способ получения фторида водорода из отходов алюминиевого производства

Формула изобретения

Способ получения фторида водорода из отходов алюминиевого производства, включающий сернокислотное разложение криолитсодержащих отходов, отличающийся тем, что отходы предварительно измельчают до размера частиц 0,2 мм, помещают на поддоны слоем высотой не более 0,5 см, далее подвергают обжигу при температуре 800-850°C в подовых печах для удаления углеродной составляющей, в качестве отходов алюминиевого производства берут пыль электрофильтров, сернокислотное разложение концентрата, полученного после обжига отходов, проводят при температуре 240-260°C.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству фторида водорода сернокислотным разложением фторсодержащих соединений.

Известен наиболее распространенный способ получения фтористого водорода обработкой флюорита серной кислотой в прямоточных или противоточных печах при 180-220°C. При этом флюорит и серная кислота предварительно смешиваются в шнеках-смесителях в соотношении 0,70-0,75:1. Степень разложения флюоритового концентрата составляет 93-95%. [Гузь С.Ю. Производство криолита, фтористого алюминия и фтористого натрия. - М.: Металлургия, 1964. - 238 с.].

Недостатком данного способа является низкая степень разложения плавикового шпата, большая длительность процесса, образование настылей на внутренней поверхности барабана.

Известен способ получения безводного фтороводорода пирогидролизом фторуглеродсодержащих отходов алюминиевых производств [Патент РФ № 2022914, опубликован 15.11.1994]. Основой этого способа является извлечение фтора из углеродистых материалов, согласно которому отходы подвергают пирогидролизу во вращающихся печах.

Недостаток получения фтороводорода пирогидролизом в том, что для мелкодисперсных отходов способ является непригодным, поскольку сопровождается большим пылеуносом, то есть значительная часть мелких частиц выносится газовым потоком из технологических агрегатов раньше, чем протекают и завершаются процессы окисления углерода и пирогидролиза фторидов.

Также известен способ получения фтористого водорода сернокислотным разложением фторсодержащих продуктов (способ прототип) [Патент РФ № 2110470, опубликован 10.05.1998]. В качестве фторсодержащих продуктов используют высокодисперсные отходы электролитического производства алюминия (шлам газоочистки и пыль электрофильтров) с развитой поверхностной структурой. Отходы и серная кислота смешиваются в шнековом смесителе и вместе подаются в печь, массовое соотношение между отходами и серной кислотой - 0,65-0,75:1. Процесс проходит при 260-320°C. Время процесса составляет 3,5-4 часа.

Недостатками данного способа являются: большой расход серной кислоты, обусловленный ее интенсивным испарением при заданных температурах, а также связанный с проблемой ее диффузии сквозь слой углеродной составляющей отходов к поверхности фторсодержащих частиц; малое время контакта реагентов, и как следствие, низкая степень вскрытия фторуглеродсодержащих отходов.

Задачей изобретения являлась разработка способа получения фторида водорода сернокислотным разложением фторсодержащих соединений с большей степенью реагирования и, как следствие, с большим выходом фторида водорода, чем заявлено в прототипе.

Эта задача решена следующим способом. В соответствии с прототипом в качестве исходного сырья используются отходы алюминиевого производства, а именно пыль электрофильтров, усредненного фазового состава: Na₃AlF₆ - 12,1; Na₅Al₃ F₁₄ - 11,0; NaF -2,91; AlF₃ - 1,68; CaF ₂ - 1,48; MgF₂ - 1,36; KF - 1,34; Al₂ O₃ - 30,19; Na₂SO₄ - 4,08; Fe ₂O₃ - 2,0; SiO₂ - 0,45; C (графит) - 26,73; смола (органические компоненты) - 4,68. Данные отходы измельчают до размера частиц - 0,2 мм, помещают на поддоны слоем, высотой не более 0,5 см, далее прокаливают при 800-850°C в подовых печах, в которых установлена система подачи воздуха и отвода образующихся газов. При прокаливании отходов происходит выгорание углеродной составляющей, которая окружает фторсодержащие частицы и препятствует контакту серной кислоты с поверхностью таких частиц. Также устранение углеродной составляющей снижает расход серной кислоты, необходимой для смачивания угля.

Образующийся таким образом криолит-глиноземный концентрат подается в барабанно-вращающуюся печь вместе с серной кислотой в соотношении 0,9:1 соответственно. Температура процесса сульфатизации концентрата составляет 240-260°C, данная температура является оптимальной для вскрытия криолит-глиноземного концентрата и предотвращения чрезмерного испарения серной кислоты. Время протекания химической реакции составляет 2 часа.

Пример: навеску пыли электрофильтров, массой 120 г размещают в выпарную чашу слоем высотой не более 0,5 см и прокаливают в подовой печи при 800-850°C. Образующийся криолит-глиноземный концентрат, массой 80 г, смешивают с 93%-ной серной кислотой, массой 215 г, и помещают смесь в стальной агитатор с плотно прикрепленной крышкой. Герметизируют систему отвода отходящих газов. Для сорбции реакционных газов готовят емкость с 5%-ным раствором аммиака. Нагревают смесь до 240-260°C. Окончанием процесса считается прекращение выделения пузырьков газа в абсорбционной емкости. Степень извлечения фтора рассчитывается исходя из данных потенциометрического определения концентрации фтор-иона в абсорбционном растворе в соответствии с ГОСТ 4386-89 и по количеству нерастворимого остатка сульфатизации. Степень реагирования составляет 97-99%.

Техническим результатом изобретения является снижение количества серной кислоты, необходимой для проведения реакции сернокислотного разложения отходов алюминиевого производства, а также снижение температуры процесса путем устранения отжигом углеродной составляющей отходов.