Свинец и экология
4.1.2. Загрязнение окружающей среды в процессе получения свинца.
При процессах производства свинца и его сплавов в атмосферу
выбрасывается значительное количество свинцовой пыли. Свинец, содержащийся
в этой пыли, вовлекается в биологический круговорот, негативно воздействуя
при этом на все живое.
4.2.1. Несомненно, огромный вклад в загрязнение окружающей среды свинцом
превносят Химические источники тока.
Аккумулятор – устройство для накопления энергии с целью её последующего
использования.
Рассмотрим принцип действия свинцового (кислотного) аккумулятора.
Готовый к употреблению свинцовый аккумулятор состоит из решётчатых
свинцовых пластин, одни из которых заполнены диоксидом свинца, а другие –
металлическим губчатым свинцом. Пластины погружены в 35-40 % раствор H2SO4;
при этой концентрации удельная электрическая проводимость раствора серной
кислоты максимальна.
При работе аккумулятора – при его разряде – в нем протекает
окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой металлический свинец
окисляется:
Pb+SO42-=PbSO4+2e-,
а диоксид свинца восстанавливается:
PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O.
Электроны, отдаваемые атомами металлического свинца при окислении,
принимаются PbO2 при восстановлении; электроны передаются от одного
электрода к другому по внешней цепи.
Таким образом, металлический свинец служит в свинцовом аккумуляторе
анодом и заряжен отрицательно, а PbO2 служит катодом и заряжен
положительно.
Во внутренней цепи(в растворе H2SO4) при работе аккумулятора происходит
перенос ионов. Ионы SО42- движутся к аноду, а ионы Н+ - к катоду.
Направление этого движения обусловлено электрическим полем, возникающим в
результате протекания электродных процессов: у анода расходуются анионы, а
у катода – катионы. В итоге раствор остается электронейтральным. Если
сложить уравнения, отвечающие окислению свинца и восстановлению PbO2, то
получится суммарное уравнение реакции, протекающей в свинцовом аккумуляторе
при его работе (разряде):
Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O.
ЭДС заряженного свинцового аккумулятора равна 2 В. По мере разряда
аккумулятора материалы его катода (PbO2) и анода (Pb) расходуются.
Расходуется и серная кислота. При этом напряжение на зажимах аккумулятора
падает. Когда оно становится меньше значения, допускаемого условиями
эксплуатации, аккумулятор вновь заряжают. Для зарядки аккумулятор
подключают к внешнему источнику тока. При этом ток протекает через
аккумулятор в направлении, обратном тому, в котором он проходил при разряде
аккумулятора. В результате этого электрохимические процессы на электродах
“обращаются”. На свинцовом электроде теперь происходит процесс
восстановления:
PbSO4+2e-=Pb+SO42-
т.е. этот электрод становится катодом.
На электроде из PbO2 при зарядке идет процесс окисления:
PbSO4+2H2O=PbO2+4H++SO42-+2e-
следовательно, этот электрод является теперь анодом. Ионы в растворе
движутся в направлениях, обратных тем, в которых они перемещались при
работе аккумулятора. Складывая два последние уравнения, получим уравнение
реакции, протекающей при зарядке аккумулятора:
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H++2SO42-.
Нетрудно заметить, что этот процесс противоположен тому, который
протекает при работе аккумулятора; при зарядке аккумулятора в нем вновь
получаются вещества, необходимые для его работы.
Свинцовый аккумулятор используется как автономный источник
электрической энергии, главным образом применяется в транспорте.
4.2.2. Свинцовый аккумулятор – загрязнитель окружающей среды.
Опасности для человека, окружающей среды возникают преимущественно на
этапе утилизации отработавших аккумуляторов. По-прежнему много батарей
после использования выбрасывается в мусоропроводы. По экспертным оценкам,
на свалках, транспортных площадках и других местах на всей территории
России в настоящее время находится до 1 млн. т свинца в отработавших свой
срок аккумуляторах. При существующем положении с их переработкой эта
величина возрастает на 50-60 тыс. т ежегодно. На свалках или установках для
компостирования аккумуляторы разлагаются, при этом в почву и подземные воды
попадает большое количество свинца. При рециклинге также происходит
загрязнение окружающей среды, особенно пылью, содержащей свинец. При
изготовлении свинцовых аккумуляторов образуются значительные количества
пылевидных частиц, содержащих соединения свинца. Как видно, свинцовые
аккумуляторы привносят немалый вклад в загрязнение окружающей среды.
Помимо свинцового аккумулятора широко применяются и многие другие виды
аккумуляторов. В среднем на каждый кв. метр приходится по одному
аккумулятору; очевиден процесс массового загрязнения окружающей среды
тяжелыми металлами, концентрированными электролитами и другими вредными
химическими соединениями.
