Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее «опасными» для технологии особо чистых неорганических веществ являются загрязнения атмосферы, которые
30
часто не принимаются во внимание при разработке процессов очистки вещества. Считается, что простая «герметизация» аппаратуры (следует иметь в виду отсутствие в настоящее время какого-либо надежного контроля герметизации) служит хорошей гарантией полной изоляции рабочих объемов от внешней среды. При этом, к сожалению, не всегда учитываются некоторые крайне важные обстоятельства. Дело в том, что не существует почти ни одного технологического процесса, который можно было бы полностью герметизировать, включая транспорт промежуточных продуктов и сырья, операции фильтрования, сушки, прокаливания, фасовки или дозировки и т. д. К тому же практически невозможно осуществить абсолютную герметизацию из-за наличия различного рода фланцевых соединений, сварных швов, сальниковых устройств, смотровых люков, штуцеров для ввода реагентов и датчиков контрольно-измерительных приборов, дозирующих устройств, воздушных или гидравлических затворов и т. д. Для перемещения жидкостей часто используется вакуум или сжатый воздух. Во всех этих случаях почти неизбежен занос примесей из окружающей среды. При сборке и подготовке аппаратуры в обычных условиях в рабочие объемы и коммуникации попадает воздух со своими загрязнениями и, задерживаясь в непроточных полостях аппаратуры, сильно удлиняет «холостой» цикл процесса, в течение которого выпускается некондиционный продукт.
Наконец, даже при надежной герметизации мест соединения различных частей аппаратуры неизбежна диффузия примесей из окружающей среды через стенку аппарата. В технологии особо чистых неорганических веществ в подавляющем большинстве случаев используются полимерные материалы. Оказалось, что изделия из полимерных материалов (листы, трубы) имеют мельчайшие поры и тонкие канальцы [2]. Помимо этого воздушные загрязнения могут диффундировать через пустоты, образующиеся в результате беспрерывного колебательного движения отдельных элементов макромолекул. Полимеры с линейной структурой, не имеющие полярных групп (полиэтилен, политетрафторэтилен, поливинилхлорид и другие), как более гибкие, являются и более проницаемыми для газа, чем высокомолекулярные соединения с пространственной структурой [2]. Необходимо отметить, что скорость диффузии газа резко возрастает с повышением температуры, и особенно в тот момент, когда полимер переходит из стеклообразного в эластичное состояние [3]. Пластические материалы подвержены также микробиологической коррозии. Жизнедеятельность микроорганизмов, поселяющихся на полимерных материалах, может привести к тонкому перфорированию стенок аппаратуры и деструкции самого полимера [2]. В некоторых случаях плесень может прорастать
31
сквозь стенки из пластических материалов или резин [2]. До настоящего времени чувствительность различных полимерных материалов к определенным видам микроорганизмов не установлена.
Таким образом, без знания характера атмосферных загрязнений и учета их влияния на степень очистки данного вещества, без правильной оценки скорости коррозии материала аппаратуры, — невозможно решать, многие технологические вопросы получения особо чистых веществ [4].
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕРЫ И ЕЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
В связи с бурным развитием промышленности и транспорта особенно в индустриальных центрах в атмосферу поступает все возрастающее количество окислов серы и различных металлов (железа, алюминия, меди, свинца, кальция), фосфатов, соединений бора и разнообразных органических продуктов [4, 5].
В США, например, ежегодно выделяется в атмосферу 20 млн. т окислов серы, 30 млн. т природной пыли, 1 млн. т пыльцы растений и т. д. Из-за атмосферной диффузии, облегчаемой морскими ветрами, в воздухе распространяются на огромных пространствах большие количества хлоридов и сульфатов, вулканическая пыль, бактерии, споры и вирусы, пыльца и семена растений и многое другое [6].
Концентрация примесей в воздухе испытывает суточные, недельные и сезонные изменения, являющиеся сложной функцией районирования промышленных предприятий, метереологических условий и топографии местности. Содержание большинства примесей минимально ночью и резко возрастает с началом движения транспорта, с повышением температуры воздуха и началом работы предприятий. В период дождей и снегопадов наблюдается значительное снижение концентрации многих атмосферных загрязнений [5, 7].
Находящиеся в атмосфере примеси по их фазовому состоянию можно разделить на газы и аэрозоли.
Газообразные загрязнения атмосферы. Содержание в атмосфере газов постепенно изменяется и на уровне земли (для 760 мм рт. ст. и 0°С) [8] оно будет следующим (в г/м3):
С02........0,4-0,6 Н25........ыо"'
и2о........8-ю"' га3........1-ю"
СН4........9 • 10~* СН20 ¦.......2 • 10"5
СО......... 1-Ю' ыо2........з-ю"!
БОг........2 • 10"5 С12.........2 • 10"6
Так, например, количество углекислого газа из-за все возрастающего сжигания топлива и роста городов медленно, но
32
неуклонно увеличивается * и с начала столетия возросло, примерно, на 10—12% [8]. Наблюдается также постепенное (вековое) увеличение содержания в атмосфере серы, особенно в виде БОг**- Значительная часть двуокиси серы поступает в атмосферу при сжигании угля (67% Б02), нефти (12% БОг) и природного газа. Двуокись серы образуется также при плавлении и обжиге руд (выплавка меди дает 13% поступающей в атмосферу БОг), очистке нефти, производстве серной кислоты, резины, удобрений и других продуктов. В крупных промышленных районах содержание БОг может достигать в отдельные сезоны, например осенью, 3- Ю-3 г/м3 [8—10]. В среднем промышленные источники в 1943 г. выделили в атмосферу 1,2-105 т газообразной серы (в пересчете на БО^-). Сероводород образуется в море и на суше в результате восстановления сульфатов, при разложении органических веществ с участием серных бактерий и свободного кислорода. Болота и мелкие озера — хорошо известные источники Н25. Этот процесс протекает в глобальных масштабах. Из атмосферы сера выводится, в основном, с осадками и поглощается почвами, при этом в облачных и дождевых каплях БОг окисляется до БОз благодаря присутствию небольших количеств ионов тяжелых металлов, таких как Мп, Си, Ре и т. д. [7, 8]. Таким образом ежегодно из атмосферы
