ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СОДЕРЖАЩИХ ЦИАНИДЫ ГАЗООБРАЗНЫХ ОТХОДОВ И СТОЧНЫХ ВОД В СПОСОБЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИАНИДОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2020 года по МПК C01C3/10 B01D53/14 B01D53/34 

Настоящее изобретение относится к способу получения цианидов щелочных металлов в виде твердых веществ и к цианидам щелочных металлов, полученным в соответствии с этим способом.

Цианиды щелочных металлов имеют многочисленные применения. Одной из особенно важных областей применения является их использование для получения золота, серебра и других металлов при цианидном выщелачивании. Другие области применения представляют собой технологию гальванизации и закаливания стали. Цианиды щелочных металлов также обнаруживают многочисленные применения в качестве исходного материала в химическом синтезе. Одним из примеров здесь является их использование для синтеза нитрилов, которые имеют разнообразные применения в химической промышленности. Один из цианидов щелочных металлов, который особенно важен с технической точки зрения, представляет собой цианид натрия.

В одном из важных способов получения цианидов щелочных металлов используется реакция цианида водорода HCN (синильной кислоты) с гидроксидами щелочных металлов. В предшествующем уровне техники был описан ряд способов для промышленного производства HCN, используемого в качестве исходного вещества для синтеза цианидов щелочных металлов. Одним из наиболее часто используемых методов является так называемый метод Андрусова. В методе Андрусова производство HCN осуществляется путем каталитической реакции метана, аммиака и кислорода воздуха. В этом случае смесь аммиака и метана обычно вводят в реакцию при высоких температурах на платиновых сетках с впрыском чистого кислорода. В этом случае, продукт синтеза, полученный непосредственно по методу Андрусова, представляет собой смесь нескольких компонентов, где, в частности, в дополнение к целевому продукту реакции, HCN, присутствуют не вступившие в реакцию аммиак, водород, азот и оксиды углерода.

Одной из больших проблем известных ранее способов получения цианидов щелочных металлов является удаление содержащих цианиды газообразных отходов и сточных вод, которые всегда возникают. Согласно известным ранее методам всегда необходимо было подвергать комплексной обработке существенную часть возникающих отходов, содержащих цианиды сточных вод. Обезвреживание содержащих цианиды газообразных отходов также всегда приводило к проблемам.

Согласно способам получения цианидов щелочных металлов, описанным в предшествующем уровне техники, обычно следуют процедуре, в которой реакционный газ, содержащий HCN, сжижают путем охлаждения после реакции, а затем очищают синильную кислоту. Для этой цели необходимы комплексные методы очистки, например, ректификация. Затем очищенную таким образом жидкую синильную кислоту в соответствии с этим способом, известным из предшествующего уровня техники, вводят в реакцию с гидроксидом щелочного металла, обычно с гидроксидом натрия с получением цианида натрия. Если цианид натрия должен быть получен в виде твердого вещества, то на следующей стадии должна быть выполнена кристаллизация. Для создания как можно меньшего количества содержащих цианиды отходов, маточный раствор цианида натрия после кристаллизации можно рециркулировать в реакционную емкость, в которую вводят сжиженную синильную кислоту для реакции с гидроксидом натрия. Однако в соответствии со способом, описанным в предшествующем уровне техники, эта процедура не приводит к получению замкнутой системы, поскольку побочные продукты, например, формиат натрия, обогащаются в процессе нескольких циклов рециркуляции, так что через некоторое время маточный раствор цианида натрия больше не может рециркулировать. Таким образом, маточный раствор цианида натрия, загрязненный побочными продуктами, затем должен быть удален с помощью дорогостоящего и экологически вредного способа.

Это удаление особенно сложно осуществить, поскольку цианид натрия и другие цианиды щелочных металлов являются высокотоксичными. Как правило, удаление осуществляют путем добавления пероксида водорода, где цианид натрия окисляется с образованием цианата натрия. В некоторых случаях еще необходимо предпринять дополнительные стадии, прежде чем можно будет осуществить окончательное удаление обезвреженных сточных вод. Это приводит к высоким расходам.

