СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТВОРОВ ГАЗООЧИСТКИ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2023 года по МПК C01D5/00 C01F7/54 C01F7/02 

Предлагаемое изобретение относится к области производства алюминия и может быть использовано при регенерации фтора, содержащегося в отходящих газах алюминиевых электролизеров. Целью изобретения является получение сульфата натрия товарного качества и криолита действием на раствор газоочистки сульфатом алюминия.

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано при регенерации фтора, содержащегося в отходящих газах алюминиевых электролизеров, с получением криолита и сульфата натрия товарного качества.

В настоящее время в процессе электролиза алюминия с отходящими фторсодержащими газами выделяется 100-300 мг/дм³ сернистого газа, который улавливается содовым раствором в системе мокрой газоочистки, окисляется до сульфатной формы и накапливается в растворах газоочистки.

Вследствие накопления сульфата натрия в растворах, во-первых, происходит потеря фтористого натрия в аппаратах мокрой газоочистки, который выпадает в виде двойной соли NaF·Na₂SO₄ и удаляется со шламом, во-вторых, происходит потеря соды и фтора при сбрасывании маточных растворов на шламовые поля.

Известен способ получения сульфата натрия из растворов, содержащих растворенные сульфат и карбонат натрия, путем охлаждения их до температуры от 0ºС - 20ºС (Патент США, N 3508884, кл. 23-З02, 1970).

Недостатком данного способа является получение смеси двух солей, что ведет к потерям карбоната натрия, и невозможность использования получаемого осадка.

Известен способ выделения сульфата натрия из растворов газоочистки электролитического производства алюминия (Патент RU 2243938).

Способ выделения сульфата натрия из растворов электролитического производства алюминия включает насыщение раствора газоочистки сульфатом натрия, охлаждение полученного раствора охлаждающим агентом и отделение образовавшегося осадка. Охлаждение сульфатсодержащих растворов до t=8-12°C осуществляют в охлаждающих устройствах через стенку, а охлаждение до t=0--2°C осуществляют путем прямого контакта с охлаждающим агентом.

Недостатком данного способа является применение охлаждающих устройств, затраты на оборудование, а также трудо- и энергозатраты.

Наиболее близким по технической сущности (Патент №2254293) является способ переработки содосульфатного раствора, получаемого после газоочистки отходящих газов электролизных корпусов при производстве алюминия, включает очистку газа от серных окислов и фтористых соединений путем их орошения содосульфатным раствором в мокрых скрубберах, выделение из раствора после газоочистки основного количества фтористого натрия в виде криолита. Содосульфатный раствор, очищенный от криолита, дополнительно очищают от фтористого натрия путем его обработки при 95-105°С в течение 1,5-2,0 часов известковым молоком, вводимым в содосульфатный раствор из расчета стехиометрического связывания фтора, содержащегося в растворе, в CaF₂. Очищенный от фтора содосульфатный раствор далее подвергают концентрирующей выпарке до достижения плотности упаренного раствора 1,37±0,02 г/л и выделяют из него в осадок сульфат натрия в виде беркеитовой соли путем введения в упаренный раствор карбонатной соды до достижения концентрации титруемой щелочи в маточном растворе 215-230 г/л Na2 O(т) и плотности раствора в суспензии до 1,35±0,02 г/л при перемешивании суспензии при температуре 95-100°С в течение 30-40 минут. Изобретение позволяет обеспечить более полное

извлечение сульфата натрия из упаренного содосульфатного раствора в виде беркеитовой соли, очищенной от фтористого натрия.

К недостаткам этого способа относится использование электроэнергии на нагревание, неполное извлечение сульфата натрия и невозможность использования фтористого кальция.

Целью предлагаемого изобретения является получение сульфата натрия товарного качества и криолита.

Способ комплексной переработки раствора газоочистки алюминиевого производства, содержащего NaF, Na₂CO₃, NaHCO₃ и Na₂SO₄, отличающийся тем, что добавляют водный раствор Al₂(SO₄)₃ и производят перемешивание полученного раствора, в который добавляют флокулянт, производят отстаивание и сгущение раствора, сгущенный раствор фильтруют под вакуумом и разделяют на кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия и осветленный раствор Na₂SO₄, при этом осветленный раствор Na₂SO₄ выпаривают и сушат до получения кристаллов Na₂SO₄, а кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия сушат при температуре 500-700°С.

Кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия подают в барабанную сушильную печь, в которой при температуре 500-700°С получают γ-модификацию Al₂O₃ и удаляют кристаллизационную влагу до 1 мас.%.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выделения сульфата натрия из растворов газоочистки электролитического производства алюминия, состоящих из сульфатов, бикарбонатов, карбонатов и фторидов натрия, применяется в качестве осадителя, сульфат алюминия.

