dla kwasu siarkowego: 
- ołów (95% w temp. otoczenia, do 80% w temp. podwyższonej) 
- ołów twardy (stop ołowiu z antymonem odporny na niższe stężenia, lecz o lepszych właściwościach mechanicznych) 
- żeliwo (odporne na stężony 90- 99% kwas siarkowy, nieodporne na roztwory rozcieńczone i oleum) 
- żeliwa z dodatkiem Ni lub Cr- do wyrobu armatur odpornych na kwas 
- stal węglowa- odporna na działanie kwasu o wyższych stężeniach i oleum 
- kwasoodporne materiały ceramiczne 
- stale chromowo- niklowe, guma, polimery i tworzywa organiczne- odporne na działanie rozcieńczonego kwasu 

 

  Spalanie siarki: 

 

 

S + O

2

 + 3,76 N

2

 → SO

2

 + 3,76 N

2

        

   ∆H= - 293 kJ/mol 

  SO

z surowców siarkonośnych: 

           Rozkład CaSO

4

 

 

 

2 CaSO

4

 + C → 2CaO + 2 SO

2

 + CO

2

        ∆H= 578 kJ/mol 

 
Metoda  komorowa  -  oparta  na  wykorzystaniu  urządzeń  typu  komór  wykonanych  z  ołowiu,  pierwotnie  
do przeprowadzenia w fazie gazowej reakcji utleniania tlenku azotu, o której sądzono, że stanowi czynnik 
ograniczający szybkość procesu. 
Metoda wieżowa - rozbudowa i zwiększenie ilości wież (Glovera i Gay- Lussaca) kosztem komór na skutek 
stwierdzenia,  że  istotnym  ograniczeniem  szybkości  jest  szybkość  rozpraszania  ciepła  reakcji,  
co doprowadziło do rozbudowy komór, systemu ich zraszania, a także zastosowania wypełnienia. 
Metoda  komorowa  (i  jej  modyfikacja  zw.  metodą  wieżową),  obecnie  rzadko  stosowana,  polega  
na  utlenianiu  SO

2

  do  SO

3

  tlenem  z  powietrza,  z  zastosowaniem  obiegu  kołowego  tlenków  azotu  

(jako  przenośników  tlenu),  które  wprowadza  się  w  postaci  tzw.  nitrozy;  powstający  SO3  tworzy  
z  doprowadzaną  wodą  kwas  siarkowy  około  60%  (w  metodzie  komorowej)  lub  ok.  75%  (w  metodzie 
wieżowej). 
 

background image

16 

 

18. Przemysł siarkowy – kontaktowa metoda wytwarzania kwasu siarkowego. 

Współcześnie  kwas  siarkowy  otrzymuje  się  w  przemyśle  głównie  metodą  kontaktową.  W  metodzie  
tej można wyróżnić trzy podstawowe etapy: 

 

spalanie siarki do SO

2

 

 

utlenianie SO

2

 do SO

3

 (na katalizatorze wanadowym) 

 

absorpcja SO

3

 w oleum oraz stężonym kwasie siarkowym 

Katalityczne utlenianie SO

2

           SO

2

 + ½ O

2

 → SO

3

        ∆H= -95,9 kJ/ mol 

Katalizatory: 

  Platyna - bardzo szybko ulega zatruciu 

  V

2

O

-  optymalny  katalizator  (aktywowany  tlenkami  sodu,  potasu,  krzemionką).  Ze  względu  

na mniejszą wrażliwość na zatrucia kontakty wanadowe wyparły platynowe. 

Dla katalizatora aktywowanego potasem: 
               KVO

3

 + SO

2

 → KVO

2

SO

3

 → KVO

2

 + SO

3

 

               KVO

2

 + ½ O

2

 → KVO

3

 

Trucizny kontaktów platynowych: chlor, chlorowodór, selen, siarkowodór, arszenik, para wodna. 
Trucizny kontaktów wanadowych: Arszenik - 100 razy mniej „zatruwa” niż kontakt platynowy. 
Zatrucie katalizatora polega na zablokowaniu miejsc aktywnych. 
Absorpcja SO

3

         SO

3

 + H

2

O → H

2

SO

4

    ∆H= -132 kJ/ mol 

W praktyce ze względu na tworzenie się mgieł kwasu siarkowego nie stosuje się absorpcji SO

3

 w wodzie, 

ale w stężonym kwasie siarkowym (97,7- 98,75 H

2

SO

4

W  przypadku  wytwarzania  oleum  (20%)  realizowana  jest  absorpcja  w  kwasie  wyjściowym  zawierającym 
98,3 % H

2

SO

4

. Aby ograniczyć straty SO

3

 stosowane jest ponadto intensywne chłodzenie. 

