способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия

Формула изобретения

1. Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия, включающий очистку газа от фтористого водорода и диоксида серы путем его орошения в мокрых скрубберах содосульфатным раствором, очистку содосульфатного раствора от фтора известковым молоком с получением фтористого кальция, выделение из очищенного от фтора маточного содосульфатного раствора безводного сульфата натрия путем его упарки, отличающийся тем, что очистке от фтора и выделению фтористого кальция подвергают 4-10% содосульфатного раствора после мокрой очистки газов, а остальной раствор возвращают на газоочистку, при этом содосульфатный раствор, очищенный от фтора, подвергают выпарке с выделением безводного сульфата натрия, упаренный маточный раствор смешивают со свежеприготовленным содощелочным раствором и возвращают на мокрую газоочистку вместе с основным содосульфатным раствором.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфат натрия выделяют из содосульфатного раствора, очищенного от фтористого натрия, путем его упарки до достижения концентрации титруемой щелочи в нем до 35-80 г/л в пересчете на Na₂CO₃.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к мокрой очистке отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от остатков фтористого водорода и диоксида серы с получением в качестве товарных продуктов сульфата натрия и фтористого кальция.

Известен способ очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от фтористого водорода и диоксида серы, реализуемый на Красноярском алюминиевом заводе, предусматривающий предварительную очистку газов от фтористого водорода сухим способом путем его адсорбции на оксиде алюминия. Очищенные от основной части фтористого водорода отходящие газы далее подвергаются второй стадии очистки от диоксида серы и остатков фтористого водорода мокрым способом путем орошения отходящих газов в скрубберах содосульфатным раствором, циркулируемым в системе мокрой газоочистки.

Часть циркулирующего в системе мокрой газоочистки содосульфатного раствора по мере его насыщения сульфатом натрия выбрасывается в шламонакопитель для вывода из процесса накапливающихся в технологическом цикле мокрой газоочистки сульфата натрия, фтористого натрия, бикарбоната натрия. Попутно выбрасывается в шламонакопитель остающаяся в содосульфатном растворе карбонатная сода.

Для исключения указанных потерь соды, сульфата натрия и фтористого натрия в технологическом цикле мокрой газоочистки был разработан способ переработки содосульфатного раствора в системе мокрой газоочистки по заявке на патент № 2006139843 от 02.11.2006 г., по которой принято положительное решение о выдаче патента РФ 12.09.2007 г.

Этот способ включает выделение из части циркулирующего в системе мокрой газоочистки содосульфатного раствора остатков фтористого натрия в виде фтористого кальция под воздействием известкового молока по химической реакции:

2NaF+CaO+H₂O CaF₂+2NaOH

Далее из очищенного от фтористого натрия содосульфатного раствора выделяют в осадок чистый безводный сульфат натрия путем его упарки до доведения концентрации титруемой щелочи в упаренном растворе до 70-100 г/л в пересчете на Na₂CO₃ при плотности раствора 1,30-1,31 г/л при температуре упаренного раствора 70-105°С.

Однако выполненные анализы образующихся в технологическом цикле мокрой газоочистки соединений соды, серы, фтора в содосульфатном растворе показали невозможность выделения из раствора чистого безводного сульфата натрия и качественного фтористого кальция из-за высокого накопления бикарбонатной соды в циркулирующем содосульфатном растворе в условиях действующей технологической схемы мокрой газоочистки на Красноярском алюминиевом заводе.

Накопление бикарбонатной соды в содосульфатном растворе мокрой газоочистки происходит за счет химического взаимодействия карбонатной соды с остатком фтористого водорода в газе и за счет химического взаимодействия карбонатной соды с оксидом углерода, выделяющимся при взаимодействии карбонатной соды содосульфатного раствора с диоксидом серы отходящих газов.

Накопление бикарбонатной соды в содосульфатном растворе мокрой газоочистки будет происходить постоянно, если ее не выводить из технологического цикла мокрой газоочистки.

Бикарбонатная сода, накапливаемая в содосульфатном растворе, не вступает в химическое взаимодействие с диоксидом серы и фтористым водородом отходящих газов.

Накопление бикарбонатной соды в содосульфатном растворе приводит к следующим отрицательным факторам:

- ухудшает качество сульфата натрия, выделяемого из содосульфатного раствора за счет его загрязнения выделяющейся в осадок двойной бикарбонатной солью (Na₂CO₃·NaHCO ₃·2H₂O) при упарке содосульфатного раствора;

- ухудшает глубину очистки содосульфатного раствора от фтористого натрия и качество получаемого в осадке фтористого кальция за счет взаимодействия известкового молока с бикарбонатом натрия с выделением в осадок карбоната кальция;

- увеличивает расход соды в системе мокрой газоочистки за счет ее расхода на образование бикарбонатной соды;

- приводит к коррозионному износу технологической аппаратуры и коммуникаций в системе мокрой газоочистки и особенно к коррозионному износу выпарной батареи при упарке содосульфатного раствора.

Задачей изобретения является получение высококачественного безводного сульфата натрия и исключение потерь соды в технологическом цикле мокрой газоочистки электролизных корпусов, что позволит сократить расход соды в 1,2-1,3 раза.