К содосульфатному раствору, получаемому после выделения из раствора после газоочистки основного количества фтористого натрия в виде криолита, добавляется сульфат алюминия, согласно стехиометрии приведенных ниже реакций (согласно данных анализа раствора газоочистки) (реакции 1- 3).

Сульфат алюминия связывает в нерастворимые соединения, фторид натрия, карбонат и бикарбонат натрия.

Al(OH)₃ при взаимодействии с фторидом натрия образует криолит и гидроокись натрия, которая взаимодействуя с углекислым газом вновь образует карбонат натрия, который можно использовать.

При проведении опытов происходит вспенивание, после отстаивания получается молочная взвесь, для осаждения которой применяли флокулянт. Взвесь отстаивали сутки. Осадок получился рыхлый. Отделяли раствор от осадка декантацией. Раствор выпаривали. Сухой остаток после выпаривания состоял из 100% Na₂SO₄, (разных модификаций). Осадок после декантации состоит из криолита и гидроокиси алюминия, которая при температуре выше

600ºС разлагается на глинозем и воду. Криолит и глинозем снова возвращаются в производство.

Пример1.

Раствор газоочистки алюминиевого производства был со следующими концентрациями растворенных компонентов: 7,5 кг/м³ NaF, 120,0 кг/м³ Na₂SO₄, 10,0 кг/м³ Na₂CO₃, 25,0 кг/м³ NaHCO₃.

Раствор сульфата алюминия был взят с концентрацией 37,89 кг/м³.

1 дм³ раствора газоочистки алюминиевого производства смешивался с 1 дм³ раствора сульфата алюминия при температуре 25-35 ºС. В полученную смесь растворов был добавлен раствор флокулянта «Магнофлок» из расчета 50 г на кубометр смеси растворов. Производилось отстаивание и сгущение. Сгущенный раствор фильтровался под вакуумом и разделялся на кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия и осветленный раствор Na₂SO₄. Кек криолита и гидроокиси алюминия сушился в печи при температуре 500-700ºС. Осветленный раствор Na₂SO₄ выпаривался до получения кристаллов Na₂SO₄.

В результате было получено: 167,22 г Na₂SO₄ и 17,63 г Na₃AlF₆ + Al₂O₃. Была получена некоторая невязка 15,54 г, обусловленная выделением углекислого газа при взаимодействии компонентов.

Пример2.

При таких же концентрациях компонентов в растворах и объемах смешивания, что и в предыдущем примере, использовался флокулянт. «Alklar». В результате было получено: 168, 53 г Na₂SO₄ и 17,3 г Na₃AlF₆ + Al₂O₃.

Предварительная технико-экономическая оценка получения продукта, соответствующего ГОСТ 6318-77 показывает, что прибыль на каждую тонну продукции (сульфата натрия) составит:

- от реализации сульфата натрия 2,526 тыс. руб.

- от реализации криолита 1,5 тыс. руб.

- от реализации глинозема 0,52 тыс. руб.

Всего: 2,526 + 1,5 + 0,52 = 4,546 тыс. руб.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для производства товарных продуктов из отходов алюминиевого производства. В способе комплексной переработки раствора газоочистки алюминиевого производства, содержащего NaF, Na₂CO₃, NaHCO₃ и Na₂SO₄, добавляют водный раствор Al₂(SO₄)₃ и производят перемешивание полученного раствора, в который добавляют флокулянт, производят отстаивание и сгущение раствора, сгущенный раствор фильтруют под вакуумом и разделяют на кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия и осветленный раствор Na₂SO₄. Осветленный раствор Na₂SO₄ выпаривают и сушат до получения кристаллов Na₂SO₄, а кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия сушат при температуре 500-700°С. Кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия подают в барабанную сушильную печь, в которой при температуре 500-700°С получают γ-модификацию Al₂O₃ и удаляют кристаллизационную влагу до 1 мас.%. Обеспечивается получение сульфата натрия товарного качества и криолита действием на раствор газоочистки сульфатом алюминия. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ комплексной переработки раствора газоочистки алюминиевого производства, содержащего NaF, Na₂CO₃, NaHCO₃ и Na₂SO₄, отличающийся тем, что добавляют водный раствор Al₂(SO₄)₃ и производят перемешивание полученного раствора, в который добавляют флокулянт, производят отстаивание и сгущение раствора, сгущенный раствор фильтруют под вакуумом и разделяют на кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия и осветленный раствор Na₂SO₄, при этом осветленный раствор Na₂SO₄ выпаривают и сушат до получения кристаллов Na₂SO₄, а кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия сушат при температуре 500-700°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кек концентрата криолита и гидроокиси алюминия подают в барабанную сушильную печь, в которой при температуре 500-700°С получают γ-модификацию Al₂O₃ и удаляют кристаллизационную влагу до 1 мас.%.