Альтернативные варианты осуществления также описаны в предшествующем уровне техники, в которых реакционный газ Андрусова как таковой вводят в реакцию с раствором гидроксида натрия с получением цианида натрия. Такая регуляция процесса до сих пор была реализована только в нескольких случаях и до сих пор использовалась преимущественно для продажи раствора цианида натрия, который получали в качестве конечного продукта в результате реакции газа, содержащего синильную кислоту, непосредственно с гидроксидом натрия. До сих пор не была реализована регуляция метода, в котором реакционный газ Андрусова вводят в реакцию в газовой фазе с гидроксидом натрия и получают твердый цианид натрия в качестве конечного продукта. Причину, по которой такая регуляция реакции до сих пор была реализована довольно редко в предшествующем уровне техники, можно увидеть прежде всего в трудностях, связанных с загрязнением маточного раствора цианида натрия. Из-за прямой реакции в газовой фазе реакционного газа Андрусова с гидроксидом натрия возникают многочисленные побочные продукты, которые либо осаждаются в качестве примеси во время кристаллизации цианида натрия, либо остаются в качестве примеси в маточном растворе цианида натрия. Эти примеси, которые остаются в маточном растворе цианида натрия, приводят к тому, что рециркуляция маточного раствора цианида натрия возможна только в крайне ограниченной степени, поскольку такая рециркуляция приведет к дальнейшему устойчивому обогащению побочных продуктов. Побочные продукты, формиат натрия и карбонат натрия, которые неуклонно более сильно обогащаются в случае такой рециркуляции, вызывают помехи, в частности. Это потребовало бы непрерывного удаления маточного раствора цианида натрия, что привело бы к низкому выходу процесса, высоким затратам и неприемлемой нагрузке на окружающую среду.

С учетом этого, целью настоящего изобретения является предложение способа получения цианидов щелочных металлов в виде твердых веществ, позволяющего избежать вышеописанных недостатков.

В частности, целью настоящего изобретения является предложение способа получения цианидов щелочных металлов, который позволяет получать цианиды щелочных металлов в виде твердых веществ за наименьшее возможное количество стадий способа и в то же время создает как можно меньше газообразных отходов и сточных вод, в частности, в виде газообразных отходов и сточных вод, содержащих цианиды, которые в ином случае необходимо удалять сложным образом.

Кроме того, целью настоящего изобретения является предложение способа получения цианидов щелочных металлов, который может быть выполнен как можно эффективнее и производит как можно меньше газообразных отходов и сточных вод, в частности, в виде газообразных отходов и сточных вод, содержащих цианиды, и в то же время может быть выполнен независимо от внешних температур, преобладающих в месте расположения производства.

Цели согласно изобретению достигают способом получения цианидов щелочных металлов в виде твердых веществ, который включает следующие стадии:

i) стадию абсорбции в виде абсорбции цианида водорода из реакционного газа, содержащего цианид водорода, в водном растворе гидроксида щелочного металла с получением водного раствора цианида щелочного металла;

ii) стадию обработки содержащих цианиды газообразных отходов, возникающих на стадии i), где:

iia) на первой стадии горения содержащие цианиды газообразные отходы, возникающие на стадии i), подвергаются субстехиометрическому горению (кислородного компонента в камере сгорания меньше чем требуется стехиометрически) при температуре, составляющей приблизительно 1000-1500°C, и при соотношении между существующим кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющем от 0,75 до 1;

iib) на стадии охлаждения реакционную смесь, полученную на стадии iia), охлаждают путем введения водного раствора в количестве, составляющем приблизительно 100-250 л по отношению к 1000 м³ газовой реакционной смеси в точке впрыска, и снижения температуры приблизительно до 800-950°С;

iic) на второй стадии горения реакционную смесь, полученную на стадии iib), подвергают горению путем подачи дополнительного кислорода в сверхстехиометрических условиях (кислородного компонента в камере сгорания больше чем требуется стехиометрически) при температуре, составляющей приблизительно от 700 до не более чем 1000°C, и при соотношении между предоставляемым кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющем от не менее чем 1 до 2,5;

iii) стадию кристаллизации в виде введения раствора цианида щелочного металла в испарительный кристаллизатор, который нагревают путем обогрева, в частности, путем парового обогрева, и в котором обеспечивается давление ниже атмосферного (ниже 1013 мбар (101300 Па));

iv) стадию конденсации содержащих цианиды паров, возникающих на стадии iii), с образованием содержащего цианиды парового конденсата;

v) стадию рециркуляции, во время которой содержащий цианиды паровой конденсат, полученный на стадии iv), используют в качестве водного раствора на стадии iib).

Согласно изобретению в этом случае осуществляется специальное взаимодействие стадии обработки ii) и стадии конденсации iv) содержащих цианиды паров, возникающих на стадии iii).

