BG64002B1

BG64002B1 - Метод за термично регенериране на отработена киселина

Info

Publication number: BG64002B1
Application number: BG102992A
Authority: BG
Inventors: Jaakko Poijaervi; Antti Jalonen; Johannes Holmi; Jari Ojala
Original assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2003-09-30
Also published as: ZA9810767B; RO120256B1; SE9804131D0; JP4187330B2; KR19990062893A; AU749609B2; AR017806A1; CA2255812C; ES2154998A1; ID21440A; ES2154998B1; JPH11235515A; RU2213046C2; DE19857015B4; FI103517B1; BR9805233A; PE20000122A1; BG102992A; SE519099C2; DE19857015A1

Abstract

Изобретението се отнася до метод за термично регенериране на отработена киселина, която се получавапри пречистването на носещи серен двуокис отходнигазове, отделяни при пирометалургичното получаване на метали. По метода отработената киселина се концентрира и подава в газовото пространство на първичната пещ за топене, така че енергията, необходима за термичното й регенериране, се получава от топлинното съдържание на горещите газове, отделени при процеса на топене.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод за термично регенериране на отработена киселина, която се получава при пречистването на серен двуокис, носещ отходни газове, отделяни при пирометалургичното получаване на метали. Съгласно метода отработената киселина се концентрира и подава в газовото пространство на първичната пещ за топене, където енергията, необходима за термично регенериране на отработената киселина, се получава от топлинното съдържание на газовете, получени при процесите на топене.

Предшестващо състояние на техниката

Горещите газове, получени при процесите на топене на сулфидни руди и концентрати, съдържат главно серен двуокис, тежки метали, арсен, халогени и други съединения. Важно е, концентратът да изгаря по възможност пълно и кислородното съдържание на получените отходни газове при процеса на топене да е по възможност нисък, тъй като високото съдържание на кислород в отходните газове води до повишаване на отделянето на серен триокис и по-нататък до получаване на отработена киселина при етапа на пречистване на газа. Намерено е, че прах и по-специално прахта, носеща мед, катализира образуването на 8О₃. Най-вероятно 8О₃ се образува в котелутилизатора, поради което е важно кислородното съдържание на отходните газове да е ниско и количеството на отходен въздух да е възможно малко.

Пречистването на получените газове може да бъде проведено чрез сухо и мокро разделяне. Методите за сухо разделяне са свързани с топителя, като отходните газове от газовото пространство на пещта се отвеждат в котел-утилизатора, където топлинното съдържание на газа се възстановява. След това газовете се отвеждат към електрически филтър. Значителна част от съдържащите се в газовете съединения на тежки метали, като се изключи живакът и неговите съединения, са вече отделени при охлаждането. Полученият газ често се вкарва в производството на сярна киселина и при този случай мокрото отделяне на газове намира място в заводите за производство на сярна киселина, при пречистване, пречиствателни колони и мокри електрически филтри.

Целта на мокрото пречистване на газове е по-нататъшното им охлаждане до подходяща температура чрез пряко водно охлаждане и едновременно отделяне от газовете на твърдите и летливи онечиствания, такива като тежки метали, халогени, арсен и селен. Също така при мокрото пречистване съдържащият се в газовете 5О₃ при контакт с вода се отмива като отработена киселина. Количеството на отработената киселина е от порядъка на 2-4% от количеството серен двуокис, включен в мокрото пречистване и съдържанието на Н₂8О₄ е от порядъка на 10 до 30%.

Отработената киселина се разглежда като опасен страничен продукт, тъй като съдържа тежки метали и арсен от отходните газове. Ако отработената киселина не може да бъде вкарана в други процеси, като получаването на цинк, торове или минерални концентрати, тя обикновено се неутрализира с вар и вкарва в басейни, но неутрализацията на отработена киселина и съхранението на гипса са скъпи методи за решаване на проблема. Дори по-нататък съхранението на този разтвор е ограничено от нови и построги изисквания за опазване на околната среда.

Един от използваните методи за обработка на отработена киселина е нейното регенериране в отделна, специално построена за целта пещ. Този избор, приложен особено в химическото инженерство, но също и в металургичната индустрия, е описан в статията “Ке§епегайп£ 8реФ АсИ”, Зрапбег, и., ЦагаЛтоз, 0., СЬет. Еп£. Рго£. (1978), 74, р. 57-67. В статията се обяснява, че регенерирането на отработена киселина в серен двуокис и вода е крайна ендотермична реакция, която изисква поне 275 Ш/шо1 и работи най-добре при температура над 1000°С. Температурата в регенериращата пещ се покачва до достатъчно ниво с някакво гориво. В статията също се твърди, че концентрирането на отработената киселина до 70% съдържание на Н₂8О₄ преди горенето има предимство.

Техническа същност на изобретението

Съгласно настоящия метод отработената киселина за разделяне от отходните газове, получени при топенето на сулфидни руди нли концентрати, се концентрира и подава обратно в първичната пещ за топене, в газовото й пространство, където се регенерира обратно до серен двуокис, вода и кислород съгласно следната реакция:

Н₂8О₄—> Н₂О + 1/2 О₂ + 8О₂ (1)

Както се вижда от това уравнение, отработената киселина се регенерира обратно в серен двуокис, вода и кислород. Така полученият при регенерирането на отработената киселина серен двуокис се възстановява и в допълнение към остатъка от серен двуокис се използва за получаване или на сярна киселина, или на елементна сяра.

Съществена черта на метода е, че отработената киселина се подава в газовото пространство на първичната пещ за топене, в който случай се използва високото топлинно съдържание на газа. Когато отработената киселина се подаде в газовото пространство, откъдето газовете по-нататък се прехвърлят към котелутилизатора, температурата на газовете е висока, обикновено от порядъка на 1000 до 1 бОО^С. Подаването на отработената киселина към отходните газове понижава газовата температура и от гледна точка на котел-утилизатора това е полезно, тъй като по-ниската температура удължава времето за използване на котела и намалява деформацията му. Понятието първична пещ за топене се отнася до пещ, в която се подава рудата или концентрата. Например, при топенето на меден и никелов концентрат това е суспензиониа пещ за топене, като пещ за мигновено суспензионно топене, отражателна пещ или конвертор. В суспензионната пещ за топене е предимство отработената киселина да се подаде през вертикална шахта, през която горещите отходни газове се отвеждат в котел-утилизатора, но газовете могат също да бъдат подадени в газовото пространство на долната пещ или в изключителни случаи дори в реакционната шахта. Съществените нови черти на изобретението са очевидни от приложените претенции.

Изобщо може да се твърди, че ако отработената киселина е подадена в подходящото реакционно пространство на пещта за топене, където концентратът и кислородът реагират, отделно трябва да бъде подадена енергия, необходима за регенерирането на отработената киселина, защото например топлинното съдържание на медния и никелов концентрат се изразходва при взаимодействието на концентрата и кислорода и е недостатъчно за регенериране на отработена киселина. В особени случаи, когато топлинното съдържание на концентрата е високо, е възможно да се подава концентрирана отработена киселина към реакционната шахта и при този случай съществено може да се повиши степента на кислородно обогатяване на получения газ. В този случай се намалява количеството на отстранения от суспензионната пещ за топене газ и определеният капацитет по отношение на котел-утилизатора и продуктивността на газовата пречистваща линия се повишава.

Оказа се, че подаването на отработена киселина в газовото пространство на първичната пещ - пещта за топене - води до преимуществения резултат, че тръбата, т.е. гьрловината на пещта, водеща от пещта до котелутилизатора, се поддържа по-чиста, отколкото преди това, защото при по-ниска температура количеството прах, който се наслагва, остава по-малко. Експериментално беше намерено, че подаването на отработена киселина в газовото пространство понижава температурата на газа, преминаващ в котела средно с 30 до 100°С. Единственият недостатък, причинен от по-ниската температура, е намаленото количество пара, получено в котел-утилизатора, т.е. намалено с количество, съответстващо на температурното понижение, но предимствата на този метод са многократни в сравнение със споменатия недостатък. Подаването на отработена киселина към отходните газове не повишава количеството на 8О₃, получен в котела, тъй като е намерено, че почти цялата отработена киселина се регенерира при температурата в газовото пространство.

Подробно описание на изобретението

Изобретението е по-нататък описано чрез отнасяне към приложената фигура 1, на която първичната пещ за топене 1 е суспензиониа пещ за топене, към която последователно е свързан котел-утилизатор 2 и електрически филтър 3. Концентратът, реакционният газ и необходимите допълнителни материали се подават в реакционната шахта 4, откъдето разтопените частици попадат в по-долна пещ 5.

Отходните газове и димни прахове се отстраняват през възходяща шахта към утаителния котел. Съгласно схемата, представена на фигурата, концентрираната отработена киселина се подава по посоката на стрелката 7 към газовото пространство на първичната пещ за топене, в този случай в горния край на вертикалната шахта 6 на суспензионната пещ за топене, където веднага се регенерира съгласно описаната по-горе реакция.

Както вече беше отбелязано във връзка с описанието на предшестващото състояние на техниката, преимущество е, че отработената киселина се концентрира преди да бъде подадена към пространството на пещта. Концентрацията на отработената киселина обикновено се провежда първо чрез изпаряване на киселината чрез непряко изпарение под вакуум, при което се постига киселинна концентрация около 50% Н₂5О₄ и следващо пряко имерсионно изпарение, при което се постига желаната киселинна концентрация от 70 до 80% Н₂8О₄. При концентрирането съдържащите се в отработената киселина халогени и арсен се изпаряват към отходните газове и се очистват оттам в кондензатите, а сулфатите на тежките метали (Си, Ζη и Сд) кристализират като монохидрати. Отработената киселина се отстранява от утаителен съд, като се отдекантира слоят над кристалите от метални сулфати, при което отработената киселина за регенериране е до голяма степен пречистена от онечиствания. Общото съдържание на тежки метали в концентрираната киселина е от порядъка на няколко грама за литър, а халогенното съдържание е от порядъка на няколко десетки милиграма за литър.