Sprawność metody kontaktowej: 

a)

  Instalacje  jednostopniowe  (1  proces  kontaktowy  +  1  absorpcja)  g-  stopień  przemiany  SO

2

  do  SO

3

 

98%, zawartość SO

X

 w gazach 0,15- 0,20 %. 

b)

  Instalacje  dwustopniowe  (dwuetapowe)  -  stopień  przemiany  SO

2

  do  SO

3

  99,5%,  zawartość  SO

X

 

w gazach odlotowych 0,05%. 

c)

  Instalacje trójstopniowe - pierwsza w 1997. 

 

19. Przemysł siarkowy – nitrozowa metoda wytwarzania kwasu siarkowego. 

Polega  na  utlenianiu  SO

za  pomocą  tlenków  azotu.  Tlenki  azotu  (NO

2

  i  N

2

O

3

)  rozpuszczone  w  kwasie 

siarkowym  tworzą,  tzw.  nitrozę:  NOHSO

4

,  której  termiczny  rozkład  prowadzi  do  otrzymania  produktu. 

Aktualnie mechanizm uważa się za bardziej złożony i według Malina można w nim wyróżnić: 

  Absorpcję gazu w cieczy: 

            SO

2

 + H

2

O → H

2

SO

3

 

            O

2

 + 2NO → 2 NO

2

 

  Reakcje w fazie ciekłej: 

            NOHSO

4

 + H

2

O → H

2

SO

4

 + HNO

2

 

            NO + NO

2

 + H

2

O → 2 HNO

2

 

            H

2

SO

+ 2 HNO

2

 → H

2

SO

4

 + 2 NO + H

2

O   !! 

            2 NOHSO

4

 + H

2

O → 2 H

2

SO

4

 + NO + NO

2

 

  Reakcje w fazie gazowej: 

            2NO + O

2

 → 2 NO

2

 

Zastosowanie kwasu siarkowego: 
- Produkcja nawozów. 
- Włókna sztuczne (kąpiele przędzalnicze). 
- Przemysł chemiczny nieorganiczny- produkcja fluorowodoru, kwasu solnego, kwasu fosforowego, 
siarczanu sodu, siarczanu glinu. 
- Przemysł organiczny- rafinacja olejów, nitrowanie, przemysł petrochemiczny. 
- Czynnik suszący odwadniający. 
- Metalurgia, trawienie metali, składnik kąpieli galwanicznych, akumulatory. 

background image

17 

 

20. Przemysł fosforowy – otrzymywanie fosforu pierwiastkowego. 

Fosfor biały - materiał samozapalny (t

zapł

: 60ºC), łatwo topliwy, silnie toksyczny. 

Fosfor czerwony - t

zapł

: 200- 400 ºC, mało toksyczny. 

Fosfor  biały  otrzymywany  jest  przez  redukcję  fosforanów  (apatytów  i  fosforytów)  za  pomocą  węgla  
i krzemionki. 
Ca

3

(PO

4

)

2

 + 5C + 3SiO

2

 = ½ P

4

 + 5 CO + 3 CaSiO

3

       ∆H = 1530 kJ/mol. 

Reakcja przebiega w temperaturze 1400- 1600 ºC. Krzemionka wypiera bezwodnik fosforowy z fosforanu 
wapnia i wiąże tlenek wapnia. Reakcja przebiega w dwu stadiach: 
Ca

3

(PO

4

)

2

 + 3 SiO

2

 = 3 CaSiO

3

 + P

2

O

5

 

P

2

O

5

 + 5 C = ½ P

4

 + 5 CO 

Proces przebiega w całkowicie zamkniętym piecu w którym umieszcza się elektrody grafitowe. 
Na 1 Mg (megagram) fosforu zużywa się 12000-16000 kWh oraz powstaje 7 Mg żużlu oraz 2800 m

3

 gazu  

o wartości opałowej 12,6 MJ/m

3

Przerób fosforu białego na fosfor czerwony: 
Proces  przeprowadza  się  metodą  ogrzewania  fosforu  białego,  bez  dostępu  powietrza  w  naczyniach 
ciśnieniowych w temperaturze 260 ºC. 
Pozostałości  fosforu  białego  usuwa  się  przez  przemywanie  NaOH  z  którym  fosfor  biały  reaguje  znacznie 
szybciej niż fosfor czerwony. 
P

+ 3 NaOH + 3 H

2

O = PH

3

 + 3 NaH

2

PO

2

 

Fosfor  czerwony  służy  do  wytwarzania  masy  zapalającej  na  pudełka  do  zapałek,  jako  reagent  chemiczny,  
do pocisków smugowych. 
 

21. Przemysł fosforowy – otrzymywanie „termicznego” kwasu fosforowego. 

Wytwarzanie kwasu fosforowego metodą termiczną: 

  Metoda termiczna z fosforu (metoda jednostopniowa) 

Metoda  w  której  nie  otrzymuje  się  pierwiastkowego  fosforu,  ale  pary  fosforu  powstające  w  piecu 
elektrycznym  miesza  się  z  nadmiarem  powietrza  i  spala  do  P

2

O

5

.  Stosowana  najczęściej  dla  metody 

szybowej  (wielkopiecowej)  w  której  niezbędne  w  procesie  ciepło  uzyskiwane  przez  spalanie  koksu  
w  powietrzu  co  rozcieńcza  zawartość  fosforu  w  gazach  utrudniając  ich  kondensację  (~  20  g  fosforu/m

3

). 

