Способ переработки жидких кислых отходов производства редких металлов Советский патент 1992 года по МПК C01B7/19 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения фтористоводородной кислоты при утилизации фтора и серной кислоты жидких кислых отходов в производстве редких металлов.

Известен способ переработки жидких кислых отходов производства редких металлов, содержащих серную кислоту, фтористоводородную кислоту и фториды металлов, по которому, с целью обеспечения высокой степени извлечения фтористого водорода и фтора фторидов металлов, отходы предварительно смешивают с серной кислотой в объемном соотношении 1: (3-6) соответственно и плавиковым шпатом, реакционную смесь нагревают до 200-250°С и выдерживают при этой температуре до полного выделения фтористого водорода в барабанной вращающейся печи, причем смешение и нагрев осуществляют в переменном электрическом поле при пропускании электрического тока плотностью 0,2-1,5 А/см и скважностью 1-6. выделившийся фтористый водород подвергают очистке и абсорбции водой или раствором фтористоводородной кислоты, а твердый остаток, содержащий гипс, серную кислоту, неразложившийся фторид кальция, примеси редких металлов, подают на нейтрализаVJ

СО

хд

hO GO

цию. Способ обеспечивает степень извлечения фтора до 98-99,1 % и серной кислоты до 92-95%. Недостатками способа является загрязнение отвального гипса радиоактивными редкими металлами, что затрудняет его дальнейшее использование с экологической точки зрения в качестве строительных материалов, а также высокий абразивный износ барабана печи по длине 1 м от загрузочной головки.

Целью изобретения является устранение загрязнения отвального гипса редкими металлами и снижение абразивного износа барабана печи.

Сущность изобретения состоит в том, что жидкие кислые отходы производства редких металлов, содержащие до 50% серной кислоты, до 5 - 10% фтористоводородной кислоты и до 15% фторидов железа, марганца, ниобия, тантала, тория и других примесей, подвергают обработке и нагреву до 120-130°С в переменном электрическом поле, создаваемом пропусканием переменного электрического тока плотностью 0,1- 10 А/см2 непосредственно через жидкие кислые отходы с помощью электродов в электродном испарителе или ректификационной колонне с электродным кубом-испарителем. При этом происходит отгонка воды и свободной фтористоводородной кислоты, концентрирование и взаимодействие серной кислоты отходов с фторидами металлов- примесей с выделением фтористого водорода. Полученную кубовую жидкость, содержащую в основном серную кислоту, после отделения твердой фазы направляют без охлаждения на смешение с дозированным количеством серной кислоты или олеума и плавикового шпата, например в барабанную вращающуюся печь, где реакционная смесь прогревается до 200-250°С, выдерживается до полного выделения фтористого водорода. Выделившийся фтористый водород после очистки реакционного газа сорбируется водой и раствором фтористоводородной кислоты, а отвальный гипс после нейтрализации избыточной серной кислоты карбонатом кальция может быть использован в качестве строительного материала.

Раствор фтористоводородной кислоты и нейтрализованный гипс представляют собой товарные продукты.

Существенным в предлагаемом способе переработки жидких кислых отходов производства редких металлов является предварительная их обработка и отгонка фтористого водорода из отходов при 120- 130°С в переменном фазоимпульсном электрическом поле, создаваемом пропусканием электрического тока плотностью 0,1-10 А/см2 непосредственно через жидкие кислые отходы с помощью электродов, отделение твердой фазы примесей редких

металлов, подача жидкого остатка без охлаждения на смешение реагентов. При плотности тока ниже 0,1 А/см процесс малоинтенсивен, требует громоздких электродов, а при более 10 А/см возможен

0 электроискровой пробой в обрабатываемом растворе, термическое разложение растворенных веществ и загрязнение реакционного газа продуктами электротермолиза. В результате осуществления способа достига5 ется снижение энергозатрат на выделение фтористого водорода из отходов на 20-30%, уменьшение абразивного износа барабана печи по длине 1 м от загрузочной головки в 1,3-1,5 раза, устранение загрязнения от0 вального гипса радиоактивными редкими металлами при получении фтористоводородной кислоты с высоким выходом по фтору и утилизацией серной кислоты на 95-100%, фтористоводородной кислоты на

5 100% и фгора фторидов металлов на 96- 97% из жидких кислых отходов.

П р и м е р 1. Определение температурного режима обработки,

В лабораторных условиях проводят ис0 следование влияния температуры обработки жидких кислых отходов на выход фтористоводородной кислоты и степень сернокислотного разложения фторидов металлов из отходов. Исследования проводят5 ся в электродном испарителе с электродами из силицированного графита. Навеска отходов загружается в испаритель, через отходы пропускается электрический ток оптимальной для данной концентрации отходов плот0 ностью 1,9-2,5 А/см2, производится нагрев до определенной температуры. Паровая фаза конденсируется, а кубовый остаток анализируется на содержание серной кислоты, фтористого водорода и фторида-иона.

5 По результатам измерения и данных анализа рассчитываются выход фтористого водорода, степень сернокислотного разложения фторидов металлов и степень реагирования серной кислоты.