Содержащие цианиды газообразные отходы всегда возникают во время процесса абсорбции, описанного в стадии i), представляющего абсорбцию цианида водорода из реакционного газа, содержащего цианид водорода, в водном растворе гидроксида щелочного металла. Эти содержащие цианиды газообразные отходы удаляются при сгорании. Для достижения как можно более полного сгорания содержащих цианиды газообразных отходов в этом случае требуется такой тип горения, в котором кислород в результате используется в сверхстехиометрическом отношении. Возникает проблема в связи с тем, что в случае прямого использования кислорода в сверхстехиометрическом отношении возникают относительно большие количества оксидов азота, которые в свою очередь представляют собой существенную проблему газообразных отходов. Поэтому выбирают трехстадийную процедуру. В первой стадии осуществляют субстехиометрическое горение, то есть горение, в течение которого кислородного компонента в камере сгорания, обычно кислород воздуха, меньше чем требуется стехиометрически. Для подавления образования оксидов азота на более поздней стадии сверхстехиометрического горения, далее обеспечивают стадию охлаждения, при которой температура газообразных отходов, образующихся в результате первого горения, уменьшается на несколько сотен градусов Цельсия. Только после этой стадии охлаждения затем выполняется вторая стадия горения охлажденной таким образом реакционной смеси путем подачи дополнительного кислорода, обычно кислорода воздуха, в сверхстехиометрических условиях.

Согласно идее настоящего изобретения стехиометрическое отношение λ должно быть определено так, что λ равное 1 означало именно количество кислорода, которое требуется для полного окисления окисляемых компонентов в газообразных отходах.

Также для обработки содержащих цианиды газов, возникающих на стадии кристаллизации iii), на стадии iv) осуществляют конденсацию содержащих цианиды паров с образованием содержащего цианиды парового конденсата.

Согласно изобретению на стадии v) настоящего изобретения обеспечивается стадия рециркуляции, во время которой содержащий цианиды паровой конденсат, полученный на стадии iv), используют в качестве водного раствора на стадии охлаждения iib).

Благодаря этой процедуре за одну стадию обработки можно обезвреживать как содержащие цианиды газообразные отходы, возникающие на стадии абсорбции i), так и содержащие цианиды газообразные отходы, возникающие на стадии iii).

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления способом согласно изобретению получают цианид щелочного металла, представленный цианидом натрия. В этом случае в качестве раствора гидроксида щелочного металла на стадии i) используют гидроксид натрия (раствор гидроксида натрия).

Еще одно преимущество способа согласно изобретению заключается в том, что на стадии i) реакционный газ, содержащий цианид водорода, может быть использован в виде неочищенной газовой смеси непосредственно из процесса Андрусова. Посредством регуляции метода согласно изобретению возможно вводить содержащую HCN газовую смесь, образованную в процессе Андрусова, непосредственно в реакцию с раствором гидроксида щелочного металла без какой-либо промежуточной стадии очистки.

В этом случае параметры стадии обработки (ii) предпочтительно выбирают так, что начальное горение на стадии iia) проводят при температуре, составляющей приблизительно 1000-1500°C, в частности, приблизительно 1200-1400°C, и с соотношением между существующим кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющим приблизительно от 0,75 до 1, в частности приблизительно 0,8-0,9.

Установив эти параметры, достигают очень эффективного сгорания цианида водорода в газообразных отходах при одновременном существенном подавлении образования оксидов азота.

В этом контексте также важны параметры стадии охлаждения iib), которые преимущественно выполняют так, чтобы количество водного раствора, составляющее приблизительно 100-250 л, в частности, приблизительно 150-200 л, использовалось по отношению к 1000 м³ газообразной реакционной смеси в точке впрыска, причем температуру снижали приблизительно до 800-950°С.

Это снижение температуры реакционной смеси в результате первой стадии горения перед второй стадией сверхстехиометрического горения в значительной степени способствует подавлению образования оксидов азота.

Особенно хороших результатов достигают, если стадию горения ii) проводят так, чтобы второе горение на стадии iic) проводили при температуре, составляющей приблизительно от 700 до не более чем 1000°C, в частности, приблизительно 800-900°C, и при соотношении между предоставляемым кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющем от не менее чем 1 до 2,5, в частности, приблизительно 1,2-2.

Из-за высокого стехиометрического избытка кислорода на второй стадии горения происходит почти полное сгорание цианида водорода, присутствующего в газообразных отходах.

Предпочтительная установка параметров согласно изобретению на стадии кристаллизации iii) также имеет особое значение.