Pary P

2

O

5

 ze względu na tendencję do tworzenia mgieł nie absorbuje się w wodzie lecz w stężonym kwasie 

fosforowym. Istotnym problemem jest temperatura, od której zależy szybkość korozji i zagrożenie tworzenia 
się kwasów skondensowanych – di fosforowego, metafosforowego. 

  Metoda dwustopniowa 

- wykorzystuje czysty fosfor: Kazachstan, Chiny 
-  metoda  wieżowa,  w  pokrywie  umiejscowione  są  palniki,  do  których  doprowadzany  jest  stopiony  fosfor  
i powietrze. 
- ściany wieży omywane są cieczą cyrkulującą (kwasem fosforowym) w której następuje absorpcja P

2

O

5

 

P

2

O

5

 + 3 H

2

O → 2 H

3

PO

4

          ∆H= -188,1 kJ/mol. 

Niezbędne jest odbierania ciepła z procesu i usuwanie mgieł kwasu fosforowego. 
Produkt handlowy zawiera 85% mas. H

3

PO

4

 (w okresie zimowym 75%) i ma wysoki stopień czystości.  

Może  być  stosowany  do  produkcji  fosforanów  paszowych,  spożywczych,  past  dentystycznych,  wyrobów 
chemii gospodarczej (trój polifosforanu sodu i metafosforanu sodu). 

 

22. Przemysł fosforowy – otrzymywanie ekstrakcyjnego kwasu fosforowego. 

Metoda otrzymywania kwasu fosforowego przez rozkład surowca fosforowego kwasem siarkowym (metoda 
mokra ekstrakcyjna). W metodzie tej wykorzystywana jest reakcja rozkładu surowca fosforowego kwasem 
siarkowym: 
Ca

5

(PO

4

)

3

F + 5 H

2

SO

4

 + 5n H

2

O → 3 H

3

PO

4

 + HF + 5 CaSO

4

nH

2

4HF + SiO

2

 → SiF

4

 + 2 H

2

SiF

4

 + 2 HF → H

2

SiF

6

 

W zależności od stopnia uwodnienia powstającego siarczanu wapnia metody te dzielą się na: 
- anhydrytową CaSO

4

 

- półhydratową (półwodzianową, półwodną)  CaSO

4

½H

2

O  

- dwuhydratową (dwuwodzianową, dwuwodną) CaSO

4

2H

2

background image

18 

 

23. Przemysł fosforowy – kombinowane metody otrzymywania kwasu fosforowego. 

Stosowane procesy w skali przemysłowej klasyfikowane są jako: 
- Proces dwuwodzianowy DH 
- Proces półwodzianowy z rekrystalizacją HRC 
- Proces półwodzianowy HH 
- Proces półwodzianowy/ dwuwodzianowy HDH 
- Proces dwuwodzianowy/(filtracja) półwodzianowy DH/ HH 
Porównanie metod DH i HH: 

Rodzaj procesu 

Zalety 

Wady 

 
DH 
(dwuwodzianowy) 

tanie materiały konstrukcyjne 
dobre właściwości transportowe fosfogipsu 
prosta i łatwa w eksploatacji instalacja 
jednostopniowa filtracja 

P

2

O

5

 w kwasie 26- 32% 

konieczne zatężanie kwasu 
sprawność fosforanowa       ~ 95% 
zanieczyszczenia w kwasie 
zbiorniki międzyoperacyjne 

 
HH 
(półwodzianowy) 

jednostopniowa filtracja 
P

2

O

5

 w kwasie 40- 48% 

wyższe wymagania surowcowe 
gorsza filtrowalność (lepkość) 
wyższe  wymagania  dla  materiałów  
w reaktorach 
sprawność fosforanowa ~92% 

Porównanie metod kombinowanych: 

Rodzaj procesu 

Zalety  

Wady 

HRC 

czysty fosfogips 
jednostopniowa filtracja 
sprawność fosforanowa ~ 97% 
P

2

O

5

 w kwasie 30-32% 

dobra filtr owalność 

duża objętość reaktorów 
zanieczyszczenia kwasu 
wtórne strącanie zawiesin 
wysokie wymogi dla niektórych reaktorów 

HDH 

czysty fosfogips (najczystszy) 
P

2

O

5

 w kwasie 40-52% 

sprawność fosforanowa >98% 

dwustopniowa filtracja 
wyższe wymagania surowcowe 
wysokie wymogi dla materiałów reaktorowych 
zanieczyszczony kwas - F, Al 

