Формирование экологических знаний при изучении темы "Кремниевая кислота. Соли кремниевой кислоты"

Стекольные производства по своим масштабам несравнимы с энергетическими гигантами, но их экологические задачи аналогичны. Это позволяет обратиться к фундаментальным работам по изучению процессов образования вредных соединений в энергетике.

При сжигании топлива в стеклоагрегате, а также при движении топочных газов в пределах агрегата протекает ряд процессов, обусловленных высокими температур

ами, резкими перепадами температур, взаимодействием с огнеупорными, изоляционными материалами, а также взаимодействием компонентов самих продуктов сгорания в этих условиях.

Газообразные выбросы включают соединения углерода, серы и азота. Оксиды углерода являются продуктами сжигания углеводородных видов топлива. При наличии достаточного количества кислорода весь объем образующегося в процессах горения оксида углерода (II) (СО) доокисляется до оксида углерода (IV) (СО)2. Максимальное содержание С02 в газе будет при коэффициенте избытка воздуха, равном 1 (при сжигании природного газа содержание С02 составляет 9, моторного топлива — 12, мазута — 13—14%).

К числу особо токсичных газообразных выбросов относится диоксид серы S02 (из общего объема оксидов серы 1% приходится на триоксид серы S03). Продолжительность пребывания его в атмосфере сравнительно мала. Он принимает участие в каталитических, фотохимических и других реакциях и превращается в сульфаты, которые выпадают на землю. В соединениях с водой из S03 образуется серная кислота. Образуется S03 в результате окисления S02 кислородом воздуха. Кислотные дожди — порождение выбросов сгоревшей серы. Время пребывания S0X в воздухе зависит от содержания в нем аммиака. В сравнительно чистом воздухе оно равно 15—20 сут. Содержание серы в углеводородном сырье различно [данные Государственного института азотной промышленности (ГИАП)]:

Суммарное содержание серы в природном газе,

мг/м3 (в пересчете на серу) 5-450

сероводород 1-25

этил- и метилмеркаптан 2-350

меркаптан С3 -С5 0,5-20

сульфиды 0,5-15

дисульфиды 0-5

серооксид углерода 0,5—30

сероугаерод 0-5

В мазуте содержание серы может достигать 3,5%.

В процессе сжигания топлива образуется ряд соединений азота с кислородом (N20;NO;N2O3;NО2;N204;N205). Обычно суммарное количество NуOx приводят к N02. Для оценки вредного воздействия выброшенных NуOx надо учитывать то, что активное пребывание NO в атмосфере исчисляется примерно 100 ч, a N20 - 4,5 годами [7].

Большая часть Nу,Ox образуется в зоне активного горения. Однако точный расчет образования NyOx в топочных устройствах и объеме печи является сложной и трудно решаемой задачей, требующей знаний и условий протекания химических реакций, гидродинамики, тепло- и массопереноса, Установлено, что NуOx при горении образуется в результате окисления азота, содержащегося в топливе, и непосредственного окисления азота воздуха. Во многом их содержание определяется коэффициентом избытка воздуха.

Объем оксидов, образующихся в процессе горения природного газа в топках котлов, зависит от организации процесса горения (при одноступенчатом сжигании содержание NyOx будет 700—1400см3/м3, при сжигании мазута 280-420 см3/м3). Организованное сжигание позволяет уменьшить объем образующегося NyOx соответственно до 60—120; 130— 220 см3/м3.

Сжигание органических топлив сопровождается образованием канцерогенных веществ и, в частности, бензпирена, который может быть основой для синтеза других токсичных веществ.

Бензпирен образуется при температуре 700—800° С за счет протекания ряда пиролитических реакций. Химическая формула — C20 H12, молекулярная масса равна 252, температура плавления 179 °С, кипения 480—500°С. В продуктах сгорания бензпирен присутствует в виде капель жидкости или желтых газообразных кристаллов. В отходящих газах котлов, работающих на мазуте, обнаружена зависимость содержания бензпирена от конструкций котла, горелок, коэффициента избытка воздуха и нагрузки от проектной мощности.

ПДК для канцерогенных веществ в 8,5 ∙ 104 раз меньше, чем для NyOx.

Приведем некоторые значения ПДК, мг/м3 , отвечающие содержанию вредных веществ в воздухе (табл.2).

Таблица 2

Все это говорит о необходимости скорейшего решения проблемы сокращения вредных выбросов при варке стекла и стекловолокна, что возможно в результате сокращения или полного исключения вредных выбросов путем изменения технологии варки, конструкции печей и др. и в сочетании с глубокой очисткой дымовых газов от вредных веществ в специальных установках.

Решение задач промышленной экологии при интенсификации производства стекла, расширении ассортимента стеклоизделий и улучшении их качества требует рассматривать производство стекла как замкнутую систему, взаимодействующую с окружающей средой. В последние годы для анализа таких сложных систем используется системный подход, рассматривающий всю линию как технологическую динамическую систему, состоящую из ряда взаимосвязанных подсистем.

Драгоценные камни

Бесцветные и различно окрашенные кристаллы SiO2 - драгоценные камни.

Группа кварца - одна из самых распространенных в природе. Кварц (SiO2) встречается во множестве горных пород, где он образуется в самых разнообразных условиях. В природе кристаллы кварца встречаются самых разных размеров. Экземпляры в сотни килограммов не являются редкостью. Существует много разновидностей кварца, одинаковых с ним по кристаллической структуре, но отличаются по цвету. Из них наиболее распространены прозрачный и бесцветный горный хрусталь, лимонно-желтый цитрин, ослепительно белый и мутный молочный кварц, розовый кварц нежного пастельного тона, просвечивающий дымчато-коричневый кварц, черный от непрозрачного до слегка просвечивающего - морион и от фиолетового до нежно-сиреневого цвета аметист. В наше время на заводах выращивают кристаллы синтетического кварца, которые идут на нужды пьезо- и пиротехники, медицины и радио [8].