4.3. Выбросы автотранспорта – основной источник загрязнения окружающей
среды ионами свинца.
Без сомнения, наиболее важным источником загрязнения в Свердловской
области является автомобильный транспорт, использующий этилированный
бензин. Численность автомобильного парка Свердловской области увеличилась в
1997 году более чем на 5 % и превысило 1 млн. единиц, при этом опережающими
темпами растет число легковых автомашин (на 10-12 % в год). В городах
Екатеринбурге, Каменск-Уральском, Первоуральске, Верхней Пышме, Нижнем
Тагиле, Берёзовском выбросы автотранспортных средств составляют 30-70 % от
общего объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
Автотранспорт вносит значительный вклад в загрязнение атмосферы
свинцом.
Таблица №3. Выбросы некоторых загрязняющих веществ от автомобильного
транспорта по городам области в 1997 году (в тоннах).
|Город |СО |Свинец |Город |СО |Свинец |
|Алапаевск |1846 |0,3 |Красноуральск |984,8 |0,2 |
|Асбест |5228,8 |4,3 |Лесной |1042,6 |0,2 |
|Верхняя Пышма |2427,4 |1,8 |Нижний Тагил |18084,1|16,1 |
|Верхняя Салда |1598,6 |0,2 |Нижняя Тура |1202,5 |0,6 |
|Екатеринбург |66063,1 |128,4 |Первоуральск |6391 |4,8 |
|Ирбит |2550,7 |0,3 |Полевской |2264,1 |2,1 |
|Качканар |2212,6 |0,6 |Ревда |1880,9 |1,3 |
|Кировоград |1365,6 |0,4 |Серов |2680,3 |1,9 |
|Краснотурьинск |3100,6 |1 |Тавда |1790,3 |0,9 |
Самое большое количество свинца и окиси углерода выбрасывается
автомобилями городов Екатеринбурга, Нижнего Тагила и Первоуральска.
Наблюдается тенденция роста уровня загрязнения атмосферного воздуха по
свинцу в крупных городах области. На передвижные источники загрязнения
приходится свыше 70 % суммарных выбросов свинца. Высокими остаются уровни
загрязнения воздушного бассейна городов диоксидом азота, формальдегидом,
оксидом углерода. В целом область значительно загрязнена свинцом. Общая
площадь загрязненных сильной степени земель составляет более 68 тыс. га.
Очевиден стабильный вклад автотранспорта в загрязнение окружающей среды
городов Свердловской области свинцом. Так каким же образом свинец попадает
в двигатели внутреннего сгорания и рассеивается автомобилями вдоль
автомагистралей.
4.3.1. Получение бензинов при крекинге нефтепродуктов.
Основным процессом переработки нефти является фракционная перегонка –
термическое разделение нефти на составные части (фракции).
Таблица №4. Основные фракции нефти.
|Название |Состав |Температура |Температура |Применение |
| | |получения |кипения | |
|Бензин |От С5Н12 |40-200 0С |Не выше |Топливо, |
| |до С11Н24 | |205 0С |растворитель |
| | | | |каучука, |
| | | | |получение синтез |
| | | | |– газа, химчистка|
|Лигроин |От С8Н18 |150-250 0С |120-240 0С |Топливо для |
| |до С14Н30 | | |дизельных |
| | | | |двигателей |
|Керосин |От С12Н26 |180-240 0С |180-320 0С |Горючее для |
| | | | |тракторных |
| |до С18Н38 | | |двигателей, |
| | | | |пропитка кож, |
| | | | |освещение, |
| | | | |авиация |
|Газойль |От С13Н28 |240-320 0С |270-410 0С |Дизельное, |
| |до С20Н42 | | |котельное топливо|
В результате отгона фракций остается мазут.
От прямой перегонки нефти отличают ее крекинг, т.е. термическое или
каталитическое расщепление высших углеводородов (УВ) с образованием
соединений меньшей молекулярной массы. Таким путем из высококипящих фракций
нефти получают дополнительно наиболее ценные низкокипящие фракции – главным
образом моторные бензины, т.е. целевым продуктом крекинга является
бензиновая фракция с высоким октановым числом. Процесс крекинга происходит
с разрывом углеродных цепей и образованием более простых предельных и
непредельных УВ, например:
C16H34=C8H18+C8H16.
Образовавшиеся вещества могут разлагаться далее:
C8H18=C4H10+C4H8 C4H10=C2H6+C2H4.
Различают два основных вида крекинга.
Таблица №5. Термический и каталитический крекинг.
|Термический крекинг |Каталитический крекинг |
|Расщепление молекул УВ протекают |Расщепление молекул УВ протекает в |
|при сравнительно высокой |присутствии катализаторов и при |
|температуре (470-550 0С). Процесс |более низкой температуре (450-500 |
| |  скачать работу |
Свинец и экология |