По существу, в этом случае из-за повышения температуры на стадии кристаллизации в испарительном кристаллизаторе повышается образование побочных продуктов, в частности, в виде формиатов щелочных металлов. Таким образом, в этом аспекте процесс должен быть как можно более холодным. Однако здесь существует проблема, заключающаяся в том, что при низких температурах образуются очень маленькие кристаллы цианида щелочного металла, которые с большой трудностью возможно разделить только на более поздней стадии разделения. Благодаря взаимодействию согласно изобретению нагревания на стадии кристаллизации путем парового обогрева так, чтобы на контактной поверхности нагревательного элемента с раствором цианида щелочного металла обеспечивалась температура, составляющая приблизительно 60-100°С, предпочтительно приблизительно 70-90°C с генерацией вакуума на стадии кристаллизации так, чтобы обеспечивалось давление, составляющее приблизительно 30-100 мбар (3000-10000 Па), предпочтительно приблизительно 60-65 мбар (6000-6500 Па), возможно подавление в достаточной степени образования побочных продуктов, в частности, в виде формиатов, и одновременное достижение хороших размеров кристаллов.

В этом случае нагревание кристаллизационного раствора на стадии iii) обычно проводят с помощью теплообменника с пакетом труб, который нагревается на стороне рубашки с использованием пара. В этом случае предпочтительно использовать вакуумный пар так, чтобы достичь температур, составляющих приблизительно 70-100°С, обычно приблизительно 70-90°С. Образование побочных продуктов, в частности, в виде формиатов, может существенно подавляться посредством этих низких температур.

Благодаря взаимодействию этих параметров метода в отношении нагревания с генерацией вакуума, при котором обеспечивается давление, составляющее приблизительно 30-100 мбар (3000-10000 Па), предпочтительно приблизительно 60-65 мбар (6000-6500 Па), с одной стороны, достигают достаточных размеров кристаллов. Целевыми являются кристаллы размером приблизительно 100-120 мкм. Таким образом, возможно почти полное отделение цианидов щелочных металлов, выкристаллизованных из кристаллизационного раствора.

В то же время образование побочных продуктов в виде формиатов может существенно подавляться этой процедурой.

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления стадии разделения iii) испарительный кристаллизатор работает так, что обеспечивается давление, составляющее приблизительно 50 мбар (5000 Па), поэтому для конденсации отработанных паров необходима температура, составляющая приблизительно 33°C. В этих условиях конденсация отработанных паров с помощью охлаждающей воды обычно достижима при внешних температурах, обычно присутствующих в зонах умеренного климата. Однако могут возникать проблемы, если по меньшей мере в отдельные дни имеет место внешняя температура выше 28°C. Летом в зонах умеренного климата это также возможно в течение более длительного периода времени. Конечно, проблема усугубляется в случае расположения предприятий в зонах субтропического или тропического климата.

Для решения этой проблемы предлагается способ согласно изобретению получения цианидов щелочных металлов в виде твердых веществ, который включает по меньшей мере следующие стадии: i) стадию абсорбции в виде абсорбции цианида водорода из реакционного газа, содержащего цианид водорода, в водном растворе гидроксида щелочного металла с получением водного раствора цианида щелочного металла;

iii) стадию кристаллизации в виде введения раствора цианида щелочного металла в испарительный кристаллизатор, который нагревают путем обогрева, в частности, путем парового обогрева, и в котором обеспечивается давление ниже атмосферного (ниже 1013 мбар (101300 Па));

iv) стадию конденсации содержащих цианиды паров, возникающих на стадии iii) с образованием содержащего цианиды парового конденсата; в котором стадию конденсации iv) выполняют с использованием многоступенчатого пароструйного компрессора, который забирает отработанные пары из кристаллизатора.

Благодаря использованию пароструйного компрессора, который забирает отработанные пары из кристаллизатора, стадию конденсации можно сделать независимой от внешней температуры.

Особенно предпочтительно объединить эту процедуру с использованием пароструйного компрессора для конденсации содержащих цианиды паров, возникающих на стадии iii), с описанной выше процедурой объединения стадии обработки ii) и стадии рециркуляции v).

