HÓA học CUỘC SỐNG 1

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ VÔ CƠ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Ô NHIỄM Ô nhiễm môi trường do khí vô cơ ( CO, CO2 , SO2 , Cl2 , khí than ) và các biện pháp khắc phục ô nhiễm MỘT SỐ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM QUAN TRỌNG Nhôm và hợp kim của nhôm

HÓA HỌC & CUỘC SỐNG 1

( Chemistry and life 1 )

GVHD: Ths Vũ Văn Nhượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÁI NGUYÊN

KHOA HÓA HỌC

Ô nhiễm môi trường do khí vô cơ và các biện pháp khắc phục ô nhiễm

Công nghệ Silicat

Một số kim loại và hợp kim quan trọng

NỘI DUNG

I Ô nhiễm môi trường do khí vô cơ ( CO, CO 2 , SO 2 , Cl 2 , khí than )

và các biện pháp khắc phục ô nhiễm

1 Nguồn gốc hình thành.

2 Tác hại.

3 Biện pháp khắc phục.

II Một số KL và hợp kim quan trọng ( Đồng, nhôm, gang – thép )

1 Nguyên liệu sản xuất.

2 Cơ sở hóa lý.

3 Dây truyền sản xuất.

III Công nghệ silicat ( Xi măng, thủy tinh, gốm sứ )

1 Nguyên liệu sản xuất.

2 Cơ sở hóa lý.

3 Dây truyền sản xuất.

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ VÔ CƠ

& CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Ô NHIỄM

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ VÔ CƠ

Phân hủy hữu cơ

Hợp chất gây mùi: metan, hidrosunfua, amoniac,…

 Nguồn gốc nhân tạo

2 Tác hại

2.1 Tác hại đối với cơ thể con người ( CO; CO 2 ; SO 2 ; NO x ; Cl 2 ; Khí than )

a Khí CO ( carbon monoxid )

 Độc tính

 Tác dụng trên protein Hem

- Hemoglobin: CO có thể kết hợp dễ dàng với hemoglobin tạo thành

carboxyhemoglobin (HbCO) rất bền vững, làm mất khả năng vận chuyển oxy trong máu.

- Cytocrom oxydase: CO kết hợp với enzym Cytocrom oxydase gây ức chế hô

hấp tế bào.

- Myoglobin: CO kết hợp với myoglobin làm giảm sử dụng oxi, dẫn đến suy

giảm sự co cơ tim, hạ huyết áp và thiếu máu cục bộ ở não.

 Tác động trên hệ thần kinh trung ương

- CO gây sự peroxid hóa các hợp chất lipid dẫn đến sự phù, hoại tử, thoái hóa

tế bào não.

 Tác động trên bào thai

- CO làm giảm sự cung cấp oxi từ mẹ tới bào thai.

b Khí NO x ( Nitrogen monoxid, nitrogen dioxid )

- Con đường chủ yếu của sự ngộ độc nitrogen oxid là đường hô hấp Nhưng dù cho tiếp xúc bằng bất kì đường nào cũng có thể gây ra tác động trên toàn thân.

 Nguồn phát sinh:

- Khí NOx xuất hiện trong quá trình đốt cháy nguyên liệu trong các động

cơ đốt trong (khí xả của phương tiện giao thông ), trong công nghiệp sản xuất axít HNO3 , quá trình hàn điện và quá trình phân huỷ nhựa celluloid.

c Khí SO 2

 Độc tính:

 Khí SO2 xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hoà tan với nước bọt, từ đó qua đường tiêu hoá để ngấm vào máu SO2 có thể kết hợp với các hạt nước nhỏ hoặc bụi ẩm để tạo thành các hạt axít

H2SO4 nhỏ li ti, xâm nhập qua phổi vào hệ thống bạch huyết Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu gây rối loạn chuyển hoá đường và protêin, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe2+ (hoà tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển ôxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở

 Nguồn phát sinh:

 SO2 phát sinh khi đốt mọi thứ nguyên liệu hàng ngày ( than đá, khí, gỗ và các chất hữu cơ khác như phân khô, rơm rác…) Khi nồng độ SO2 đạt đến 5 phần triệu thì các hội chứng bệnh lý ở người tiếp xúc bắt đầu xuất hiện

c Khí clo

 Độc tính:

