Цинк и его влияние на окружающую среду

Цинк и его влияние на окружающую среду

Антропогенные источники поступления в окружающую среду

 

Основным источником является выброс в атмосферу цинка при высокотемпературных технологических процессах. Таким путем плюс потери при транспортировке, обогащении, сортировке с 1995 по 2005 г. во всем мире было рассеяно 700 тыс. т цинка. В результате сжигания каменного угля в 1980г. в атмосферу поступило 137,5 тыс. т, к 2000 году эта цифра возросла до 218,8 тыс. т. Содержание цинка в воздухе в районе завода вторичной переработки цветных металлов составляет: в радиусе 300 м -0,350 мг/м³ ; 500м - 0,285 мг/м^3, 1000 м - 0,148 мг/м³, 2000 м - 0,52 мг/м³. Металлический цинк окисляется кислородом воздуха и выпадает в виде оксида ZnO. В среднем с атмосферными осадками ежегодно выпадает на 1км² поверхности Земли 72 кг цинка - в три раза больше чем свинца, и в 12 раз больше чем меди. Значительные количества цинка поступают в почву с твердыми отходами ГРЭС на буром угле. В районе одного из цинкоплавильных заводов в радиусе 0,8 км в поверхностном слое почвы содержание цинка достигало 80 мг/г. В радиусе 1 км от цинкового завода в зеленых частях овощей содержание цинка 53 -667 мг/кг, в корнеплодах - 3,5 -65 мг/кг, в почве -42 -40 мг/кг сухого остатка.

Сточные воды, содержащие цинк, не пригодны для орошения полей. Не соблюдение гигиенических нормативов привело в Японии к вспышке тяжелого заболевания костно-мышечной системы у населения, потреблявшего в пищу рис, выращенный на полях орошения, где использовались ирригационные воды, сильно загрязненные сульфидом цинка и кадмием.

Для Мирового океана особую опасность представляют шламы сточных вод и сами сточные воды химического, деревообрабатывающего, текстильного, бумажного, цементного производств, а также рудников, горно-обогатительных и плавильных заводов, металлургических комбинатов. Пороговой концентрацией цинка, снижающей эффективность очистки сточных вод на 5%, является 5 -10мг/л. Серьезным источником поступления цинка в воду является вымывание его горячей водой из оцинкованных водопроводных труб до 1,2 -2,9 мг с поверхности 1 дм² в сутки. Суммируя все антропогенные источники, общий объем поступления цинка в окружающую среду составляет 314 тыс. т в год.

Соединения цинка.

Основное промышленное применение оксида цинка - производство резины, в котором он сокращает время вулканизации исходного каучука.

В качестве пигмента при производстве красок оксид цинка имеет преимущества по сравнению с традиционными свинцовыми белилами (основной карбонат свинца), благодаря отсутствию токсичности и потемнения под действием соединений серы, однако уступает оксиду титана по показателю преломления и кроющей способности.

Оксид цинка увеличивает срок жизни стекла и поэтому используется в производстве специальных стекол, эмалей и глазурей. Еще одна важная область применения - в составе нейтрализующих косметических паст и фармацевтических препаратов.

В химической промышленности оксид цинка обычно является исходным веществом для получения других соединений цинка, в которых наиболее важными являются мыла (т.е. соединения жирных кислот, такие как стеарат, пальмитат и другие соли цинка). Их используют в качестве отвердителей красок, стабилизаторов пластмасс и фунгицидов.

Небольшая, но важная область применения оксида цинка - производство цинковых ферритов. Это шпинели <http://www.krugosvet.ru/articles/20/1002054/1002054a1.htm> типа Zn^II _x M^II_{1- x} Fe^III₂O₄, содержащие еще один двухзарядный катион (обычно Mn^II или Ni^II). При х = 0 они имеют структуру обращенной шпинели. Если х = 1, то структура соответствует нормальной шпинели. Понижение количества ионов Fe^III в тетраэдрических позициях приводит к понижению температуры Кюри. Таким образом, изменяя содержание цинка, можно влиять на магнитные свойства ферритов.

Гидроксид цинка применяется для синтеза различных соединений цинка.

Сфалерит ZnS является наиболее распространенным минералом цинка и главным источником металла, однако известна и вторая природная, хотя и намного более редкая форма вюрцит, более устойчивая при высокой температуре. Названия этих минералов используются для обозначения кристаллических структур, которые являются важными структурными типами, найденными для многих других соединений АВ. В обеих структурах атом цинка тетраэдрически координирован четырьмя атомами серы, а каждый атом серы тетраэдрически координирован четырьмя атомами цинка. Структуры существенно различаются только типом плотнейшей упаковки: в вюрците она кубическая, а в сфалерите - гексагональная.

Чистый сульфид цинка - белый и, подобно оксиду цинка, применяется как пигмент, для этого его часто получают (как литопон) вместе с сульфатом бария при взаимодействии водных растворов сульфата цинка и сульфида бария.