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления способ согласно изобретению, таким образом, осуществляют так, что он включает в себя следующие стадии:

i) стадию абсорбции в виде абсорбции цианида водорода из реакционного газа, содержащего цианид водорода, в водном растворе гидроксида щелочного металла с получением водного раствора цианида щелочного металла;

ii) стадию обработки содержащих цианиды газообразных отходов, возникающих на стадии i), где:

iia) на первой стадии горения содержащие цианид газообразные отходы, возникающие на стадии i), подвергаются субстехиометрическому горению (кислородного компонента в камере сгорания меньше, чем требуется стехиометрически);

iib) на стадии охлаждения реакционную смесь, полученную на стадии iia), охлаждают путем введения водного раствора;

iic) на второй стадии горения реакционную смесь, полученную на стадии iib), подвергают горению путем подачи дополнительного кислорода в сверхстехиометрических условиях (кислородного компонента в камере сгорания больше чем требуется стехиометрически);

iii) стадию кристаллизации в виде введения раствора цианида щелочного металла в испарительный кристаллизатор, который нагревают путем обогрева, в частности, путем парового обогрева, и в котором обеспечивается давление ниже атмосферного (ниже 1013 мбар (101300 Па));

iv) стадию конденсации содержащих цианиды паров, возникающих на стадии iii), с образованием содержащего цианиды парового конденсата, причем стадию конденсации iv) проводят с использованием многоступенчатого пароструйного компрессора, который забирает отработанные пары из кристаллизатора;

v) стадию рециркуляции, во время которой содержащий цианиды паровой конденсат, полученный на стадии iv), используют в качестве водного раствора на стадии iib).

Здесь возникает синергическое взаимодействие регуляции способа, поскольку благодаря использованию пароструйного компрессора на стадии iv), содержащий цианиды паровой конденсат со стадии кристаллизации iii), может быть удален особенно эффективно и независимо от внешней температуры и может подвергаться горению на стадии ii) одновременно с газообразными отходами, содержащими цианид водорода, возникающими на стадии i), где паровой конденсат, полученный на стадии iv), одновременно используют в качестве водного раствора на стадии охлаждения iib).

Особенно хороших результатов достигают, если пароструйный компрессор используют таким образом, что степень сжатия на всех стадиях составляет приблизительно от 1:33 до 1:10, в частности, приблизительно от 1:16 до 1:15, особенно предпочтительно приблизительно 1:15,5.

Способ особенно предпочтительно проводить так, чтобы стадии ii) и iv) представляли собой замкнутую систему по отношению к содержащему цианиды паровому конденсату, полученному на стадии iv), в процессе которой отсутствовал бы содержащий цианиды паровой конденсат, который должен быть удален.

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления способ согласно изобретению также включает по меньшей мере одну из следующих стадий:

iiib) стадию разделения в виде отделения образовавшихся кристаллов цианида щелочного металла от маточного раствора, в частности, путем центрифугирования;

iiic) стадию рециркуляции в виде рециркуляции приблизительно X об. % маточного раствора, отделенного на стадии iiib), на стадию i) абсорбции и в виде рециркуляции приблизительно (100-X) об. % маточного раствора, отделенного на стадии iiib), на стадию iii) кристаллизации;

iiid) стадию сушки в виде сушки кристаллов цианида щелочного металла, отделенных на стадии iiib);

iiie) стадию измельчения в виде измельчения потока кристаллов цианида щелочного металла, полученных на стадии iiid).

В этом случае стадию разделения iiib) используют для отделения кристаллов цианида щелочного металла, полученных на стадии кристаллизации, от маточного раствора. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления это разделение осуществляют с помощью одной или более центрифуг, в частности в виде скоростных центрифуг.

Стадия рециркуляции iiic) дает возможность полной рециркуляции маточного раствора, содержащего цианид щелочного металла, который отделяют на стадии разделения iiib), в процесс. В этом случае одна часть Х об. % маточного раствора, отделенного на стадии iiib), рециркулирует на стадию абсорбции, а другая часть (100-X) об. % отделенного маточного раствора рециркулирует на стадию кристаллизации.

Таким образом, в целом, в соответствии с этим вариантом осуществления происходит полная рециркуляция маточного раствора, отделенного на стадии разделения iiib), где компонент X об. % рециркулирует на стадию абсорбции i), а оставшийся компонент (100-X) об. % рециркулирует на стадию кристаллизации iii). Неожиданно было показано, что благодаря этому способу разделения рециркуляции маточного раствора, полученного на стадии iiib), в синергическом взаимодействии с дополнительными особенностями способа согласно изобретению может быть достигнута полностью замкнутая система, в которой отсутствует маточный раствор, содержащий цианид щелочного металла, который должен быть удален.

В этом случае установление параметров в соответствии с изобретением на стадии кристаллизации iii) имеет особое значение.

