DE1719476B2 - Bodenkolonne zur absorption von siliciumtetrafluorid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenkolonne zur Absorption von Siliciumtetrafluorid aus Abgasen in Wasser oder wäßriger Hexafluorkieselsäure.

Bei der Herstellung von Phosphatdüngemitteln aus fluorhaltigen Rohphosphaten fallen beim sauren oder thermischen Aufschluß große Mengen an SiF4-haltigen Abgasen an, die darüber hinaus noch mit Phosphatstaub verunreinigt sind. Das Verhältnis von HF : S1F4 in den Abgasen wird durch den SiCh-Anteil der Phosphate in der Aufschlußmischung bestimmt. Diese Abgase müssen wegen ihrer toxischen Eigenschaften aus lufthygienischen Gründen quantitativ vom Fluoranteil befreit werden. Andererseits stellt das in den Abgasen enthaltene Fluor einen wertvollen Rohstoff dar, dessen Gewinnung bzw. Wiedergewinnung von erheblichem wirtschaftlichen Interesse ist.

Es ist bekannt, SiFVhaltige Abgase in Wasser zu Hexafluorkieselsäure unter Ausscheidung von Kieselsäurehydrat, entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung, zu absorbieren.

3 S1F4 + 4 H2O -* 2 H2S1F6 + Si(OH)4

(I)

Wegen der Abscheidung der sich dabei bildenden Kieselsäure lassen sich die sonst für die Abgasabsorption üblichen Füllkörpertürme nicht verwenden. Deshalb wurden in der Vergangenheit Sprühtürme und Sprühkammern für diesen speziellen Absorptionszweck entwickelt. In diesen Systemen erfolgt die Verteilung der Absorptionsflüssigkeit mittels Sprühdüsen, Sprühkreisel oder Sprühwalzen.

Jedoch ist die Wirksamkeit dieser Sprüheinrichtungen nur begrenzt, wenn neben der Gasabsorption gleichzeitig die Gewinnung einer technisch verwertbaren Hexafluorkieselsäure (mindestens 10% H2S1F6) erfolgen soll und hierzu die sich entsprechend der Reaktionsgleichung (1) bildende Absorptionssuspension zur Aufkonzentrierung im Kreislauf umgepumpt werden muß.

In diesem Fall kommt es durch die ausgeschiedene Kieselsäure in der Absorptionsflüssigkeit zu einer Verstopfung der Düsen, Versetzung der Sprühwalzen bzw. Sprühkreisel oder einem Anwachsen von Kieselsäureablagerungen in den Türmen bzw. Kammern. Dadurch wird innerhalb kurzer Zeit der Abscheidungsgrad des Fluors herabgesetzt und laufende Reinigungsarbeiten mit erheblichem manuellem Aufwand sind erforderlich, um die Systeme entsprechend den lufthygienischen Vorschriften funktionstüchtig zu erhalten.

Es ist weiterhin bekannt, die Absorption fluorhaltiger Abgase mittels Venturi-Ejektionsabsorbern (Strahlabsorber) durchzuführen. Auch hier kommt es durch die abgeschiedene Kieselsäure und durch den Staubgehalt der Gase zu Erosionserscheinungen der Düsen sowie zu Verstopfungen durch Kieselsäure und Staub. Weiterhin ist es bekannt, die Absorption derartiger Abgase mittels Lochbodenabsorbern vorzunehmen, wobei die Lochplatten gasseitig durch Besprühung von der abgeschiedenen Kieselsäure bzw. vom Staub befreit werden.

Der Nachteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß die umlaufende Absorptionslösung kontinuierlich vom Staub bzw. von der Kieselsäure befreit werden muß, um eine Verstopfung oder eine Erosion der Düsen zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Absorptionsvorrichtung, die es gestattet, ohne den Einsatz störanfälliger Sprühvorrichtungen siliziumtetrafluoridhaltige Abgase praktisch quantitativ zu absorbieren, wobei eine Absorptionssuspension resultiert, die eine für die Weiterverarbeitung ausreichend hohe H2SiF6-Konzentration besitzt, ohne daß es zu Anwachsungen von Ablagerungen aus Kieselsäurehydrat und Staubteilchen in der Absorptionsvorrichtung kommt.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß fluorhaltige Abgase aus der Phosphatdüngemittelproduktion, wie sie beim sauren Aufschluß von Phosphaten resultieren, quantitativ absorbiert werden können, ohne daß es zu Kieselsäureansätzen kommt, wenn man den Absorptionsvorgang in einer stabilen Sprudelschicht, die in einer Schlitzbodenkolonne gebildet wird, durchführt und die zur Absorption verwendeten Schlitzböden ein Verhältnis von Schlitzbreite zu Stegbreite von 1:0,5 bis 1:1,5, vorzugsweise 1:1, besitzen. Dies entspricht einer freien Schlitzfläche von 40 bis 66%, vorwiegend 50%, bezogen auf den Bodenquerschnitt. Der durch die Schlitzbodenkolonne durchströmenden fluorhaltigen Abgasmenge fließt im Gegenstrom Wasser oder wäßrige Hexafluorkieselsäure als Absorptionsflüssigkeit entgegen; bei einer Mindestgeschwindigkeit der fluorhaltigen Abgase in den Schlitzen von 4 m/s und bei einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge bilden sich über den erfindungsgemäßen Schlitzboden stabile Sprudelschichten, in denen die fluorhaltigen Abgase absorbiert werden.

