УДК 666.291


ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ


Головач Р.В., Прокопчик И.Н., Радченко С.Л.

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»,

г. Минск, Республика Беларусь


Серную кислоту используют в производстве других кислот, химических волокон, цветных металлов, фосфорных удобрений. Многоплановое ее применение обусловлено высокой химической активностью, дешевизной производства, удобствами использования – не дымит, не выделяет запаха, а в концентрированном виде не разрушает некоторые металлы.

Сырьем для производства серной кислоты могут быть различные серосодержащие вещества, но наибольшее практическое значение имеют колчедан, сера, сернистые газы цветной металлургии, сжигания угля, очистки нефти. Исходным этапом является получение сернистого ангидрида (SO2).

Основная сложность сернокислотного производства – получение из сернистого ангидрида серного (SО3), так как взаимодействие сернистого газа с кислородом при обычных условиях осуществляется медленно и для промышленных процессов неприемлемо. В зависимости от метода проведения отмеченной химической реакции существуют способы получения кислоты: контактный и нитрозный.

При нитрозном способе в качестве окислителя применяют оксид азота (IV), который превращается в оксид азота (II). Последний вновь окисляется кислородом воздуха до оксида азота (IV) и взаимодействует с сернистым газом. Серный ангидрид соединяется с водой и образует серную кислоту. Этот процесс проводят в специальных металлических башнях, футерованных кислотоустойчивым кирпичом. Поэтому нитрозный способ называют еще башенным.

Контактный способ основан на окислении сернистого газа кислородом в присутствии ванадиевого катализатора в контактных аппаратах. Серный ангидрид направляют в абсорбционные башни, куда подается концентрированная серная кислота. Она поглощает SО3 и образуется олеум. Рассмотренный способ прогрессивнее по сравнению с нитрозным. При контактном получении кислоты – скорость окисления выше, что повышает единичную производительность оборудования, лучше качество конечного продукта, а производство – экологичнее (нет выбросов оксидов азота). В технологическом процессе невысокий расход топлива [1].

Объектом исследования явились отходы производства серной кислоты контактным способом – отработанные ванадиевые катализаторы. В Республике Беларусь на предприятиях, производящих серную кислоту, используют ванадиевые катализаторы типа сульфованадата на силикагеле.

Отработанные ванадиевые катализаторы (ОВК), содержащие более 7 % (здесь и далее по тексту масс.%) ванадия в пересчете на V2O5, в настоящее время не перерабатываются и сгружаются в отвалы. Утилизация ОВК производства серной кислоты является актуальной проблемой как с точки зрения защиты окружающей среды, так и вторичного использования ванадиевого сырья.

Основными путями утилизации отработанных ванадиевых катализаторов являются [1]: захоронение; плавление и перевод в стеклообразное, неактивное состояние токсичных компонентов катализатора; повторное использование после продувки воздухом, просеивания и отсортировки некондиционной части катализатора. Вместе с тем существует ряд работ, посвященных получению керамических пигментов широкой цветовой гаммы [2] и цветных глазурных покрытий для керамических изделий на основе ОВК [3].

ОВК содержат как структурообразующие оксиды SiO2, К2О, Al2O3, так и цветонесущий оксид V2O5, который входит в состав многих пигментов. При дополнительной подшихтовке отработанных ванадиевых катализаторов оксидами алюминия и калия были получены керамические пигменты с кристаллической структурой лейцита (К2О∙Al2О3∙4SiO2).

При изготовлении образцов исходные компоненты шихты дозировали весовым методом в необходимом соотношении согласно рецептуре. Шихту измельчали и смешивали сухим способом в фарфоровой ступке до полного прохождения через сито № 01. Обжиг пигмента осуществляли в муфельной печи при температуре 900 оС с выдержкой при максимальной температуре в течение одного часа, что способствует окончательному завершению процессов фазообразования кристаллической структуры пигментов. Обожженные пигменты измельчали в фарфоровой ступке до остатка на сите №0063 не более 2 %.

Цветовую гамму разработанных пигментов оценивали визуально по шкале 1000-цветного цветного атласа ВНИИ им. Д.И. Менделеева. В результате исследований были получены пигменты шоколадного цвета.


Список литературы:

1. Серная кислота, Т.1: свойства, производство, применение / А.К. Чернышев, Б.В. Левин, А.В. Туголуков и др.; под ред. Б.В. Левина, А.В. Туголукова. – М., 2014. – 647 с.

2. Седельникова М.Б., Лисеенко Н.В., Горбатенко В.В. Пигменты для окрашивания строительных материалов // Вестник науки Сибири. 2011. № 1. Серия 11. С. 677 – 681.

3. Радченко С. Л., Радченко Ю. С., Орехова С. Е. Получение глазурных покрытий на основе отработанных ванадиевых катализаторов // Стекло и керамика. 2009. №4. С. 29 – 31.

S. L. RadchenkoYu. S. RadchenkoS. E. Orekhova. Production of glazes based on spent vanadium catalysts // Glass and Ceram. 2009. V. 66. N 3 – 4. P. 144 – 146.