DH/ HH 

czysty fosfogips 
sprawność fosforanowa ~98% 
P

2

O

5

 w kwasie 30-32% 

dwustopniowa filtracja 
trudny transport fosfogipsu 
duży koszt instalacji 

Zdolność produkcyjna instalacji zależy od właściwości filtracyjnych fosfogipsu. 
Na właściwości te duży wpływ mają takie parametry jak: 
-  stopień  przesycenia  roztworu  (przesycenie-  stężenie  w  stosunku  do  rozpuszczalności  związku  w  danej 
temperaturze) 
- stężenie wolnego kwasu siarkowego w roztworze 
- obecność zanieczyszczeń 
Do oddzielania osadów stosowane są filtry o działaniu ciągłym- karuzelowe, taśmowe, tarczowe. 
Rozkład  surowca  przeprowadza  się  w  kaskadzie  reaktorów  lub  jednym  reaktorze  podzielonym  na  sekcje  
i wyposażonym w mieszadła. Nadmiar ciepła z reakcji roztwarzania surowca fosforowego odprowadza się 
przy  pomocy  chłodnic  próżniowych.  Najważniejszym  aktualnie  problemem  związanym  z  technologią 
wytwarzania kwasu fosforowego metodą ekstrakcyjną jest fosfogips. Na 1 Mg wprowadzanego z surowcem 
P

2

O

5

 otrzymuje się 4- 5,5 Mg suchego odpadu. 

 

24. Przemysł fosforowy – nawozy fosforowe. 

Otrzymany w technologii DH ekstrakcyjny kwas fosforowy przed zastosowaniem w procesie wytwarzania 
nawozu  musi  być  stężony  do  zawartości  55-  57%  mas.  H

3

PO

4

  (40-  54%  mas.  P

2

O

5

).  Realizowane  jest  

to w szybkoprądowych  z wymuszonym obiegiem wyparkach  grafitowych. Podczas zatężania wydziela się 
podstawowa ilość fluorowodoru i czterochlorku węgla. 
Kwas fosforowy zatężony powyżej 68% P

2

O

5

 w którym obok kwasu ortofosforowego występują także kwas 

difosforowy i polifosforowy nosi nazwę kwasu superfosforowego. 

background image

19 

 

Otrzymany  z  kwasu  termicznego  wykorzystywany  jest  do  otrzymywania  fosforanów  skondensowanych: 
orto, meta, i pirofosforowych sodu i amonu a także trójpolifosforanu sodu- Na

5

P

3

O

10

 i sześciometafosforanu 

sodu (NaPO

3

)

6

 – tzw. Calgon, środki czyszczące i piorące. 

Superfosfat zwyczajny (Pojedynczy)  
Roztwarzanie zmielonego surowca fosforowego kwasem siarkowym zgodnie z reakcją: 
2Ca

5

(PO

4

)

3

F + 7 H

2

SO

4

 + 3 H

2

O → 7 CaSO

4

 + 3[Ca(H

2

PO

4

)

2

·

H

2

O] + 2 HF 

Reakcja przebiega w dwóch etapach: 
Ca

5

(PO

4

)

3

F + 5 H

2

SO

4

 + 2,5 H

2

O → 5 (CaSO

4

·

½H

2

O) + 3 H

3

PO

4

 + HF 

a następnie: 
Ca

5

(PO

4

)

3

F + 7 H

3

PO

4

 + 5 H

2

O → 5 [Ca(H

2

PO

4

)

2

·

H

2

O] +  HF 

Szybkość  tej  reakcji  maleje  z  czasem  w  związku  z  czym  superfosfat  prosty  zawiera  obok 
dwuwodorofosforanu wapnia nierozłożony surowiec fosforanowy jak i wolny kwas siarkowy. 
Proces  ten  trwa  kilkadziesiąt  minut  w  którym  na  skutek  odparowania  wody  i  krystalizacji 
dwuwodorofosforanu wapnia mieszanina tężeje. 
HF  i  powstający  w  reakcji  z  krzemionką  tetrafluorek  krzemu  w  absorpcji  z  wodą  tworzą  kwas 
fluorokrzemowy stosowany do wytwarzania związków fluoru. 
Proces otrzymywania superfosfatu, operacje i procesy jednostkowe: 
- suszenie i mielenie fosforytów 
- rozcieńczanie kwasu siarkowego 
- wymieszanie mączki fosforytowej z kwasem siarkowym 
- tężenie superfosfatu w komorze 
- rozdrabnianie stężałego superfosfatu 
- dojrzewanie superfosfatu 
- rozdrabnianie, pakowanie 
Mieszanie mączki z kwasem siarkowym trwa kilkadziesiąt sekund – uzyskuje się przereagowanie 50-60%. 
Proces tężenia superfosfatu w komorach trwa kilka do kilkunastu godzin i towarzyszy temu dalszy rozkład 
surowca.  Dojrzewanie  superfosfatu  trwa  od  kilku  do  kilkunastu  dni  w  halach  magazynowych  na  hałdach, 
aby  ograniczyć  reakcję  superfosfatu  ze  składnikami  gleby  i  przereagowaniem  do  nierozpuszczalnych 
fosforanów glinu i żelaza produkuje się go w postaci granulowanej. Komory (różnej konstrukcji, o kształcie 
prostopadłościennym,  z  ruchomą  krajalnicą,  z  obrotową  komorą,  a  nieruchomą  krajalnicą)  -  typu  
Anglo- Continental; Bieskowa; Moritz- Standaert, mają konstrukcję umożliwiającą otrzymanie superfosfatu 
w sposób uciąglony lub ciągły. 
Superfosfat potrójny: 
Produkt  nie  zawierający  balastu  siarczanu  wapnia  (więc  jest  bardziej  skoncentrowany)  otrzymuje  się  
w reakcji fosforytu z kwasem fosforowym. 
Ca

