Способ кристаллизации сульфата натрия из растворов газоочистки производства алюминия Российский патент 2019 года по МПК C01D5/00 C01B9/08 B01D9/02 

Описание патента на изобретение RU2682555C1

Изобретение относится к области металлургии и технологии получения неорганических соединений, и может быть использовано при кристаллизации сульфата натрия в виде двойной соли NaF⋅Na2SO4 из растворов газоочистки электролитического производства алюминия.

В системе мокрой газоочистки алюминиевого производства наряду с фторсодержащими газами улавливается сернистый газ (диоксид серы), который, окисляясь и взаимодействуя с содой, образует сульфат натрия. Накопление сульфата натрия в системе газоочистки вредно отражается на качестве криолита, получаемого из растворов газоочистки, а также приводит к потерям ценных компонентов. Поэтому периодически, по мере накопления сульфата натрия до 40-120 г/л, раствор выводят из оборота и направляют на кристаллизацию из него сульфата натрия. Кроме того, оборотные растворы газоочистки имеют тенденцию к возрастанию концентраций в них компонентов, что усиливает отложение солей и препятствует перекачиванию растворов в системе трубопроводов.

Известен способ выделения двойных солей из содовых растворов, имеющих в своем составе как одинаковые, так и различные наборы катионов и анионов. Например, близкое по структуре к двойной соли NaF⋅Na2SO4 соединение Na2CO3⋅Na2SO4 выделяется из содовых растворов глиноземного производства после отделения гидроксида алюминия при попутном получении содопродуктов. В результате дробного политермического упаривания происходит кристаллизация различных солей, имеющих, благодаря образованию двойных соединений - более низкую растворимость [см. В.Я. Абрамов, А.И. Алексеев, Х.А. Бадальянц. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья. М., Металлургия, 1990. - 382 с.]. Вместе с тем, различие компонентного состава растворов глиноземного (крайне низкое содержание фторида натрия) и растворов алюминиевого производств не позволяет перерабатывать методами получения содопродуктов газоочистные растворы, образующиеся при улавливании в «мокрых» скрубберах фторидно-сернистых примесей. Это требует создания нового технического решения и подбора технологических режимов применительно к процессам газоочистки и регенерации фтористых солей в электролизном производстве алюминия.

Известен способ кристаллизации сульфата натрия из растворов в виде мирабилита Na2SO4⋅10H2O, согласно которому процесс осуществляют контактным охлаждением раствора, как в летний, так и в зимний период времени, путем введения в него частично или полностью предварительно замороженной порции данного раствора [Патент РФ 2102107 Авторы: Ржечицкий Э.П., Ржечицкий А.Э., Степанов В.Т., Дубровинский Р.Л. Патентообладательи: ОАО «Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности» ОАО «СибВАМИ»), Научно-проектное внедренческое предприятие "Технология» заявл. 26.10.1995 г. опубл.: 20.01.1998 г.].

Недостатком известного способа является неполнота выделения сульфата натрия из отработанных растворов в виде мирабилита Na2SO4⋅10H2O, а также потери сульфата натрия (в т.ч., за счет образования двойной соли NaF⋅Na2SO4) в виде отложений в скрубберах и системе гидротранспорта, вызванных температурной конверсией оборотных растворов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ кристаллизации сульфата натрия из растворов газоочистки алюминиевых заводов, согласно которому кристаллизацию осуществляют насыщением раствора сульфатом натрия, с последующим охлаждением раствора до температуры кристаллизации, отделением и обезвоживанием образовавшегося осадка, причем охлаждение раствора в осенне-зимний период осуществляют холодным атмосферным воздухом в два этапа: вначале до 6-10°С в трубопроводах, вынесенных за пределы здания, в режиме рециркуляции, а затем до 0-(-2)°С в кристаллизаторах. [Патент РФ 2215689 Авторы: Баранцев А.Г., Гавриленко Л.В., Чупров В.В. Патентообладатель: ОАО "Братский алюминиевый завод" (ОАО «БрАЗ») Опубл. 10.11.2003 Бюл. №31].