- Khí Clo gây ngứa, ngạt thở, đau rát xương ức, ho, ngứa mắt và miệng, chảy nước mắt, tiết nhiều nước bọt Nếu bị nhiễm nặng có thể đau đầu, đau thượng vị, nôn mửa, vàng da, thậm chí phù nề phổi

 Nguồn phát sinh:

- Clo là thành phần không thể thiếu của các chất tẩy trắng giấy và sợi, khử trùng hệ thống cấp nước, bể bơi, cống rãnh, bệnh viện (cloramin) Khi trong nước có các chất hữu cơ, cloramin có thể kết hợp tạo ra các hợp chất độc

2.2 Tác hại đối với môi trường sống của sinh vật

 Gây ra sự biến đổi khí hậu: Hiệu ứng nhà kính.

Công nghiệp Vận chuyển Luyện kim Nhà máy nhiệt điện

Phát thải vào khí quyển

Biến đổi hóa học

Lắng đọng khô Các hạt bụi, khí

Lắng đọng ướt: Mưa axit, sương

mù, tuyết.

Lắng đọng ướt

Quá trình tạo nên mưa axit

Bản tin tối VTC 1: Ngày 26 tháng 3 năm 2016

Nguyên nhân gây ô nhiễm không khí tại Việt Nam

 Phương tiên giao thông, cơ giới tăng nhanh

Biểu đồ 1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam

 Nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng

Nhu cầu tiêu thụ xăng dầu trong nước ngày càng tăng và dự báo trong 25 năm tới còn tiếp tục tăng cao (Biểu đồ 2) Nếu các tiêu chuẩn về chất lượng xăng dầu không được thắt chặt thì chúng ta sẽ phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí đô thị rất nghiêm trọng

Biểu đồ 2: Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam những năm qua và dự báo cho

đến năm 2025

Xét các nguồn thải gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc (bao gồm cả khu vực đô thị và khu vực khác), ước tính cho thấy, hoạt động giao thông đóng góp tới gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Trong khi đó, các hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp khoảng 70% khí SO2 Đối với NO2, hoạt động giao thông và hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ đóng góp xấp xỉ nhau.

Biểu đồ 3: Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ của Việt Nam

Xét các nguồn thải gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc (bao gồm cả khu vực đô thị và khu vực khác), ước tính cho thấy, hoạt động giao thông đóng góp tới gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Trong khi đó, các hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp khoảng 70% khí SO2 Đối với NO2, hoạt động giao thông và hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ đóng góp xấp xỉ nhau.

Biểu đồ 3: Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ của Việt Nam

3, Các biện pháp giảm ô nhiễm

3.1 Nguyên tắc của các quá trình xử lý độc hại

 Các loại ô nhiễm:

 Sản phẩm của việc cháy không hoàn toàn ( khí CO, CO2, )

 Có thành phần là S, N trong nguyên liệu gây ra ( khí SOx, NOx)

 Oxit nito từ phản ứng nhiệt độ cao giữa nitơ và oxi

 Các biện pháp kỹ thuật nhằm hạn chế sự hình thành và phát thải các chất ô nhiễm thể khí tại các nguồn thải có thể chia thành 2 cấp sau:

 Cải tiến công nghệ (Xử lý được loại ô nhiễm 1,3)

 Xử lý làm sạch khí thải trước khi thải vào bầu khi quyển ( Xử lý được cả 3 loại ô nhiễm) Có thể thực hiện bằng 3 phương pháp : + Hấp thụ các khí độc hại bằng chất lỏng

+ Hấp thụ các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu rắn

+ Biến đổi hóa học các chất ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt

CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ

3.2 Cải tiến công nghệ

NHIÊN LIỆU SẠCH

3.2, Cải tiến công nghệ

CN.Lọc khói tĩnh điện

3.2 Cải tiến công nghệ

Pin năng lượng mặt trời

3.3, Làm sạch khí thải

3.3.1, Các phương pháp xử lý SO 2

a, Hấp thụ khí SO 2 bằng nước và thu hồi khí SO 2

_ Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước gồm 2 giai đoạn :

+Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải di qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước +Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2

Tháp xử lý khí SO 2

3.2 Các phương pháp xử lý SO 2

a Hấp thụ khí SO 2 bằng nước và thu hồi khí SO 2

 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước gồm 2 giai đoạn :

- Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải di qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước

- Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2

 Phương pháp chỉ được áp dụng khi:

- Nồng độ ban đầu của khí thải có nồng độ SO2 tương đối cao

- Khi có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ;

- Khi có sẵn nguồn nước lạnh;

- Có thể xả được nước thải thứ cấp có chứa tương đối nhiều axit

ra sông ngò

b Xử lý khí SO 2 bằng đá vôi hoặc vôi nung

 Ưu điểm : Nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền, hiệu suất cao

 Nhược điểm : bị lắng cặn trong hệ thống

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÁC

 Xử lý SO2 bằng amoniac

 Xử lý SO2 bằng magie oxit (MgO)

 Xử lý SO2 bằng dung dịch sođa (Na2CO3)

 Xử lý SO2 bằng kẽm oxit (ZnO)

 Xử lý SO2 bằng các hợp chất hữu cơ

 Xử lý SO2 bằng các hợp chất hấp phụ thể rắn

MỘT SỐ KIM LOẠI

& HỢP KIM QUAN TRỌNG

MỘT SỐ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM QUAN TRỌNG

II

1 Sản xuất gang

a Nguyên liệu sản xuất

 Quặng sắt dùng để sản xuất gang có chứa 30 − 95% oxit sắt, không chứa hoặc chứa ít lưu huỳnh, photpho

 Than cốc (không có sẵn trong tự nhiên, phải điều chế từ than mỡ) có vai trò cung cấp nhiệt khí cháy, tạo ra chất khử là CO và tạo thành gang

 Chất chảy CaCO3 ở nhiệt độ cao bị phân hủy thành CaO, sau đó hóa hợp với SiO2 là chất lỏng nóng chảy có trong quặng sắt thành xỉ silicat dễ nóng chảy,có khối lượng riêng nhỏ (D = 2,5g/cm3) nổi lên trên gang (D = 6,9g/cm3)

b Dây chuyền sản xuất

 Đó là một lò đứng từ trên xuống dưới gồm các phần : cổ, thân, bụng, phễu và nồi lò

c Những biến đổi hóa lý xảy ra trong lò cao

Quá trình cháy ở nồi lò tạo khíQúa trình khử lưu huỳnh

Qúa trình tạo xỉ

Sự hoàn nguyên các sắt oxit bằng cacbon oxit

Qúa trình bốc hơi và phân hủy

Quá trình bốc hơi và phân hủy nước

 Nước trong phối liệu lò cao ở các dạng nước hấp thụ và nước lên kết trong quá trình nung luyện, nước ẩm bốc hơi sau đó là quá trình phân hủy hidrat các muối cacbonat

Sự hoàn nguyên các sắt oxit bằng cacbon oxit

Quá trình tạo xỉ

 Các tạp chất có trong quặng tác dụng với chất trợ dung tạo ra xỉ Xỉ lỏng là dung dịch của các oxit chưa được hàn nguyên hay nhưng oxit mới được tạo ra trong quá trình như CaO, SiO2, Al2O3, FeO,MnO,

và các hợp chất của chúng do sự khác nhau về tỉ trọng

mà xỉ lỏng nằm trên bề mặt gang.

