ПОГЛОТИТЕЛЬ ДИОКСИДА СЕРЫ ПРИ ОЧИСТКЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК B01D53/50 B01D53/80 C01B17/60 H01M10/54 

Изобретение относится к металлургии тяжелых цветных металлов и может найти применение на свинцовоплавильных заводах, перерабатывающих лом свинцовых кислотных аккумуляторов, при химической очистке газов.

В настоящее время глубокой очистке отходящие газы часто не подвергаются и рассеивание диоксида серы в окружающей среде губительно действует на все живое, а также вызывает коррозию зданий и сооружений.

Сегодня главной заботой является степень очистки газов, т.к. вредное воздействие диоксида серы проявляется уже при концентрации 0,01 мг/л. На ряде предприятий, особенно цветной металлургии, в отходящих газах содержится 0,05
0,5% SO₂ [В.Н.Казаков, В.Д.Хрипин. Очистка фьюминговых газов от диоксида серы. Цветные металлы, N 5, 1992, с. 24] Такие низкосернистые газы очень сложно утилизировать с помощью существующих методов. Например, для утилизации диоксида серы в виде серной кислоты концентрация его должна быть не менее 3,5% Поглощение диоксида серы известковой суспензией (гидратом окиси кальция) требует затрат большого количества извести, а образующаяся смесь сульфито-сульфата кальция не находит широкого применения и требует занятия больших площадей под отвалы.

Среди реагентов, предложенных ранее для поглощения диоксида серы, выделяется диоксид марганца с возможностью утилизации серы в виде сульфат-ионов.

Диоксид марганца обладает высокими окислительными свойствами в кислой среде (уравнение 1):
MnO₂+4H⁺¹+2e=Mn⁺²+2H₂O. (1)
Нормальный потенциал этого процесса равен +1,28 в, значительно превышая потенциал (+0,2 в), необходимый для окисления диоксида серы (уравнение 2):
SO-23

+ H₂O - 2e = SO-24 + 2H⁺¹ (2)
Химический процесс поглощения диоксида серы в водной среде идет по реакции 3:
MnO₂+H₂O+SO₂(H₂SO₃) MnSO₄+H₂O. (3)
Хотя этот метод прошел опытную проверку в промышленности, применения он не имеет. Главными недостатками являются частичные безвозвратные потери марганца и расходы по регенерации диоксида марганца (реакции 1,3).

В а. с. N 1087163 [А.В.Гладкий и др. Способ очистки газов от диоксида серы. Кл. С 01B 17/60, 23.04.84, бюл. N 15] абсорбируют диоксид серы суспензией диоксида марганца, в которую дополнительно вводят йодид калия.

Предложенный способ, имея недостатки, связанные с потерями марганца и расходами по регенерации диоксида марганца, требует применения еще дефицитного и дорогого реактива иодида калия. В силу этого он не смог найти применения, особенно учитывая масштабы цветной металлургии.

Известно соединение диоксид свинца (PbO₂) [Справочник химика, Издание "Химия", М. Л. 1965, т. II, с. 194] ранее для поглощения диоксида серы при очистке промышленных газов не применявшееся.

Целью изобретения является повышение степени поглощения диоксида серы при очистке газов до 100% и утилизация уловленного газа с выдачей товарного продукта.

Поставленная цель достигается применением в качестве поглотителя диоксида свинца формулы PbO₂, извлекаемого из лома свинцовых аккумуляторов.

При разделе лома свинцовых кислотных аккумуляторов обязательно выделяют оксид-сульфатную фракцию (ОСФ), которую направляют на получение металлического свинца. При этом высшая степень окисления свинца (IV) вызывает повышенный удельный расход восстановителя. В нашем предложении происходит восстановление свинца (IV) до свинца (II), что в последствии позволяет экономить восстановитель.

Доля вторичного свинца, полученного из свинцовых аккумуляторов, в настоящее время составляет половину от всего производимого свинца, а количество диоксида свинца, извлекаемого из лома, значительно превышает потребности в поглотителе для санитарной очистки отходящих газов.

Диоксид свинца кристаллический темно-коричневый порошок. Высшая степень окисления свинца (IV) предопределяет высокие окислительные свойства его как элемента 4 группы периодической системы элементов:

Диоксид серы, растворяясь в воде (при 25 градусах Цельсия и атмосферном давлении 40 л на один литр раствора), частично с ней взаимодействует с образованием сернистой кислоты:
SO₂+H₂O=H₂SO₃,
за счет чего создается кислая среда с pH, достигающей значения до 0,95.

Поглощение диоксида серы идет по реакции 4 (см. реакция 3):
PbO₂+H₂O+SO₂(H₂SO₃)= PbSO₄+H₂. (4)
Полученный сульфат свинца, являющийся исходным сырьем, легко может быть переработан на металлический свинец с попутной утилизацией серы в виде серной кислоты.

Промышленные схемы технологий очистки отходящих газов от диоксида серы по известным способам изменяются только в одной детали замене поглотителя на диоксид свинца.

Применение изобретения осуществляется известными приемами в стандартных аппаратах и оборудовании путем распыления водной суспензии диоксида свинца в потоке газа, содержащего диоксид серы, и последующим барботированием потока газа в водной суспензии диоксида свинца.

Пример. Действие поглотителя проверено в лабораторных условиях. Готовится водная суспензия порошка диоксида свинца (100% 0,1 мм) с 20 30% твердого и заливается в реактор, снабженный барботером. Температура суспензии в ходе очистки 20 22^o C.

Очистке подвергался газ, содержащий предпочтительно малые концентрации (0,1 1,5%) диоксида серы. Контролировались рН суспензии и концентрации диоксида серы в суспензии и в очищенном газе иодометрическим титрованием.

Полная очистка газа от диоксида серы достигается за 1 2 минуты контакта раствора сернистой кислоты с диоксидом свинца.

Продукт реакции (PbSO₄) сульфат свинца в силу низкой растворимости (ПР= 2,2 х 10^-8) полностью выделяется в твердую фазу, что способствует лучшей растворимости диоксида серы в суспензии.

Отделение отстаиванием сульфата свинца от раствора не представляет трудностей (уд. вес. PbSO₄ равен 6,2 г/куб. см).

Таким образом, предлагаемый поглотитель, являющийся утилизируемым продуктом, попутно используется для очистки отходящих газов от диоксида серы. Применение других поглотителей нецелесообразно на свинцовоплавильных заводах при наличии диоксида свинца, поступающего на завод для утилизации.

Степень экологической защиты резко улучшается, что приведет и к снижению платежей за вредные выбросы, т.к. достижима полная очистка газов от диоксида серы. Безвозвратных потерь поглотителя нет. Необходимость регенерации поглотителя отпадает, т.к. получающееся вещество (PbSO₄) является исходным сырьем для получения металлического свинца. Расходы на приобретение поглотителя исключаются.

Использование: очистка газов от SO₂ преимущественно на свинцовоплавильных заводах при переработке свинцовых аккумуляторов. Сущность изобретения: PbO₂, извлекаемый из лома свинцовых кислотных аккумуляторов, применяют в качестве поглотителя SO₂ при очистке слабосернистых промышленных газов. Образующийся PbSO₄ может быть переработан с получением металлического Pb.

1 Применение диоксида свинца в качестве поглотителя диоксида при санитарной очистке слабосернистых промышленных газовых выбросов.