Недостатком данного способа является не полное выделение как мирабилита Na2SO4⋅10H2O, так и двойной соли NaF⋅Na2SO4 из отработанных содовых растворов, а также потери ценных компонентов в виде отложений в системах гидротранспорта после температурной конверсии оборотных растворов, приводящих к зарастанию трубопроводов и авариям в коммуникационных сетях.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение полноты выделения сульфата натрия и его соединений с другими компонентами в виде двойной соли NaF⋅Na2SO4, а также снижение его потерь в виде отложений в системах гидротранспорта после охлаждения или пересыщения оборотных растворов, приводящих к зарастанию трубопроводов и аппаратов.

Техническим результатом является повышение полноты выделения сульфата натрия и выделение двойной соли NaF⋅Na2SO4 из отработанных содовых растворов, что позволяет снизить потери ценных компонентов (сульфата и фторида натрия) в виде отложений в системах гидротранспорта после температурной конверсии растворов, пересыщенных по содержанию сульфата и фторида натрия.

Технический результат достигается тем, что в способе кристаллизации сульфата натрия из растворов газоочистки производства алюминия, включающем насыщение растворов газоочистки сульфатом натрия до процесса кристаллизации, отделение и обезвоживание образовавшегося осадка, процесс кристаллизации осуществляют путем закачки сульфата натрия в вакуумные кристаллизаторы при создании разряжения 0,3-0,5 ат и поддержания температурного режима от 50 до 60°С, выдержки концентрированного раствора в течение 20-25 мин. с образованием при этом двойной соли NaF⋅Na2SO4., которую сгущают и отфильтровывают.

Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. В настоящее время маточные растворы, насыщенные сульфатом натрия до массовой концентрации 40-120 г/л с температурой 50-60°С, поступают в три каскадно расположенные кристаллизаторы на кристаллизацию сульфата натрия путем охлаждения раствора до температуры 7-(-5)° С. Указанную температуру в кристаллизаторах поддерживают с помощью аммиачных систем. В предлагаемом способе в осенне-зимний период осуществляют закачкой порции раствора в вакуумные кристаллизаторы при создании разряжения 0,3-0,5 ат и поддержания температурного режима 50-60°С, после чего полученный осадок сгущают и отфильтровывают. При этом происходит образование центров кристаллизации двойной соли NaF⋅Na2SO4 в объеме растворов непосредственно в технологическом аппарате - кристаллизаторе. Выделение сульфатов на внутренней поверхности другого оборудования блокируется, а рециркуляция растворов препятствует зарастанию трубопроводов солями.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что заявляемое решение отличается от известного (кристаллизацией мирабилита Na2SO4⋅10H2O) тем, что кристаллизацию сульфата натрия из растворов газоочистки в осенне-зимний период осуществляют в виде двойной соли NaF⋅Na2SO4 путем закачки порции раствора в вакуумные кристаллизаторы при создании разряжения 0,3-0,5 ат и поддержания температурного режима от 50 до 60°С.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "новизна".

В предлагаемом решении новая совокупность признаков как известного, так и неизвестных ранее позволит повысить полноту выделения сульфата натрия за счет образования двойной соли NaF⋅Na2SO4 из отработанных содовых растворов газоочистки электролизного производства и снизить потери ценных компонентов (NaF и Na2SO4) в виде отложений в системах гидротранспорта после охлаждении оборотных растворов, т.е. получить указанный технический результат.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Возможность осуществления способа подтверждается следующими сопоставительными примерами.

Согласно способа, принятого за прототип, предварительно обесфторинный промышленный раствор сульфата натрия с температурой 55°С направляют на естественное охлаждение холодным атмосферным воздухом. Раствор охлаждают до 8°С рециркуляцией в трубопроводах, вынесенных за пределы здания. Затем раствор направляют в кристаллизатор, в котором происходит окончательное формирование кристаллов при 2°С за счет охлаждения смеси нагнетаемым холодным атмосферным воздухом. При этой температуре раствор находится в течение 1 ч. Полученный твердый осадок сульфатной соли (мирабилита) отделяют от жидкой фазы.

