Ломовский, О.И. МЕХАНОХИМИЯ В РЕШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ : аналит. обзор / О.И.Ломовский, В.В.Болдырев; Гос. публ. науч.-техн. б-ка Сиб. отд-ния Рос. акад. наук; ИХТТМ СО РАН; НГУ; Науч.-образ. центр «Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии» . – Новосибирск, 2005. – 221 с. – (Сер. Экология. Вып. 79).
Рассмотрены основные типы механохимических эффектов и химические реакции, протекающие в смесях порошков твердых реагентов при механической обработке в аппаратах типа шаровых и роторных мельниц, изменение реакционной способности твердых веществ вследствие образования дефектов, протекание химических процессов в присутствии механически активированных твердых фаз.
Технологические возможности механохимии иллюстрируются примерами создания экологически чистых и малоотходных химических процессов в различных областях, среди которых основными являются: переработка минерального, возобновляемого растительного, пищевого сырья; переработка техногенного сырья, в том числе в строительные материалы; очистка воды и атмосферы, реабилитации загрязненных территорий. Применение механохимических методов позволяет разработать технологии нового экологического уровня. Использование твердофазных превращений вместо реакций в растворах исключает источники образования жидких загрязнений, операции выделения и очистки реагентов и продуктов, сокращает число операций.
Особенно эффективны твердофазные технологии для переработки неорганических и органических отходов различных производств, когда продукты можно использовать в составе строительных, вяжущих, гелеобразующих материалов. Продукты новой технологии обладают существенными экологическими преимуществами. Получаемые при механохимической переработке растительного сырья, торфа биологически активные препараты подвергаются меньшему химическому воздействию по сравнению с жидкофазными экстракционными технологиями, сохраняют близкий к исходному натуральному состав и оказываются более приемлемыми для организмов животных и человека. Дальнейшее использование механохимических методов будет связано с успехами в конструировании специализированных механических активаторов твердых веществ, механохимических реакторов повышенной производительности для проведения взаимодействия в твердых смесях и пульпах.
Обзор предназначен для специалистов промышленных предприятий и венчурных фирм, экологов и студентов соответствующих специальностей.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 3
Глава 1. ОСНОВНЫЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТЕХНОЛОГИИ.................................................. 5
1.1. Влияние давления на вещество..................................................................... 7
1.2. Воздействие давления со сдвигом на физико-химические
свойства твердых веществ и химические реакции с их участием...........11
1.3. Механическая активация и механохимические реакции
в мельницах..................................................................................................12
1.4. Механическая активация монофазных систем............................................ 13
1.5. Механическая активация многокомпонентных смесей............................. 16
1.6. Направления использования механохимии и механической
активации при решении прикладных задач............................................. 26
Глава 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ДЛЯ УГЛУБЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ПЕРЕРАБОТКИ
МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ И УМЕНЬШЕНИЯ ОТХОДОВ........... 30
2.1. Применение механохимии при обогащении минерального сырья........ 30
2.2. Использование механической активации для вскрытия
минерального сырья................................................................................. 33
2.2.1. Применение в пирометаллургии............................................................ 33
2.2.2. Применение механической активации в гидрометаллургии............... 34
2.2.3. Переработка трудновскрываемого сырья.............................................. 38
2.2.4. Переработка минерализованных попутных вод................................... 43
2.3. Применение механохимии при переработке фосфорных руд................ 44
Глава 3. МЕХАНОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ............................................................... 49
3.1. Утилизация отходов горнорудного производства................................. 49
3.2. Использование шлаков и зол................................................................... 50
3.3. Использование отработанных функциональных материалов.............. 53
3.4. Вторичное использование твердосплавных материалов..................... 54
Глава 4. МЕХАНОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ДРЕВЕСНОГО, РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И ТОРФА.............. 62
4.1. Основные компоненты растительного сырья........................................ 62
4.2. Минорные компоненты растительного сырья....................................... 67
4.3. Получение биологически активных препаратов тритерпеновых
кислот....................................................................................................... 69
4.4. Препараты фитостеринов......................................................................... 74
4.5. Механохимическая переработка торфа.................................................... 77
Глава 5. ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЧИСТОТЫ
ПРОЦЕССОВ В ХИМИЧЕСКОЙ
И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.................... 84
5.1. Применение в неорганическом синтезе и катализе............................... 84
5.2. Органический механохимический синтез............................................... 88
5.3. Механохимическое приготовление дисперсных систем на основе
карбоксил- и гидроксилзамещенных органических соединений....... 94
5.4. Особенности применения механохимических подходов
в фармацевтической промышленности................................................ 97
Глава 6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ
СЫРЬЯ И УМЕНЬШЕНИЕ ОТХОДОВ В ПИЩЕВОЙ
И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ................................................ 107
6.1. Измельчение сырья.................................................................................... 108
6.2. Разрушение клеточной структуры и повышение
биодоступности....................................................................................... 109
6.3. Повышение дефектности и реакционной способности
компонентов............................................................................................ 111
6.4. Механохимические превращения целлюлозы, полисахаридов,
биологически активных веществ........................................................... 112
6.5. Гомогенизация и повышение качества пищевого сырья....................... 113
6.6. Кормопроизводство.................................................................................. 114
6.7. Биотехнология............................................................................................ 116
6.8. Переработка хитина и хитозана................................................................ 116
6.9. Легкая промышленность............................................................................ 118
Глава 7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И НЕФТЕДОБЫЧЕ................ 119
7.1. Использование вторичных минеральных ресурсов
в производстве цемента......................................................................... 119
7.2. Вторичные материалы в строительных целях........................................ 122
7.3. Материалы для нефтегазовых скважин................................................... 123
7.4. Силикатные гелеобразующие материалы............................................... 125
7.5. Комбинированные органо-неорганические гелеобразующие
материалы............................................................................................... 127
7.6. Гелеобразующие материалы из растительного сырья........................... 128
Глава 8. МЕХАНОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЯ
И УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ....................................................... 131
8.1. Механохимическая переработка угля...................................................... 132
8.2. Механохимическая переработка нефтяных остатков............................. 136
8.3. Совместная механохимическая переработка угля
и нефтяных остатков.............................................................................. 138
8.4. Переработка попутных газообразных углеводородов........................... 139
Глава 9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНОХИМИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ ПО ОЧИСТКЕ ВОДЫ И АТМОСФЕРЫ......................... 141
9.1. Использование механической активации для очистки газов
от серы................................................................................................... 141
9.2. Разложение токсичных хлорорганических соединений...................... 143
9.3. Использование механической активации для очистки воды............. 146
9.4. Гуматные реагенты для экологических целей...................................... 147
9.5. Другие направления использования механохимии............................. 153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................... 155
Литература...................................................................................................... 156
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ............................................................................ 217