Кроме того, у сульфида цинка интересные оптические свойства. Он становится серым при действии ультрафиолетового излучения (возможно, за счет диссоциации). Однако этот процесс можно замедлить, например, добавлением следов солей кобальта. Катодное, рентгеновское и радиоактивное излучение вызывает появление флуоресценции или люминесценции различных цветов, которую можно усилить добавлением следов различных металлов или замещением цинка кадмием, а серы селеном. Это широко используется для производства электроннолучевых трубок и экранов радаров.

Селенид цинка используется в качестве лазерного материала и компонента люминофоров (вместе с сульфидом цинка).

Теллурид цинка используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. Кроме того, он служит люминофором и полупроводниковым материалом, в том числе в лазерах.

Хлорид цинка ZnCl₂ является одним из важных соединений цинка в промышленности. Его получают действием соляной кислоты на вторичное сырье или обожженную руду.

Концентрированные водные растворы хлорида цинка растворяют крахмал, целлюлозу (поэтому их нельзя фильтровать через бумагу) и шелк. Его применяют в производстве текстиля, кроме того, он используется как антисептик для древесины и при изготовлении пергамента.

Поскольку в расплаве хлорид цинка легко растворяет оксиды других металлов, его используют в ряде металлургических флюсов. С помощью раствора хлорида цинка очищают металлы перед пайкой.

Хлорид цинка применяется и в магнезиальном цементе для зубных пломб, как компонент электролитов для гальванических покрытий и в сухих элементах.

Ацетат цинка используют как фиксатор при крашении тканей, консервант древесины, противогрибковое средство в медицине, катализатор в органическом синтезе. Ацетат цинка входит в состав зубных цементов, используется при производстве глазурей и фарфора.

 

Задача

Исходные данные.

Высота трубы (Н)=12 м.

Диаметр трубы(D)=0,6 м.₁ =6500 м³/ч=1,81 м³/с.

Т=55⁰С.

Тв=25⁰С.

М_факт =0,02.

Место выброса: Пермская область (А=200).

Решение.

Соединение цинка: ZnO. Т.к данных по ПДКм.р. для данного соединения нет берем значения ПДКр.з. и считаем ВДКа.в. ПДКр.з=0,5 мг/м³

ВДКа.в=0,62*lgПДКр.з-1,77=0,62*lg0.5-1,77=-1,957

 

Значит ВДКа.в=0,011 мг/м³

Фоновая концентрация вещества

 

Сф=0,3*ВДКа.в=0,0033 мг/м³

Средняя линейная скорость выхода смеси

_о=(4*V₁)/(π*D²)=(4*1,81)/(3,1416*12*12)=6,4 м/с

ΔТ=Т-Тв=55-25=30^оС - выброс горячий.

Параметр f=(1000*w_o²*D)/(H²* ΔТ)=5.69<100 - выброс горячий.=0.65*(V₁* ΔТ/H)^1/3=0.65*(1.81*30/12) ^1/3=1.075.

 

Коэффициент n, учитывающий подъем факела за счет скоростного напора,

 

т.к. 0,5<Vm<2, то=0,532*Vm²-2,13*Vm+3,13=1,455

 

Коэффициент m, учитывающий подъем факела за счет теплового напора,

=(0.67+0.1*f^1/2+0.34*f^1/3)^-1=0.6598

 

Примем что F=1 и η=1, тогда значение ПДВ

 

ПДВ=((ВДКа.в-Сф)* H²*(V₁* ΔТ)^1/3)/(А*F*n*m* η)=

=((0.011-0.0033)* 12²*(1.81*30)^1/3)/(200*1*1.455*0.6598)= 0.022 г/с

 

Т.к Мф<ПДВ- выброс экологически безопасный.

Определение максимальной концентрации.

 

Т.к. f<100 то Cm=(Mф*A*F*m*n* η)/(H²*(V₁* ΔТ)^1/3)=0.0065 мг/м³

 

Определение максимальной высоты

Xm=(5-F)*d*H/4

 

Коэффициент d зависит от Vm и f<100, тогда=4.95*(1+0.28*f^1/3)=7.424=4*7.424*12/4=89.1 м.

Расчет концентрации загрязняющего вещества в атмосферном воздухе в районе источника выброса.

 

X	X/Xm	S1	C
10	0,11	0,065	0,00042
20	0,22	0,220	0,00143
30	0,34	0,414	0,00269
40	0,45	0,608	0,00395
50	0,56	0,774	0,00503
60	0,67	0,895	0,00582
70	0,79	0,967	0,00629
80	0,90	0,996	0,00648
90	1,01	0,997	0,00648
100	1,12	0,971	0,00631
110	1,24	0,943	0,00613
120	1,35	0,914	0,00594
130	1,46	0,885	0,00575
180	2,02	0,738	0,0048
230	2,58	0,605	0,00393
280	3,15	0,494	0,00321
330	3,71	0,405	0,00264
380	4,27	0,335	0,00218
430	4,83	0,280	0,00182
480	5,39	0,236	0,00154
530	5,95	0,201	0,00131
580	6,52	0,173	0,00113
630	7,08	0,150	0,00098
680	7,64	0,132	0,00086
730	8,20	0,114	0,00074
780	8,76	0,101	0,00066
800	8,99	0,097	0,00063

 

 

Цинк и его влияние на окружающую среду