Quá trình khử lưu huỳnh

 Khử S trong lò cao:

- Trong quặng và trợ dung, S thường ở dạng FeS2, đôi khi ỏ dạng CaSO4, BaSO4

- Trong than cốc ,S thường ỏ dạng hợp chất hữu cơ, dạng

sunfua, hoặc sunfat Trong tro,S nằm trong xỉ lỏng và gang lỏng dưới dạng CaS,FeS Còn trong khí lò, S ở dạng

Qúa trình cháy ở nồi lò tạo khí

 Sự biến đổi về nhiệt độ của các phản ứng đảm bảo cho hệ thống có được nhiệt độ cao cần thiết để quá trình đạt được tốc

độ cao và thực hiện một cách hoàn toàn

 Quá trình cháy chủ yếu diễn ra ở phần nồi lò,ngay ở mắt gió Tại nồi lò còn xay ra quá trình cacbon hóa tạo thành gang

3Fe +2CO → Fe3C + O2

3Fe + C → Fe3C

- Fe3C tan vào sắt lỏng tạo thành gang

b Cơ sở hóa lý của quá trình luyện thép

 Trong thép, kim loại cơ bản nhất là sắt, ngoài ra còn có hòa tan một số chất khác ( C, Si, Mn, P, S, ) Nhiệm vụ cơ bản là oxi hóa các chất này đến thành phần yêu cầu, nhưng tránh cháy hao sắt Để thực hiện, điều đầu tiên phải cung cấp cho thép lỏng lượng oxi cần thiết để đốt cháy các nguyên tố tạp chất

FeO + M → Fe + MnO

2Fe + Si → 2Fe + SiO2

FeO + C → Fe + CO

2P + 5FeO → 5Fe + P2O5

Sự oxi hóa và hoàn nguyên mangan Sự oxi hóa và hoàn nguyên Si

Phản ứng oxi hóa cacbon Sự khử S và P

Cơ sở hóa lý

Phương pháp lò chuyển

• Lò chuyển Betxơme

Đồng thời Fe cũng bị oxi hóa thành FeO

Tiếp theo FeO cũng tham gia vào quá trình oxi hóa SiO và Mn

FeO + Mn → Fe + MnO +28,0 kcal

2FeO + Si → Fe + SiO 2 +70,6 kcal

Nhiệt độ tăng làm cho thép sôi, trên miệng lò nhìn thấy hiện tượng như

• Lò chuyển Tomat

Lò Tomat khác lò Betxơme về gạch lát bảo vệ tường

lò,là gạch bazơ chứa nhiều CaO hoặc MgO Nguyên liệu gang lỏng có thể chứa nhiều P,ít Si.

Giai đoạn 1: vì lượng Si và Mn thấp nên giai đoạn 1

ngắn hơn Ngọn lửa phun ra không dài và sáng bằng

Nhiệt độ kim loại cũng thấp hơn

Giai đoạn 2: Chủ yếu tiến hành phản ứng oxi hóa C và tạo xỉ.

Giai đoạn 3: Chủ yếu tiến hành phản ứng oxi hóa P bởi FeO và hình thành xỉ, đồng thời cũng có khoảng 80% S bị khử

Phương pháp luyện thép Mactanh

• Các quá trình xảy ra trong lò Mactanh

- Nguyên liệu cho phương pháp này có thể khồng phải là gang lỏng mà là gang rắn, sắt phế thải, quặng sắt,…

- Trong quá trình luyện thép, người ta không cho không khí hay oxi đi qua gang lỏng nên không có quá trình tác dụng trực tiếp giữa oxi kim loại để tạo thành chất oxi hóa các nguyên tố tạp chất trong gang

- Chất oxi hóa trong phương pháp này là các oxit có trong quặng hoặc thép, phế liệu hoặc oxi dư trong không khí tác dụng với kim loại chảy lỏng qua hệ khí- xỉ lỏng- thép lỏng

- Hiện nay 80% thép được sản xuất theo phương pháp Mactanh

• Cấu tạo lò, nguyên tắc hoạt động

Có 2 loại lò Mactanh: lò axit và lò bazơ, nhưng

lò axit ít được sử dụng, vì yêu cầu khắt khe khi dùng nguyên liệu.

• Nguyên liệu và nhiên liệu:

- Nguyên liệu chính là thép vụn ( 25-30%), gang lỏng hoặc

rắn( nhiều nhất không quá 70-75%) Yêu cầu nguyên liệu rất rộng rãi : C (4%) ; Si( 0,3-0,9%); Mn(0,5-1,2%); P(0,15-

0,35%); S(0,03-0,07%).

- Nhiên liệu: lò Mactanh có thể dùng nhiên liệu khí hoặc ở

trạng thái lỏng như dầu mazut, dầu cốc hay ở trạng thái rắn như bột than.