По существу, в этом случае из-за повышения температуры на стадии кристаллизации в испарительном кристаллизаторе стимулируется образование побочных продуктов, в частности, в виде формиатов щелочных металлов. Таким образом, в этом аспекте процесс должен быть как можно более холодным. Однако здесь существует проблема, заключающаяся в том, что при низких температурах образуются очень мелкие кристаллы цианида щелочного металла, которые с большой трудностью отделяются только на стадии разделения iiib). Благодаря взаимодействию согласно изобретению нагревания на стадии кристаллизации путем парового обогрева так, чтобы на поверхности контакта нагревательного элемента с раствором цианида щелочного металла обеспечивалась температура, составляющая приблизительно 60-100°С, предпочтительно приблизительно 70-90°С, с генерацией вакуума на стадии кристаллизации так, чтобы обеспечивалось давление, составляющее приблизительно 30-100 мбар (3000-10000 Па), предпочтительно приблизительно 60-65 мбар (6000-6500 Па), возможно достаточное подавление образования побочных продуктов, в частности формиатов, и одновременное достижение хороших размеров кристаллов.

В этом случае нагревание кристаллизационного раствора на стадии iii) обычно проводят с помощью теплообменника с пакетом труб, который нагревается на стороне рубашки с использованием пара. В этом случае предпочтительно использовать вакуумный пар так, чтобы достигать температур, составляющих приблизительно 70-100°С, обычно приблизительно 70-90°С. Образование побочных продуктов, в частности формиатов, может существенно подавляться этими низкими температурами.

Благодаря взаимодействию этих параметров способа в отношении нагревания с генерацией вакуума, в котором обеспечивается давление, составляющее приблизительно 30-100 мбар (3000-10000 Па), предпочтительно приблизительно 60-65 мбар (6000-6500 Па), с одной стороны, достигают достаточных размеров кристаллов. Целевыми являются кристаллы размером приблизительно 100-120 мкм. Таким образом, возможно почти полное отделение цианидов щелочных металлов, выкристаллизованных из кристаллизационного раствора.

В то же время в достаточной степени может подавляться образование побочных продуктов в виде формиатов, таким образом, с помощью взаимодействия процедур согласно изобретению частичной рециркуляции маточного раствора, отделенного на стадии iiib), на стадию абсорбции i) и рециркуляции оставшейся части маточного раствора на стадию кристаллизации iii) впервые оказалось возможным создание замкнутой системы раствора цианида щелочного металла. Таким образом, способ согласно изобретению позволяет в соответствии с этим аспектом получать цианиды щелочных металлов в виде твердых веществ в хорошем качестве с незначительным содержанием примесей, где одновременно отсутствуют сточные воды, содержащие цианиды щелочных металлов, которые было бы необходимо удалять дорогостоящим и экологически вредным способом.

Стадию сушки iiid) используют для сушки кристаллов цианида щелочного металла, отделенных на стадии iiib). В этом случае можно использовать различные методы сушки.

Стадию измельчения iiie) используют для измельчения уплотнений потока кристаллов цианида щелочного металла. Такое измельчение уплотнений является предпочтительным, поскольку оно значительно облегчает последующее брикетирование продукта.

В одном предпочтительном варианте осуществления способ согласно изобретению осуществляют так, что после стадии iii) проводят дополнительную стадию iiib) в виде стадии разделения, которая представляет собой отделение образовавшихся кристаллов цианида щелочного металла от маточного раствора путем центрифугирования, в частности, с помощью скоростных центрифуг периодического действия.

Особенно предпочтительно этот способ осуществляют так, что после стадии разделения iiib) проводят дополнительную стадию iiic) в виде стадии рециркуляции, которая представляет собой рециркуляцию приблизительно X об. % маточного раствора, отделенного на стадии iiib), на стадию абсорбции i), и рециркуляцию приблизительно (100-Х) об. % маточного раствора, отделенного на стадии iiib), на стадию кристаллизации iii).

Также благодаря этой стадии частичной рециркуляции маточного раствора цианида щелочного металла, согласно изобретению, в процесс абсорбции и одновременной частичной рециркуляции остальной части маточного раствора, отделенного на стадии разделения iii), в процесс кристаллизации, достигают образования замкнутой системы по отношению к отделенному маточному раствору.

Таким образом, в целом осуществляют полную рециркуляцию маточного раствора, отделенного на стадии разделения iiib), где часть X об. % рециркулирует на стадию абсорбции i), а остальная часть (100-X) об. % рециркулирует на стадию кристаллизации iii). Неожиданно было показано, что благодаря такой разделенной рециркуляции маточного раствора, полученного на стадии iiib), в синергическом взаимодействии с дополнительными особенностями способа согласно изобретению можно достичь образования полностью замкнутой системы, в которой отсутствует маточный раствор, содержащий цианид щелочного металла, который должен быть удален.