Unter einer stabilen Sprudelschicht ist dabei eine permanent aufgestaute mit Gasblasen durchsetzte Flüssigkeitsschicht zu verstehen, die sich über einem Schlitzboden ausbildet, wenn die Gasgeschwindigkeit in den Schlitzen so gewählt wird, daß die Kolonne oberhalb des Staupunktes jedoch unterhalb des Flutungspunktes bei ausreichender Berieselung arbeitet Für die Stoffaustauschvorgänge in Schlitzbodenkolonnen werden nach dem derzeitigen Stand der Technik jedoch Schlitzboden mit einer freien Fläche von unter 20% empfohlen. Führt man den Absorptionsprozeß von SiF4-haItigen Gasen in solchen Schlitzbödenkolonnen durch, so kommt es innerhalb kurzer Zeit zu Verstopfungen der Schlitze durch die ausgeschiedene Kieselsäure.

Durch das erfindungsgemäße Verhältnis von Schlitzbreite zu Stegbreite an den Schlitzboden wird unter den Bedingungen der erfindungsgemäßen Sprudelschicht jedoch eine selbstreinigende Wirkung der Schlitzboden von mitgeführten Staubteilen und/oder Kieselsäurehydrat erzielt, und es kann somit eine störungsfreie kontinuierliche Absorption fluorhaltiger Abgase unter Anfall technisch verwertbarer Hexafluorkieselsäure durchgeführt werden, ohne daß der Absorptionsvorgang zeitweise durch Reinigungsarbeiten unterbrochen werden muß.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Absorptionsvorrichtung.

Ausführungsbeispiel

400 mVh fluorhaltige Abgase mit einem Gehalt von 10 g SiFVm³ treten bei 1 in die einen lichten Durchmesser von 0,35 m besitzende und als Absorptionsvorrichtung dienende Schlitzbodenkolonne A ein, werden nacheinander durch 4 Schlitzböden B, die ein Verhältnis von Schlitzbreite zu Stegbreite 1 :1 aufweisen, geleitet und treten bei 2 aus der Schlitzbodenkolonne. Die zur Anwendung kommenden Schlitzböden bestehen aus Gitterrosten aus gleichmäßig angeordneten korrosionsfesten Metallrundstäben mit einem Durchmesser von 5 mm. Die freie Fläche des Rostes, bezogen auf den freien Querschnitt, beträgt 5O°/o. Die Absorptionsflüssigkeit, wäßrige Hexafluorkieselsäure mit einem Gehalt von 10% H2S1F6, gelangt in einer Menge von 4 m^s/h aus der Vorlage C mittels Kreiselpumpe D bei 3 in den oberen Teil der Schlitzbodenkolonne A zur Aufgabe, fließt über die Verteilerplatte E nacheinander über die Schlitzböden nach unten ab und gelangt bei 4 wieder zurück in die Vorlage C.

Unter diesen Bedingungen bilden sich über den einzelnen Schlitzböden stabile Sprudelschichten aus, in denen die SiF4-Absorption mit einem Absorptionsgrad von 99,9% erfolgt. Der Fluorgehalt des austretenden Gases beträgt nur noch 70 mg/m³. Die in die Vorlage C zurückgeflossene aufkonzentrierte Hexafluorkieselsäure fließt bei 6 in einer Menge von 35 l/h ab. Zur Konstanthaltung der Säurekonzentration der Absorptionslösung werden bei 5 stündlich 351 Wasser wieder zugegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Bodenkolonne zur Absorption von Siliciumtetrafluorid aus Abgasen in Wasser oder wäßriger Hexafluorkieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden als Schlitzboden mit einem Verhältnis von Schlitzbreite zu Stegbreite von 1 :0,5 bis 1 :1,5, vorzugsweise 1 :1 ausgebildet sind.