• Ưu điểm: dùng nguyên liệu có thành phần rộng rãi, luyện

được gang chứa nhiều P, S, chất lượng thép tốt, có nhiều

thể loại Điều khiển tốt quá trình, có thể xây dựng lò công

suất lớn,cơ khí hóa và tự động hóa, nên điều kiện lao động

tốt,giá thành hạ Nhược điểm là vốn đầu tư lớn, xây dựng

lâu.

•Quá trình luyện thép

Nguyên vật liệu được nhập vào lò theo một tỉ lệ và thứ tự nhất

định Hạ điện cực xuống gần kim loại và đóng mạch điện Hồ

quang được hình thành Dưới tác dụng cuả nhiệt độ hồ quang

phát ra, nguyên liệu bị nóng chảy FeO trong kim loại oxit hóa

các tạp chất C, Si, Mn, P,… như trong lò Mactanh đỂ khử S

được triệt để, gần cuối cho vôi, huỳnh thạch ( CaF 2 ) và bột than

cốc vào lò.

Ở nhiệt độ cao, nhờ có CaO và C, S bị khử theo phản ứng sau:

FeO + CaO + C → Fe + CaS + CO

• Nguyên liệu

Yêu cầu về nguyên liệu như trong lò Mactanh, vì lò điện thường luyện thép tốt nên tỷ lệ thép vụn khoảng 90%, gang 10%

• Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm: luyện được thép có thành phần chính xác, ít tạp chất, chất lượng tốt Nguyên liệu

dùng luyện thép chất lượng cao, rẻ Các nguyên

tố kết hợp cho vào lò đỡ mất mát , việc điều

khiển quá trình luyện thép linh hoạt, tốc độ xây dựng xưởng nhanh hơn xưởng Mactanh.

- Nhược điểm: loại lò điện cho sản lượng nhỏ,

giá thép cao nếu giá điện quá cao.

3 Nhôm và hợp kim của nhôm

kim của nhôm

a Nguyên liệu sản xuất

• Quặng Bauxite là nguyên liệu chính

Quặng bô xít ở Việt Nam thuộc 2 loại chính:

Bô xít nguồn gốc trầm tích (một số bị biến chất) tập trung ở các tỉnh phía Bắc như Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang, Sơn La và Nghệ An

Bô xít nguồn gốc phong hoá laterit từ đá bazan

tập trung ở các tỉnh phía Nam như Kon Tum, Đắk Nông, Lâm Đồng, Đồng Nai, Bình Dương, Phú Yên và Quảng Ngãi.

trước bởi quá trình xói mòn

Quặng bô xít phân bố chủ yếu

trong vành đai xung quanh xích

đạo đặc biệt trong môi trường

nhiệt đới Từ bauxite có thể

tách ra alumina (Al203), nguyên

liệu chính để luyện nhôm trong

các lò điện phân, chiếm 95%

lượng bauxite được khai thác

trên thế giới

• Ở Việt Nam, bauxite phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà

Giang, Lạng Sơn và Tây Nguyên…

• Thành phần hóa học của quặng bauxite chủ yếu là Al 2 O 3 , SiO 2 ,

Fe 2 O 3 , CaO, TiO 2 , MgO trong đó  

Al 2 O 3 chiếm 55,6% về khối lượng.

• Do trong tự nhiên nhôm tồn tại chủ yếu ở dạng nhôm oxit nên điện phân nóng chảy nhôm oxit là cách hiệu quả nhất để sản xuất nhôm Do trong quặng bauxite lẫn nhiều tạp chất như SiO 2 , Fe 2 O 3 … nên cần tinh chế để làm sạch tạp chất.

• Giai đoạn 1: Tinh chế quặng boxit (làm sạch nguyên liệu)

- Đây là giai đoạn quan trọng vì nếu không làm sạch nguyên liệu nhôm điều chế ra có lẫn tạp chất sẽ dễ bị ăn mòn hóa học

và ăn mòn điện hóa.

- Nguyên liệu được cho tác dụng với dung dịch xút nóng: