СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И СБРОСНЫХ СОДОВЫХ РАСТВОРОВ ОТ СУЛЬФАТА НАТРИЯ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/58 C01D5/00 

Изобретение относится к способам очистки содовых технологических и сбросных растворов от сульфата натрия и может использоваться для приготовления растворов газоочистки в производстве алюминия и других отраслях промышленности, применяющих жидкостное поглощение кислых газов содовыми растворами.

Известны несколько способов понижения растворимости солей, связанные либо с глубоким охлаждением (1), либо с введением органического растворителя - высаливателя (2). Введение высаливателя изменяет состав раствора и делает невозможным его дальнейшее использование. Известен известковый способ десульфатизации растворов (3), заключающийся в осаждении сульфатов в виде гипса CaSO₄•2H₂O, а затем избытка извести в виде CACO₃ раствором соды. Этот способ десульфатизации неприменим к содовым растворам из-за выведения в осадок рабочего компонента - соды ввиду нерастворимости CaCO₃. В промышленности преимущественно применяется способ десульфатизации, связанный с глубоким охлаждением растворов (1). Способ требует больших затрат энергии на охлаждение. Он не обеспечивает достаточной глубины десульфатизации технологических растворов и вод шламового поля. При охлаждении до -1-0^oC получают раствор, содержащий 35 г/л Na₂SO₄.

Цель изобретения - разработка комбинированного способа очистки содовых технологических и сбросных растворов от избытка сульфата натрия, позволяющего увеличить глубину очистки без применения глубокого охлаждения.

Сущность изобретения состоит в следующем: для повышения глубины очистки в раствор вводят спирт C₂-C₄ и охлаждают, отделяют кристаллизующуюся глауберову соль, вводят в раствор соду и нагревают, затем разделяют фазы расслаивающейся системы, возвращая спиртовую фазу в технологический цикл, а водную повторно используют в газоочистке. При введении в раствор органического растворителя понижается растворимость солей неорганических кислот. В соответствии с физико-химическими диаграммами растворы с определенным содержанием соли и органического компонента при критической для данной системы температуры склонны к расслаиванию. Эти два эффекта высаливания и расслаивания положены в основу предлагаемого комбинированного способа.

Для решения задачи десульфатизации выбраны водно-спиртовые солевые растворы с ограниченной взаимной растворимостью. Выбор низкомолекулярных C₂-C₄ моноспиртов в качестве высаливателя обусловлен концентрационными и температурными условиями расслаивания их смесей с солями неорганических кислот, а также их доступностью и дешевизной.

В подлежащий десульфатизации раствор вводят спирт, например наиболее дешевый этанол, около 30% (мас.) концентрации. Такая концентрация является оптимальной с учетом эффектов высаливания и разбавления. Выпавший кристаллогидрат Na₂SO₄•10H₂O высушивают до безводного состояния либо на воздухе, либо нагреванием, причем в последнем случае кристаллизованную воду подают в конечный раствор, предназначенный для газоочистки. Оставшийся после отделения Na₂SO₄•10H₂O раствор содержит 0,7-1,4 мас.% Na₂SO₄ и исходные количества NaHCO₃ и Na₂CO₃. В раствор вводят Na₂CO₃ до общей концентрации 7 мас.% и нагревают до 30-40^oC. Критическая температура расслаивания содовых водно-этанольных растворов 27,7^oC, нижний предел вводимой соды около 5,5 мас.%, поэтому выбранные условия обеспечивают расслаивание системы. Температура до 40^oC достигается с использованием низкокалорийных источников тепла. Кроме того, обнаружен синергический эффект, оказываемый на расслаивание в совместном присутствии Na₂CO₃ и остаточных количеств Na₂SO₄, что позволяет снизить предел вводимого количества соды. После расслаивания спиртовую фазу отделяют от водной и повторно используют для обработки свежей порции сульфатного раствора. Водная фаза поступает на дальнейшую обработку с целью оптимизации концентрации соды до уровня применяемых в газоочистке растворов (см. чертеж).

В предлагаемом способе десульфатизации растворов газоочистки избыток соды удаляют охлаждением водной фазы до 10^oC, при этом выпадает возвращаемый в технологический цикл кристаллогидрат NA₂CO₃•10H₂O, а конечный раствор пригоден для газоочистки. Возможно просто разбавить содовый раствор водой до нужной концентрации.

Принцип обезвоживания органического растворителя при помощи концентрированных растворов щелочей положен в основу разделения смесей органических соединений и воды (4).

Новизна предлагаемого способа заключается в использовании новой совокупности известных признаков, а именно: комбинирование и оптимизация эффектов высаливания и расслаивания, что позволяет достичь технологический результат, большую глубину очистки растворов газоочистки от сульфата натрия без глубокого охлаждения и соответственно уменьшения энергозатрат по сравнению с прототипом [1].

Источники информации
1. Реферативный журнал Химия, 1960, 2, 507611.

2. Авторское свидетельство СССР N 1263279 - "Изобретения стран мира", 1987, N 3.

3. Кульский Л. А. Новые направления в опреснении соленых вод. - Киев, 1966, с. 40-41.

4. Заявка ФРГ N OS 3331693, заявка ЕПВ N 0136539 - "Изобретения стран мира", 1985, N 19, 22.

Изобретение относится к способам очистки содовых технологических и сбросных растворов от сульфата натрия и может использоваться для приготовления растворов газоочистки в производстве алюминия и в других отраслях промышленности, применяющих жидкостное поглощение кислых газов содовыми растворами. Для осуществления способа очистки растворов от сульфата натрия к подлежащему очистке раствору добавляют спирт C₂-C₄ до концентрации 27 ± 3 мас.% и охлаждают (до 2 - 10°С), после удаления глауберовой соли в фильтрат вводят карбонат натрия и расслаивают, нагревая до 30- 40°С, затем водный слой используют в газоочистке, а спиртовой возвращают в технологический цикл. Способ обеспечивает увеличение глубины очистки от избытка сульфата натрия без применения глубокого охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки технологических и сбросных содовых растворов от сульфата натрия, включающий их охлаждение, отличающийся тем, что в раствор вводят низкомолекулярный спирт C₂-C₄ до 27 ± 3 мас.%, глауберову соль отфильтровывают, раствор нагревают до нижней критической температуры, добавляют соду до расслаивания, расслаивают на повторно используемые спиртовую и водную фазы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение эффекта высаливания спиртом достигают охлаждением до 2 - 10^oC.