5

(PO

4

)

3

F + 7 H

3

PO

4

 + 5 H

2

O → 5 [Ca(H

2

PO

4

)

2

·

H

2

O]+ HF 

Niezbędny do reakcji jest stężony do minimum 39% P

2

O

5

 kwas fosforowy a jeszcze lepsze efekty (grubą, 

ale  porowatą  i  przepuszczalną  dla  kwasu  fosforowego)  warstwę  diwodorofosforanu  wapnia  uzyskuje  się 
przy stosowaniu kwasu o zawartości 54% P

2

O

5

 

Nawozy  fosforowe 

-  nawozy  mineralne,  których  głównym  składnikiem  jest  fosfor,  makroelement  

w  odżywianiu  roślin,  składnik  białek,  fityny,  także  organicznych  kwasów  nukleinowych  ortofosforanów  
i metafosforanów. Nawozy, których główny składnik stanowi fosfor pomagają w zwiększeniu jakości roślin 
uprawnych,  za  to  nie  są  bardzo  skuteczne  przy  zwiększaniu  ilości  plonu.  Fosfor  wraz  z  potasem  sprzyja 
zrównoważeniu  gospodarki  węglowodanowej  (cukrowej)  roślin,  a  dodatkowe  zastosowanie  azotu  sprzyja 
lepszemu wzrostowi i rozwojowi roślin. Niedobór fosforu hamuje wzrost roślin.  
Fosfor 

na początku stosowania pobierany jest przez rośliny w ilości do 30%, reszta zatrzymywana jest przez 

glebę,  jednak  wraz  z  upływem  czasu  stosowania  fosforu,  w  kolejnych  latach  jego  przyswajalność  przez 
rośliny wzrasta do nawet 60%. 
Do najważniejszych nawozów fosforowych należą: 
-  superfosfaty,  superfosfat  podwójny   -  który  jest   mieszaniną  fosforanu  jedno  wapniowego  i  siarczanu 
wapnia. Fosforan jedno wapniowy rozpuszcza się w wodzie, przez co jest łatwo przyswajalny przez rośliny, 
superfosfat pojedynczy pylisty, superfosfat pojedynczy granulowany, superfosfat potrójny granulowany. 
- precypitat - będący fosforanem dwu wapniowym , 

background image

20 

 

- supertomasyna  - otrzymywana przez stapianie fosforytów z sodą i krzemionką, 
- termofosfaty, 
- metafosforany, 
- niektóre mączki nawozowe - mączki fosforytowe, mączki kostne, 
- polifosforany. 

 

25. Przemysł fosforowy – oddziaływanie na środowisko. 

Kwas fosforowy - główne zagrożenia w eksploatacji dla ochrony środowiska: 
- emisja do atmosfery gazowych związków fluoru 
- emisja pyłów 
- ścieki z oczyszczania emitowanych gazów zawierające związki fosforu i fluoru 
- składowanie odpadowego fosfogipsu 
- radioaktywność 

 

26. Przemysł nawozowy – nawozy wieloskładnikowe. 

Nawozy wieloskładnikowe - zawierają więcej niż jeden składnik odżywczy dla roślin. 
nawozy mieszane - bulk blending, kompaktowanie (materiał w formie sypkiej) 
nawozy złożone (kombinowane, kompleksowe)- uzyskane w wyniku reakcji chemicznej: 
NH

3

 + H

3

PO

4

 → NH

4

H

2

PO

4

             ∆H= - 133,8 kJ/mol 

2NH

3

 + H

3

PO

4

 → (NH

4

)

2

HPO

4

         ∆H= - 210,3 kJ/mol 

Są  to  nawozy  uniwersalne,  stanowiące  mieszaniny  dwóch  lub  trzech  składników(azot,   fosfor,  potas), 
mieszaniny nawozów sporządzane mechanicznie, lub w wyniku reakcji chemicznych. Posiadają potrzebne 
dla każdego rodzaju rośliny składniki, mikro i makroelementy. Na wiosnę należy je sypać, w lecie nawozić.  
Na rynku dostępnych jest mnóstwo odmian nawozów wieloskładnikowych, dzięki czemu mają one bardzo 
szerokie zastosowanie. Do najpopularniejszych należą: 
Amofosy

 - dwu-składnikowe nawozy, składające się z azotu i fosforu, znane również pod nazwą fosforan 

amonowy. Zalecane stosowanie: przed siewem; 
Azofoska

  –  w  ich  skład  wchodzi  azot,  potas,  magnez,  fosfor,  cynk,  miedź,  mangan,  molibden  i  bor. 