По предлагаемому способу исходный технологический раствор сульфата натрия (без предварительного отделения NaF) с температурой 50-60°С направляли в вакуумные кристаллизаторы, где создавали разряжение, необходимое для испарения определенной части воды. После снятия разряжения и выдержки концентрированного раствора в течение 20-25 мин происходит формирование кристаллов двойной соли (NaF⋅Na2SO4), которые отделяли и направляли в дальнейшую переработку. Конденсат можно использовать на технологические нужды.

Примеры выполнения способа кристаллизации сульфата натрия из растворов газоочистки алюминиевых заводов приведены в таблице 1. Примеры 1 - по прототипу, примеры 2-9 - по предлагаемому способу.

Проведение опыта при разряжении менее 0,3 ат и температуре раствора 55°С обеспечивает извлечение Na2SO4 из растворов газоочистки практически на уровне опыта согласно прототипа и при этом содержание Na2SO4 в растворах после кристаллизации снижается незначительно (опыт 2). Осуществление способа кристаллизации с применением разряжения более 0,5 ат, хотя и позволяет достичь сравнительно высокие показатели по извлечению Na2SO4 из растворов газоочистки, но технически затрудняет его проведение (опыт 5). Применение закачиваемого раствора с температурой менее 50°С не обеспечивает полноту извлечения и требуемое остаточное содержание Na2SO4 при кристаллизации (опыт 6). Кристаллизация двойной соли NaF⋅Na2SO4 с закачкой раствора температурой 65°С при разряжении в вакуумных кристаллизаторах 0,5 ат (опыт 9) позволяет достичь высокие значения по извлечению ценных компонентов и остаточному содержанию Na2SO4 в растворах после кристаллизации, но экономически не целесообразно.

Осуществление предлагаемого способа кристаллизации с выделением двойной соли NaF⋅Na2SO4 из отработанных содовых растворов позволяет снизить потери ценных компонентов (сульфата и фторида натрия) в виде отложений в системах гидротранспорта после температурной конверсии растворов, пересыщенных по содержанию сульфата и фторида натрия.

Кроме того, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ не требует предварительного выделения фторидов и позволяет увеличить производительность кристаллизации солей в ~2,5 раза, а также значительно снизить энергозатраты осенне-зимнего периода за счет отключения в этот период аммиачных систем, охлаждающих кристаллизаторы. В то же время меньшая молекулярная масса двойной соли NaF⋅Na2SO4 (184 г) по сравнению с мирабилитом Na2SO4⋅10H2O (322 г) дает возможность снизить металлоемкость оборудования на переработку промежуточных соединений в конечные товарные продукты.

Похожие патенты RU2682555C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ БЕЗВОДНОГО СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ ОБОРОТНЫХ РАСТВОРОВ ГАЗООЧИСТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ 2006
  • Токарев Георгий Васильевич
RU2316473C1
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ГАЗООЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ 2003
  • Ржечицкий Э.П.
  • Ткаченко Ю.А.
  • Кондратьев В.В.
  • Ржечицкий А.Э.
RU2243938C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ 2020
  • Баранов Анатолий Никитич
  • Гавриленко Людмила Владимировна
  • Зенкин Евгений Юрьевич
  • Гавриленко Александр Александрович
  • Смирнов Сергей Николаевич
RU2758438C1
СПОСОБ МОКРОЙ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ КОРПУСОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ 2016
  • Богданов Юрий Викторович
  • Манн Виктор Христьянович
  • Пингин Виталий Валерьевич
  • Жердев Алексей Сергеевич
  • Павлов Сергей Юревич
  • Аникин Вячеслав Викторович
RU2621334C1
СПОСОБ ОБЕСФТОРИВАНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ БЕЗВОДНОГО СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ ОБОРОТНЫХ РАСТВОРОВ ГАЗООЧИСТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ 2020
  • Сусс Александр Геннадиевич
  • Гущинский Андрей Анатольевич
  • Богданов Юрий Викторович
  • Пивоваров Алексей Николаевич
RU2742987C1
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ГАЗООЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ 1994
  • Моисеев В.Н.
  • Кошик И.М.
  • Гавриленко Л.В.
  • Фефелов Ю.Н.
RU2064891C1
Способ непрерывного синтеза 4-нитрозофенола 2021
  • Сафонов Александр Иванович
  • Швецов Сергей Владимирович
  • Алонов Олег Витальевич
  • Генкин Владислав Михайлович
RU2762969C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ ИЗ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ЩЕЛОЧИ 2009
  • Ронкин Владимир Михайлович
  • Малышев Александр Борисович
RU2421399C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОДОВОГО РАСТВОРА, ПОДАВАЕМОГО НА ГАЗООЧИСТНЫЕ УСТАНОВКИ КОРПУСОВ ЭЛЕКТРОЛИЗА АЛЮМИНИЯ 2003
  • Куликов Б.П.
  • Ребрик И.И.
  • Чащин А.И.
RU2242424C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ 1999
  • Сафрыгин Ю.С.
  • Букша Ю.В.
  • Рутковская Т.И.
  • Тимофеев В.И.
  • Титков С.Н.
  • Терентьева Г.И.
  • Выборнова Г.Ю.
RU2161125C2