Тежките метали и халогени, съдържащи се в концентрираната отработена киселина, остават в цикъла, но те само слабо повишават нивото на онечистване на газовете и димния прах, идващи за газово пречистване от пещта за топене. Ако димните прахове не се подават към пещта за топене, а се обработват отделно, се получава отделен начин за извличане на тежки метали и арсен. В други случаи кашата от кристали от монохидрат на метален сулфат и матерните луги се използват за извличане на тежки метали и частично за арсен, а кондензатите от изпарението - за извличане на халогените и остатъка от арсен. Например кашата от кристали на металния сулфат (Си, Ζη, Сд и др.) може да бъде използвана като суров материал при електролитния цинков процес.

Примери за изпълнение на изобретението

Изобретението е по-нататък описано с помощта на приложените примери, в които термичното регенериране на отработена киселина е изследвано при производствен опит, проведен с медна и никелова пламъкова пещ за топене. Методът обаче може да бъде приложен също и при процеси на други метали, като например при пирометалургичния цинков процес.

Пример 1. Концентрирана отработена киселина (72% Н₂8О₄) се подава във вертикалната шахта на медна пещ за мигновено суспензионно топене със скоростта на образуване на отработена киселина на целия топител, т.е. около 20 1/ιπϊη. Отработената киселина се нагнетява през киселинноустойчива дюза чрез използване на въздух под налягане, като фина струя във вертикалната шахта на пещта за мигновено суспензионно топене. Налягането на киселината е 5 Ьаг, налягането на впръсквания въздух е 3 Ьаг. Продължителността на опита е 4 Ь. Подаването на материал към пещта за мигновено суспензионно топене е 80 ί/Ь и отходният газов поток към котел-утилизатора е около 20 000 пт³/Ь. Съдържанието на 5О₃ в газа е измерено след електрически филтър, последователно свързан към котела. Температурата на газа в котела се понижи до около 25°С. Степента на регенерация на 8О₃ е 90%.

Пример 2. Подобна организация на опита, както по-горе е приложена при никелова пещ за мигновено суспензионно топене. Опитът протече за 55 Ь. Подаването на материал към пещта за мигновено суспензионно топене е 25 ΐ/Ь и отходният газов поток към котел-утилизатора е около 12000 пт³/Ь. Температурата на газа в котела се понижи до около 60°С.

Резултатите от опита са показани в таблица 2.

5О₃ съдържание, 8/пш³ (средно)	Степен на регенерация, %
Преди опита	10
По време на опита	10	100

Както е очевидно от опитните резултати на горните примери, съдържанието на 8О₃ не нараства съществено при подаването на отработена киселина; ако отработената киселина не е регенерирана, това би трябвало да води до нарастване от около 50 §/пт³ на съдържанието на 8О3 в отходния газов поток от медната пещ за мигновено суспензионно топене, измерено след електрическия филтър и до нарастване от около 60 β/ηιη³ на съдържанието на 8О3 в отходния газов поток от никеловата пещ за мигновено суспензионно топене.

От техническа гледна точка, подаването на отработена киселина във вертикалната шахта на пещта за мигновено суспензионно топене се провежда плавно и не са забелязани белези на износване или корозия на дюзата.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за термично регенериране на отработена киселина, която се получава при пречистването на серен двуокис, носещ газове, отделяни при пирометалургичното получаване на метали, като преди регенерирането тази отработена киселина се концентрира и основната част от тежки метали, халогени и арсен, съдържащи се в нея, се отстраняват, характеризиращ се с това, че термичното регенериране на отработената киселина се постига чрез подаването й в газовото пространство на първичната пещ за топене, по-специално суспензионна пещ за топене.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че отработената киселина

5 се подава във вертикалната шахта на суспензионната пещ за топене.
3. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че отработената киселина се подава в газовото пространство на [ θ по-долна пещ на суспензионната пещ за топене.
4. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че отработената киселина се подава в реакционна шахта на суспензионната пещ за топене.
5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че първичната пещ за топене е пещ за мигновено суспензионно топене.
6. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че отработената киселина е концентрирана до 70-80% съдържание на Н₂5О₄.
7. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че енергията, необходима за регенериране на отработената киселина, се получава от топлинното съдържание на горещите газове, отделяни при процеса на топене.
8. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че температурата в първичната пещ за топене е от 1000 до 1600°С.

Приложение: 1 фигура

Пор. № 41972

Тираж: 40 ВК

Издание на Патентното ведомство на Република България

1113 София, бул. Д-р Γ. М. Димитров 52-Б

Експерт: Св. Йорданова Редактор: Р. Николова