Zalecane stosowanie: nawożenie pogłówne i przedsiewne w uprawach ogrodniczych, polowych i szklar; 
Polifoska

  –  nawóz  w  którego  skład  wchodzi  potas,  fosfor  i  azot,  niektóre  odmiany  zawierają  również 

magnez oraz siarkę; 
Nitrofoska

  –  nawóz  składający  się  z  fosforu,  azotu  oraz  w  niektórych  przypadkach  z  wapnia.  Zalecane 

stosowanie: do różnych uprawianych roślin. 
 

27. Przemysł sodowy – otrzymywanie sody amoniakalnej. 

Na

2

CO

-  węglan  sodowy  -  soda,  soda  amoniakalna,  soda  kalcynowana,  soda  ciężka  (gatunek  o  dużym 

ciężarze nasypowym). 
Soda  należy  do  podstawowych  produktów  przemysłu  sodowego.  Jej  znaczenie  gospodarcze  dorównuje 
znaczeniu wytwarzania amoniaku, kwasu siarkowego (VI), azotowego (V). 
Soda znalazła zastosowanie do produkcji wodorotlenku sodu, farb, środków piorących, klejów, w przemyśle 
papierniczym, metalowym, szklarskim i spożywczym. 
Aktualnie produkcja wynosi 15 mln t/rok. 
Obecnie sodę wytwarza się głównie amoniakalną metodą Solvaya. 
Metody produkcji: 
- Metoda produkcji sody - Leblanca 
- Metoda produkcji sody - Solvaya 
- Modyfikacja metody Solvaya tzw. metoda Dual 
- Modyfikacja metody Solvaya tzw. metoda SCS (siarka chlor saletra) 
- Metoda produkcji sody bazująca na tronie z jezior sodowych 
Metoda Leblanca: 
Metoda produkcji sody tą metodą przebiega 2-stopniowo według reakcji: 
         2 NaCl + H

2

SO

4

 → Na

2

SO

4

 + 2 HCl 

         Na

2

SO

4

 + 2 C + CaCO

3

 → Na

2

CO

3

 + CaS + 2 CO

2

 

background image

21 

 

Według  tej  metody  działano  kwasem  siarkowym  na  sól  kamienną  w  piecach  ręcznych  sposobem 
periodycznym.  Otrzymany  Na

2

SO

4

  mieszano  z  węglem  i  kamieniem  wapiennym,  a  następnie  prażono  

w krótkich piecach obrotowych. Otrzymany stop ługowano wodą uzyskując roztwór sody, a po odparowaniu 
tego  roztworu  otrzymano  sodę  krystaliczną.  W  tej  metodzie  powstają  gazy  zawierające  chlorowodór  
i uciążliwe odpady stałe wydzielające siarkowodór. 
HCl  (g)  absorbowano  w  H

2

O,  a  HCl  (c)  utleniano  do  Cl

2

  metodą  mokrą  Weldona,  przy  użyciu  MnO

 w  alkalicznym  roztworze  lub  kontaktową  metodą    Deacona,  przy  kontakcie  z  powietrzem.  Rozwiązano 
również  problem  hałd  CaS.  Przez  działanie  CO

2

  wypierano  z  CaS  siarkowodór,  siarkowodór  następnie 

poprzez spalenie go w powietrzu, w obecności boksytu uzyskiwano siarkę. 
Metoda Solvaya: 
W  Solvay  był  założycielem  istniejącego  do  dziś  koncernu  chemicznego  produkującego  sodę  według  jego 
metody. Metoda opiera się na następujących reakcjach: 
1) Rozkład termiczny: 
    CaCO

 CaO + CO

2

 

2) Karbonizacja: 
     2 NaCl + 2 NH

3

 + 2 CO

2

 + 2 H

2

O = 2 NaHCO

3

 + 2 NH

4

Cl 

3) Kalcynacja: 
      2 NaHCO

3

 → Na

2

CO

3

 + CO

2

 + H

2

4) Regeneracja NH

3

      2 NH

4

Cl + Ca(OH)

2

 → 2 NH

3

 + CaCl

2

 + 2 H

2

5) Reakcja sumaryczna: 
      CaCO

3

 + 2 NaCl → Na

2

CO

3

 + CaCl

2

 

Z  reakcji  sumarycznej  wynika,  że  surowcami  są  jedynie  wapniak  i  sól  kamienna,  natomiast  amoniak  jest 
reagentem  pomocniczym,  krążącym  w  technologii.  Ze  względu  na  jego  obecność  metodę  tę  nazywa  się 
metodą AMONIAKALNĄ. 
Główną reakcją metody Solvaya jest KARBONIZACJA (reakcja podwójnej wymiany) 
        NaCl + NH

4

HCO

3

 = NaHCO

3

 + NH

4

Cl 

Wydajność  procesu  karbonizacji  zmniejsza  się  ze  wzrostem  T,  gdyż  wzrasta  wówczas  rozpuszczalność 
wodorowęglanu  sodowego.  Wpływ  T  można  skompensować  zwiększając  stężenie  amoniaku  w  solance. 
Podwyższenie  ciśnienia  w  procesie  karbonizacji  mogłoby  podnieść  wydajność  przemiany,  zwiększone 
koszty  tłoczenia  gazów  ograniczają  jednak  możliwość  stworzenia  tego  zabiegu.  Osiągana  w  praktyce 
wydajność karbonizacji wynosi 72- 76%. 
 