Реферат патента 2019 года Способ кристаллизации сульфата натрия из растворов газоочистки производства алюминия

Изобретение может быть использовано в металлургии. Способ кристаллизации сульфата натрия из растворов газоочистки электролитического производства алюминия включает насыщение растворов газоочистки сульфатом натрия до процесса кристаллизации, отделение и обезвоживание образовавшегося осадка. Процесс кристаллизации осуществляют путем закачки сульфата натрия в вакуумные кристаллизаторы до концентрации 40-120 г/л при создании разрежения 0,3-0,5 ат и поддержания температурного режима от 50 до 60°С. Концентрированный раствор выдерживают в течение 20-25 мин с образованием двойной соли NaF⋅Na2SO4, которую сгущают и отфильтровывают. Изобретение позволяет повысить полноту выделения сульфата натрия из отработанных содовых растворов газоочистки электролитического производства алюминия, снизить потери сульфата натрия и фторида натрия в виде отложений в трубопроводах и аппаратах. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 682 555 C1

Способ кристаллизации сульфата натрия из растворов газоочистки электролитического производства алюминия, включающий насыщение растворов газоочистки сульфатом натрия до процесса кристаллизации, отделение и обезвоживание образовавшегося осадка, отличающийся тем, что процесс кристаллизации осуществляют путем закачки сульфата натрия в вакуумные кристаллизаторы до концентрации 40-120 г/л при создании разрежения 0,3-0,5 ат и поддержания температурного режима от 50 до 60°С, выдержки концентрированного раствора в течение 20-25 мин с образованием при этом двойной соли NaF⋅Na2SO4, которую сгущают и отфильтровывают.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2682555C1

СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ РАСТВОРА ГАЗООЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ 2001
  • Баранцев А.Г.
  • Гавриленко Л.В.
  • Чупров В.В.
RU2215689C2
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ГАЗООЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ 1994
  • Моисеев В.Н.
  • Кошик И.М.
  • Гавриленко Л.В.
  • Фефелов Ю.Н.
RU2064891C1
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СУЛЬФАТА НАТРИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ГАЗООЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ 2003
  • Ржечицкий Э.П.
  • Ткаченко Ю.А.
  • Кондратьев В.В.
  • Ржечицкий А.Э.
RU2243938C1
Способ кристаллизации сульфата натрия 1987
  • Чернов Владимир Дмитриевич
  • Эйфер Исаак Зельманович
  • Яицкий Александр Борисович
  • Павлющик Владимир Владимирович
SU1490084A1
Способ получения мирабилита из растворов 1984
  • Пономаренко Виктор Германович
  • Беломытцев Сергей Николаевич
  • Курлянд Юрий Александрович
  • Гуторов Виктор Михайлович
  • Рунов Михаил Иванович
  • Валяшко Алексей Николаевич
SU1201223A1
CN 103241749 A, 14.08.2013
Устройство для измерения углов 1984
  • Лысов Михаил Иванович
  • Мартьянов Александр Геннадьевич
SU1214272A1

RU 2 682 555 C1

Авторы

Алгебраистова Наталья Константиновна

Головных Николай Витальевич

Шепелев Игорь Иннокентьевич

Даты

2019-03-19Публикация

2018-03-22Подача