В этом случае особое значение имеет предпочтительное взаимодействие, в соответствии с изобретением, проведения стадии кристаллизации iii) с использованием специальных параметров в отношении температуры парового обогрева и давления, предусмотренных в испарительном кристаллизаторе, с процедурой частичной рециркуляции маточного раствора, согласно изобретению, отделенного на стадии iiib), в процесс абсорбции (стадия i)) и рециркуляции остальной части маточного раствора в процесс кристаллизации (стадия iii)). Впервые с помощью этой процедуры стало возможным получить замкнутую систему раствора цианида щелочного металла. Таким образом, способ согласно изобретению позволяет получать цианид щелочного металла в виде твердого вещества хорошего качества, содержащего только незначительное количество примесей, где, в то же время, отсутствуют сточные воды, содержащие цианиды щелочного металла, которые было бы необходимо удалять с помощью дорогостоящего и экологически вредного способа.

В то же время предпочтительное взаимодействие в соответствии с изобретением стадии обработки ii) со стадией получения содержащего цианиды парового конденсата iv), в частности, при взаимодействии с использованием многоступенчатого пароструйного компрессора, обеспечивает замкнутую систему в отношении содержащих цианиды газообразных отходов.

Чтобы обеспечить регуляцию способа, которая делает доступным цианид щелочного металла в виде твердого вещества с как можно более высоким выходом и как можно более высокой чистотой, на стадии i) гидроксид щелочного металла предпочтительно непрерывно измерять и регулировать так, чтобы всегда обеспечивать оптимальную концентрацию гидроксида щелочного металла. Благодаря этому непрерывному измерению и регуляции всегда можно поддерживать содержание свободного гидроксида щелочного металла в растворе в целевом диапазоне, составляющем приблизительно 2-10 масс.%.

В одном предпочтительном варианте осуществления стадию сушки iiid) кристаллов цианида щелочного металла, отделенных на стадии iiib), выполняют таким образом, что сушку проводят в контактной сушилке с принудительной циркуляцией при температуре нагревательной среды, составляющей приблизительно 180-400°С, предпочтительно приблизительно 185-250°С.

Особенно хороших результатов достигают в том случае, если кристаллы цианида щелочного металла, отделенные на стадии iiib), проходят через предшествующую установку предварительного подогрева перед стадией сушки iiid), и в этом случае достигают одновременного выравнивания периодического потока продукта между скоростными центрифугами и контактной сушилкой.

В этом случае взаимодействие сушилки и установки предварительного подогрева предпочтительно спроектировано таким образом, что сушилку и установку предварительного подогрева продувают с помощью предварительно нагретого воздушного потока так, чтобы задавать направление воздуха снаружи вовнутрь и от сухого к влажному.

Еще одним особым преимуществом способа согласно изобретению является то, что на стадии i) может быть использован содержащий цианид водорода реакционный газ, для получения которого можно использовать природный газ, имеющий содержание метана не более чем приблизительно 98 масс.%, без специальной предварительной очистки для процесса Андрусова. Использованный таким образом продукт реакции процесса Андрусова, полученный из природного газа с содержанием метана не более чем приблизительно 98 масс.%, может быть использован непосредственно для абсорбции на стадии i) без промежуточных стадий очистки.

В одном предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению за стадией iiid) следует дополнительная стадия iiie) в виде стадии измельчения, где для измельчения уплотнений потока кристаллов цианида щелочного металла со стадии iiid) выполняется установление максимального размера, составляющего приблизительно 10 мм, для оптимизации последующего брикетирования.

Настоящее изобретение также относится к цианиду щелочного металла, в частности к цианиду натрия, который получают в соответствии со способом согласно изобретению.