Технический результат достигается тем, что в способе мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия, включающем очистку газа от фтористого водорода и диоксида серы путем его орошения в мокрых скрубберах содосульфатным раствором, очистку содосульфатного раствора от фтора известковым молоком с получением фтористого кальция, выделение из очищенного от фтора маточного содосульфатного раствора безводного сульфата натрия путем его упарки, очистке от фтора и выделению фтористого кальция подвергают 4-10% содосульфатного раствора после мокрой очистки газов, а остальной раствор возвращают на газоочистку, при этом содосульфатный раствор, очищенный от фтора, подвергают выпарке с выделением безводного сульфата натрия, упаренный маточный раствор смешивают со свежеприготовленным содо-щелочным раствором и возвращают на мокрую газоочистку вместе с основным содосульфатным раствором.

Сульфат натрия выделяют из содосульфатного раствора, очищенного от фтористого натрия, путем его упарки до достижения концентрации титруемой щелочи в нем до 35-80 г/л в пересчете на Na₂CO₃.

Улучшится глубина очистки содосульфатного раствора от фтористого натрия под воздействием известкового молока и улучшится качество получаемого фтористого кальция. Исключаются потери соды, связанные с образованием бикарбонатной соды в технологическом цикле мокрой газоочистки. Будет нейтрализован коррозионный износ технологического оборудования и коммуникаций от воздействия бикарбонатной соды в системе мокрой газоочистки и коррозионный износ выпарной батареи при упарке содосульфатного раствора с выделением из него в осадок сульфата натрия.

Мокрая газоочистка отходящих газов электролизных корпусов и переработка получаемого содосульфатного раствора при заявленном новом способе будет осуществляться по следующей схеме: содосульфатный раствор, используемый в мокрой очистке газа электролизных корпусов от диоксида серы и фтористого водорода будет готовиться в замкнутом технологическом цикле с добавкой в циркулирующий в технологическом цикле содосульфатный раствор свежеприготовленного содового раствора с дозировкой в него стехиометрического расчетного количества раствора каустической щелочи, требуемого обеспечить полную нейтрализацию образующегося в технологическом цикле мокрой газоочистки бикарбонатной соды в карбонатную соду по химической реакции:

NaHCO₃+NaOH Na₂CO₃+H₂O

Часть (4-10%) циркулирующегося в системе мокрой газоочистки содосульфатного раствора согласно технологическому балансу подвергают очистке от фтористого натрия дозировкой в содосульфатный раствор расчетного стехиометрического количества известкового молока для связывания содержащегося в нем фтористого натрия в CaF₂ при перемешивании суспензии в течение 1,5-2 часа при температуре раствора в суспензии 90-100°С. Очищенный от фтористого натрия маточный содосульфатный раствор упаривают в выпарной батарее до достижения конечной концентрации титруемой карбонатной щелочи в упаренном растворе до 35-80 г/л в пересчете на N₂CO₃ при плотности упаренного раствора в пределах 1,30-1,31 г/л с выделением в осадок чистого безводного сульфата натрия при температуре упаренного раствора 70-100°С. Очищенный от выделенного в осадок сульфата натрия маточный содосульфатный раствор возвращается обратно в технологический цикл в смеси с циркулирующим в системе мокрой газоочистки содосульфатным раствором.

В технологической схеме № 1 (см. фиг.1) показан пример практического осуществления новой технологии мокрой газоочистки предлагаемым способом в условиях Красноярского алюминиевого завода с расчетом ожидаемого материального баланса в технологическом цикле и химическими анализами получаемых товарных продуктов.

Для сопоставления в технологической схеме № 2 (см. фиг.2) показан баланс материального потока в технологическом цикле и сбрасываемый в шламонакопитель содосульфатный раствор, достигаемые при действующей на Красноярском алюминиевом заводе технологии в системе мокрой газоочистки.

Согласно приведенным в технологических схемах данным при практическом внедрении новой технологии на Красноярском алюминиевом заводе в сопоставлении с действующей технологией будет достигнут в год следующий ожидаемый экономический эффект (см. таблицу).

	Ед. измерения	Цена, руб.	Действующая технология	Новая технология
Количество тонн	Сумма, млн рублей	Количество тонн	Сумма, млн рублей
1. Затраты сырья и реагентов:
- сода	т	4500	30 222	135,999	21374	96,183
- каустическая щелочь	т	8000	-	-	2181	17,448
- известь	т	500	-	-	438	0,219
Итого			-135,999			-113,850
2. Получаемая продукция:
- сульфат натрия	т	4000	-		32806	+131,224
- фторид кальция	т	5000	-		539	+2,695
3.Ожидаемый
годовой эффект
новой технологии						156,063
в сопоставлении с
действующей
технологией

Кроме указанного экономического эффекта, при новой технологии отпадают необходимость больших капитальных затрат на строительство новых шламонакопителей и штрафные санкции за создаваемые экологические проблемы. При новой технологии возможно осуществить плановую переработку накопленных ранее в шламонакопителях содосульфатных растворов с их расчетной дозировкой в технологический цикл мокрой газоочистки с получением большого экономического эффекта за счет извлечения из них сульфата натрия, фтора с регенерацией соды.