Na proces wytwarzania sody amoniakalnej składają się następujące główne operacje i procesy: 
- Przygotowanie roztworu soli (solanki) 
- Nasycenie solanki amoniakiem w celu otrzymania solanki amoniakalnej 
- Wypalenie wapna z kamienia wapiennego z jednoczesnym wytworzeniem gazów zawierających CO

2

 

- Nasycenie solanki amoniakalnej CO

(karbonizacja) 

- Oddzielenie kryształów wodorowęglanu sodowego od kryształu macierzystego 
- Suszenie wilgotnego wodorowęglanu sodowego i rozkład termiczny (kalcynacja) 
- Regeneracja amoniaku z ługów macierzystych przez zmieszanie z mlekiem wapiennym i ogrzewanie 
Z odpadów surowców po regeneracji wytwarza się niekiedy chlorek wapniowy. 
Zużycie surowców i materiałów pomocniczych na 1 Mg sody amoniakalnej: 

NaCl w postaci solanki                               1525-1555 kg 
CaCO

3

 w postaci wapniaka                          1206-1370 kg 

Koks  do wypalania wapna                          98-105 kg 
Węgiel do kalcynacji wodorowęglanu        120-140 kg 
Woda amoniakalna                                      4-8 kg 
Woda chłodząca                                          60-120 m

3

 

Porównanie metod Leblanca i Solvaya: 
1) Zużycie energii: w sumie 4,5- krotnie wyższe zużycie dla metody Leblanca 

- Metoda Leblanca: odparowanie wody w zatężaniu roztworów, otrzymanie siarczanu sodu, redukcja węglem siarczanu sodu. 
- Metoda Solvaya: wypalanie węgla i kalcynacja 

2) Robocizna: niższa dla metody Solvaya. 

background image

22 

 

3)  Ochrona  środowiska  -  ostatnio  ze  względu  na  postęp  techniczny  możliwe  mogło  być  opracowanie 
procesu z pełnym wykorzystaniem surowców i zagospodarowaniem odpadów (met. Leblanca), podczas gdy 
dla  metody  Solvaya  z  założenia  niemożliwe  jest  pełne  wykorzystanie  surowców  i  występuje  konieczność 
składowania odpadowego chlorku wapnia. 

 

28. Przemysł sodowy – otrzymywanie wodorotlenku sodu. 

NaOH - wodorotlenek sodu, soda żrąca, soda kaustyczna. 
Metody otrzymywania: 
- kaustyfikacja sody polegająca na działaniu na sodę kalcynowaną świeżym wapnem gaszonym: 
Ca(OH)

2

 + Na

2

CO

3

 → 2NaOH + CaCO

Stopień  przemiany  zależy  od  stężenia  jonów  OH

-

  (wzrasta)  i  CO

3

2-

  (maleje)  w  roztworze.  Dla  stężenia 

wyjściowego Na

2

CO

3

 200 g/ dm

3

 przemiana następuje w 86%, a przy 100 g/ dm

3

 odpowiednio 97%. Proces 

realizowany  jest  w  zespole  szeregowo  połączonych  reaktorach  oraz  odstojnikach  do  oddzielania  CaCO

3

Proces  wymaga  dużej  objętości  roboczej  aparatów,  a  produkt  w  postaci  roztworu  wymaga  energii  na 
zatężenie i otrzymanie stałego wodorotlenku sodu. 
- na skalę przemysłową otrzymuje się go poprzez elektrolizę wodnego roztworu chlorku sodu (NaCl):  
Na anodzie wydziela się chlor: Cl

-

 → ½Cl

2

 + e

Na katodzie zobojętnieniu ulegają jony wodorowe pochodzące z wody: H

3

O

+

 + e

-

 → H

2

O + ½H

2

 

Metoda  produkcji  NaOH  poprzez  kaustyfikację  sody  stanowi  druga  pod  względem  ilościowym  metodę  
po  wytwarzaniu  podczas  elektrolizy  wodnego  roztworu  NaCl  (jednoczesne  otrzymanie  chloru  
i wodorotlenku sodu).  