Способ согласно изобретению имеет многочисленные преимущества по сравнению с известными ранее способами получения цианидов щелочных металлов. С одной стороны, благодаря синергическому взаимодействию параметров способа возможно достижение образования замкнутой системы по отношению к содержащим цианиды парам, возникающим в способе. Это выполняется особенно эффективно, так как содержащие цианид пары, возникающие во время кристаллизации, могут быть удалены вместе с содержащими цианиды газообразными отходами, возникающими в процессе абсорбции, и могут использоваться одновременно в качестве охлаждающей жидкости. Также можно достичь образования замкнутой системы в отношении содержащего цианид маточного раствора, возникающего при кристаллизации, посредством регуляции способа согласно изобретению. В то же время с помощью способа согласно изобретению можно вводить реакционный газ, содержащий цианид водорода, непосредственно в реакцию с раствором гидроксида щелочного металла без какой-либо стадии конденсации и очистки. Это приводит к получению значительно более простой регуляции способа и к экономии затрат.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения цианидов щелочных металлов в виде твердых веществ включает абсорбцию цианида водорода из реакционного газа, содержащего цианид водорода, в водном растворе гидроксида щелочного металла с получением водного раствора цианида щелочного металла. Далее проводят первую стадию горения, на которой содержащие цианиды газообразные отходы подвергают субстехиометрическому горению при температуре 1000-1500°С и соотношении между существующим кислородом и стехиометрически необходимым кислородом, составляющем от 0,75 до 1. Полученную реакционную смесь охлаждают до 800-950°С путем введения водного раствора. Полученную в результате охлаждения реакционную смесь подвергают второй стадии горения путем подачи дополнительного кислорода в сверхстехиометрических условиях при температуре от 700 до не более чем 1000°С и соотношении между предоставляемым кислородом и стехиометрически необходимым кислородом, составляющем от не менее чем 1 до 2,5. Затем проводят кристаллизацию путем введения раствора цианида щелочного металла в испарительный кристаллизатор, который нагревают при обеспечении давления ниже атмосферного, и конденсацию содержащих цианиды паров с образованием содержащего цианиды парового конденсата. После этого осуществляют рециркуляцию содержащего цианиды парового конденсата в качестве водного раствора на стадию охлаждения реакционной смеси. Изобретение позволяет повысить экологичность получения цианидов щелочных металлов за счет уменьшения образования газообразных отходов и сточных вод. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ получения цианидов щелочных металлов в виде твердых веществ, включающий следующие стадии:

i) стадию абсорбции в виде абсорбции цианида водорода из реакционного газа, содержащего цианид водорода, в водном растворе гидроксида щелочного металла с получением водного раствора цианида щелочного металла;

ii) стадию обработки содержащих цианиды газообразных отходов, возникающих на стадии i), где:

iia) на первой стадии горения содержащие цианиды газообразные отходы, возникающие на стадии i), подвергаются субстехиометрическому горению (кислородного компонента в камере сгорания меньше, чем требуется стехиометрически) при температуре, составляющей приблизительно 1000-1500°С, и при соотношении между существующим кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющем от 0,75 до 1;

iib) на стадии охлаждения реакционную смесь, полученную на стадии iia), охлаждают путем введения водного раствора в количестве, составляющем приблизительно 100-250 л по отношению к 1000 м³ газовой реакционной смеси в точке впрыска и снижения температуры приблизительно до 800-950°С;

iic) на второй стадии горения реакционную смесь, полученную на стадии iib), подвергают горению путем подачи дополнительного кислорода в сверхстехиометрических условиях (кислородного компонента в камере сгорания больше, чем требуется стехиометрически) при температуре, составляющей приблизительно от 700 до не более чем 1000°С, и при соотношении между предоставляемым кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющем от не менее чем 1 до 2,5;

iii) стадию кристаллизации в виде введения раствора цианида щелочного металла в испарительный кристаллизатор, который нагревают путем обогрева, в частности, путем парового обогрева, и в котором обеспечивается давление ниже атмосферного (ниже 1013 мбар (101300 Па));

iv) стадию конденсации содержащих цианиды паров, возникающих на стадии iii), с образованием содержащего цианиды парового конденсата;

v) стадию рециркуляции, во время которой содержащий цианиды паровой конденсат, полученный на стадии iv), используют в качестве водного раствора на стадии iib).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве цианида щелочного металла образуется цианид натрия.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве реакционного газа, содержащего цианид водорода, используют неочищенную газовую смесь из процесса Андрусова.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что исходное горение на стадии iia) проводят при температуре, составляющей приблизительно 1200-1400°С и при соотношении между существующим кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющем приблизительно 0,8-0,9.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что на стадии охлаждения iib) используют водный раствор в количестве, составляющем приблизительно 150-200 л по отношению к 1000 м³ газовой реакционной смеси в точке впрыска.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что второе горение на стадии iic) проводят при температуре, составляющей приблизительно 800-900°С, и при соотношении между предоставляемым кислородом и стехиометрически необходимым кислородом (λ), составляющем приблизительно 1,2-2.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что стадию кристаллизации iii) проводят так, чтобы испарительный кристаллизатор нагревался с помощью парового обогрева так, чтобы на поверхности контакта нагревательного элемента с раствором цианида щелочного металла обеспечивалась температура, составляющая приблизительно 60-100°С, предпочтительно приблизительно 70-90°С, и обеспечивалось давление, составляющее приблизительно 30-100 мбар (3000-10000 Па), предпочтительно 60-65 мбар (6000-6500 Па).