0 Полученные данные приведены в таблице.

Как следует из полученных данных, свободный фтористый водород полностью удаляется из отходов при 115°С, асернокист

5 лотное разложение фторидов практически заканчивается при 120-130°С.

Полученная в результате обработки суспензия хорошо отстаивается. Осветленная жидкая фаза представляет собой 70%-ную серную кислоту.

Пример 2. 1м суспензии жидких кислых отходов производства редких металлов, содержащих 594 кг серной кислоты, 460 кг воды, 58 кг фтористого водорода, 62 кг фторида марганца, 125 кг фторида железа, следы тантала, ниобия и тория, подвергают обработке при 130°С в электродном испарителе в переменном электрическом поле при пропускании электрического тока плотностью в растворе 2,5 А/см , при этом в паро

вую фазу перешло 134,27 кг фтористого водорода (56,84 кг свободного фтористого водорода отходов и 77,43 кг полученного при сернокислотном разложении фторидов железа и марганца) и 390 кг воды. Осветлен- ную жидкую фазу после отстаивания и отделения твердого остатка, содержащую 404 кг серной кислоты и 70 кг воды, с температурой 110-130°С смешивают с 3 м3 серной кислоты, содержащей 5164 кг серной кисло- ты и 380 кг воды, и с 4373 кг плавикового шпата сорта ФФ-95А, содержащего 4220 кг CaFa, 65,6 кг СаСОз, 43,7 кг, SiOa, 21,9 кг ВаЗСм, 13 кг CaS и 8,7 кг А1аОз, в барабанной вращающейся печи, прогревают до 250°С и выдерживают при этой температуре 8 ч.

В результате осуществления процесса получают отвальный гипс, содержащий 7376 кг CaS04, 148 кг H2S04, 54,8 кг CaFa, 21,9 кг BaSO/i, 29 кг А1а(504)з, и реакцией- ный газ, содержащий 2065,2 кг HF, 75,75 кг SiF4,443 кг НаО, 41 кг HaSCk 2,6 кг серы, 5,2 кг HaS, 5,9 кг S02.

Реакционный газ после очистки в циклоне смешивают с паровой фазой, полученной в электродном испарителе, и подвергают абсорбции водой, в результате чего получают 5500 кг плавиковой кислоты концентрацией 40% по фтористому водоро-

ДУ0

5 0 5

0

5 0

Переработка 1 м жидких кислых отходов с предварительной их обработкой в электрическом поле позволяет полностью утилизировать серную кислоту (594 кг) и фтористый водород (52 кг), а также извлечь 77,43 кг (97%) фтористого водорода в результате сернокислотного разложения фторидов, снизить энергозатраты на извлечение фтористого водорода и фтора из жидких отходов на 260000 кДж (на 28%), получить отвальный гипс, не содержащий радиоактивных примесей и пригодный для использования в качестве строительных материалов, уменьшить абразивный износ барабана печи по длине 1 м от загрузочной головки в 1,3-1,5 раза.

Формула изобретения Способ переработки жидких кислых отходов производства редких металлов, содержащих серную кислоту, фтористоводородную кислоту и фториды металлов, включающий смешение их с серной кислотой или олеумом и плавиковым шпатом, нагрев реакционной смеси до 200-250°С и выдержку ее при этой температуре в барабанной вращающейся печи, отделения гипса, очистку реакционного газа, асбсорбцию выделившегося фтористого водорода водой или раствором фтористоводородной кислоты и нейтрализацию твердого осадка карбонатом кальция, отличающийся тем, что, с целью устранения загрязнения отвального гипса редкими металлами и снижения абразивного износа барабана печи, жидкие кислые отходы предварительно обрабатывают при 120-130°С переменным электрическим током плотностью 0,1-10 А/см с использованием электродов из сили- цированного графита с последующим разделением твердой и жидкой фаз и подачи последней без охлаждения на смешение.

Продолжение таблицы

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения фтористоводородной кислоты при утилизации фтора и серной кислоты жидких кислых отходов в производстве редких металлов. Цель изобретения - устранение загрязнения отвального гипса редкими металлами и снижение абразивного износа барабана печи. Жидкие кислые отходы, содержащие серную и фтористоводородную кислоты, фториды металлов и другие примеси, подвергают обработке и нагреву до 120- 130°С в переменном электрическом поле, создаваемом пропусканием электрического тока непосредственно через отходы с помощью электродов, в результате чего выде- ляется фтористый водород и вода. Полученную кубовую жидкость, содержащую, в основном, серную кислоту, после отделения твердой фазы направляют без охлаждения на смешение с дозированным количеством серной кислоты или олеума и плавикового шпата в барабанную вращающуюся печь, где реакционная смесь прогревается до 200-250°С, выдерживается до полного выделения фтористого водорода, а реакционный газ после очистки подвергают абсорбции водой или раствором фтористоводородной кислоты. 1 табл. Ё

Примечание. 1. Состав исходных отходов.

3.Плотность тока на поверхности электродов 0,48-0,6 А/см2