 

29. Przemysł solny – otrzymywanie chlorku sodu. 

Pokłady  soli  stanowią  podstawę  wielu  gałęzi  przemysłu  chemicznego  -  przemysł  sody,  chloru,  NaOH, 
siarczanu  sodu,  kwasu  solnego.  W  przyrodzie  najważniejsze  złoża  solne  to  pokłady  soli  sodowych  
(sól kamienna) i potasowych. 
Pokłady  soli  kamiennej  i  soli  potasowych  występujące  w  przyrodzie  są  pochodzenia  osadowego 
(krystalizacja  soli  rozpuszczonych  w  wodzie  morskiej).  Wydzielone  obszary  mórz  zostały  odcięte  
od głównej masy mórz i na skutek odparowania nastąpiło osadzanie się kolejnych warstw soli. 
W  Polsce  pokłady  soli  występują:  na  Podkarpaciu,  Górnym  Śląsku,  Wale  Pomorskim  
(od Gór Świętokrzyskich do ujścia Odry) w postaci słupów solnych. 
Pozyskiwanie surowców solnych: 
- Metoda górnicza 
- Mokry sposób komorowy - wymywanie i drążenie chodników strumieniem wody oraz przerób solanki. 
- Saliny morskie - tężenie 
- Elektroliza wody morskiej 
- Odsalanie wody morskiej metoda destylacji 
- Tężenie 
- Eksploatacja morza otworami wiertniczymi. 
Odparowanie i zatężanie roztworów polega na odparowaniu części rozpuszczalnika w aparatach wyparnych. 
Krystalizacja  -  proces  rozdziału  substancji  stałych  od  ciekłych  wykorzystująca  stężenie  substancji 
rozpuszczonej  od  rozpuszczalności  substancji  w  danych  warunkach,  po  osiągnięciu  pewnego  stopnia 
przesycenia. 
W zależności od sposobu osiągnięcia przesycenia rozróżnia się: 
- Krystalizację izotermiczną- odparowanie rozpuszczalnika 
-  Krystalizację  politermiczną-  chłodzenie  stężonego  roztworu  (dla  substancji,  których  rozpuszczalność 
wzrasta ze wzrostem temperatury) 
Wysalanie  -  wprowadzanie  do  roztworu  substancji  powodującej  zmniejszenie  się  rozpuszczalności 
substancji  rozpuszczonej.  Przesycenie  jest  niezbędne  do  wytwarzania  zarodków  fazy  stałej.  Następujący  
po  zarodkowaniu  wzrost  kryształów  przebiega  aż  do  zrównania  stężenia  substancji  rozpuszczonej  
z  rozpuszczalnością  w  danych  warunkach  ciśnienia  i  temperatury.  Ośrodki  krystalizacji  mogą  stanowić 
również wprowadzone do roztworu celowo cząstki- (szczepienie roztworu). Przebieg krystalizacji kontroluje 
się  w  celu  otrzymania  odpowiednich  (rozmiaru  i  pokroju)  kryształów  poprzez:  szczepienie  roztworu, 
regulację szybkości odparowania, regulację szybkości chłodzenia. 

background image

23 

 

30. Przemysł solny – otrzymywanie soli potasu. 

Chlorek  potasu  występuje  w  przyrodzie  w  postaci  minerału  sylwinu,  a  także  (w  formie  soli  podwójnej)  
w  karnalicie  i  kainicie.  Sole  potasowe  występują  w  złożach  soli  kamiennej,  a  także  w  wielu  jeziorach 
(Morze  Martwe,  Kalifornijskie)  oraz  w  postaci  wielu  złóż  (Niemcy,  Białoruś,  Ukraina,  Rosja,  Francja, 
Hiszpania, USA, Kanada), w postaci mieszanin soli. 
Przerób soli potasowych polega na wzbogacaniu czystych soli lub uzyskiwaniu czystych soli przeważnie dla 
celów  nawozowych  lub  technicznych.  Ogranicza  się  zazwyczaj  do  oddzielenia  zawartych  w  solach 
domieszek. 
Otrzymywanie chlorku potasu: 
Układ NaCl – KCl – H

2

O wykorzystywany w produkcji KCl charakteryzuje się: 

Zbliżonymi rozpuszczalnościami obu soli w temperaturze otoczenia. 
Rozpuszczalność  NaCl  prawie  nie  zależy  od  temperatury,  a  rozpuszczalność  KCl  wzrasta  
ze wzrostem temperatury 
W  roztworze  nasyconym  obiema  tymi  solami  rozpuszczalność  NaCl  zmniejsza  się  niewiele  i  maleje 
nieznacznie ze wzrostem temperatury. 
Sole surowe rozpuszcza się w roztworach nasyconych NaCl w podwyższonej temperaturze. W warunkach 
tych  rozpuszcza  się  głównie  sylwin.  Otrzymany  roztwór  chłodzi  się  intensywnie-  chłodzenie  próżniowe, 
wieże Estnera (konstrukcyjnie chłodnie kominowe). Do oddzielenia soli stosuje się odstawanie, odsączanie, 
filtrację próżniową. 
Otrzymywanie KCl z karnalitu: 
(KCl · MgCl

2

 · 6 H

2

O) występuje w złożu Kłodawskim, jest zanieczyszczony solą kamienną.