DE1719476C3 - 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 Phosphaldüngemiiteln aus Huorhaltigen Rohphosphaten fallen beim sauren oder thermischen Aufschluß große Mengen an SiFi-haltigen Abgasen an, die darüber hinaus noch mit Phosphatstaub verunreinigt sind. Das Verhältnis von HF: SiFi in den Abgasen wird durch den SiO'-Antcil 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, SiF-i-haltige Abgase in Wasser zu Hexafluorkieselsäure unter Ausscheidung von Kieselsäurehydrat, entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung, zu absorbieren.

3 SiFi + 4 H2O- 2 H2SiFb + Si(OH)-I

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(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 Wirksamkeil dieser Sprüheinrichtungen nur begrenzt, wenn neben der Gasabsorption gleichzeitig die Gewinnung einer technisch verwertbaren Hexafluorkieselsäure (mindestens 10% FhSiFe) 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 (Strahlabdurchzuführen. 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. Weilerhin ist es bekannt, die Absorption derartiger Abgase mittels l.ochbodenabsorbern 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 HiSiFb-KonzentraMon 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 Aufschlu'3 von Phosphaten resultieren, quantitativ absorbiert werden können, ohne daß es zu Kieselsäureansätzen kommt, wenn man den Absorptionsvorgang in iiner stabilen Sprudelschicht, die in einer Schlitzbodenkolonne gebildet wird, durchfühlt und die zur Absorption verwendeten Schlitzboden 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 fluorlultigen 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 crfindungsgemaßen 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 Sehlitzboden 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 SiFi-haltigen 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 Spmdelschicht jedoch eine sclbstreinigonde Wirkung der Schlitzboden von mitgeführten Staubtcilen 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 soil nachstehend im einem Ausfiihrungsbeispiel näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die erfmdungsgeniäße Absorptions vorrichtung.

Ausführiingsbeispiel

400 mVh fluorhiillige Abgase mit einem Gehalt von IO g SiI-Vm' treten bei 1 in die einen lichten Durchmesser von 0,35 ητ besitzende und als Absorptionsvorrichtung dienende Schlitzbodenkolonne Λ ein, werden nacheinander durch 4 Schlitzboden B, die ein Verhäiaiis von Schlitzbreite zu Siegbreite 1 : 1 aufweisen, geleitet und treten bei 2 aus der Schlitzbodenkolonne. Die zur Anwendung kommenden Schlitzböden bestehen aus Gilterrosten aus gleichmäßig angeordneten korrosionsfesten Metallrundstäben mit einem Durchmesser von 5 mm. Die freie Fläche des Rostes, bezogen auf den freien Querschnitt, beträgt 50%. Die Absorptionsflüssigkeit, wäßrige I lexafluoikieselsäure mit einem Gehalt von 10% ll.'Sil't., gelangt in einer Menge von 4 111 Vh aus der Vorlage C mittels Kreiselpumpe D bei 3 in den oberen Teil der Schlitzbodenkolonne Λ /ur Aufgabe, Hießt über die Verteilerplalte /:' nacheinander über die Schlitzboden nach unten ab und gelaugt bei 4 wieder zurück in die Vorläget:

Unter diesen Bedingungen bilden sieh über i-W-w einzelnen Schlitzboden stabile Sprudelschichten aus, in denen die Sil-VAbsorptioii mit einem Absorptionsgrad von 99,9% erfolgt. Der l'luoi gehalt des austretenden Gases beträgt nur noch 70 mg/m¹. Die in die Vorlage C zurückgeflossene aufkonzeiitrierte I lexafluorkieselsäu· re fließt bei 6 in einer Menge von 3^r> l/h ab. Zur Konstanthaltung der Säurekonzentration der Absorptionslösung werden bei S stündlich 35 I Wasser wieder zugegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Bodenkolonne /ur Absorption von Siliciumleirafluorid aus Abgasen in Wasser oder wäßriger Hexafluorkieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden als Schlitzboden mit einem Verhältnis von Sehlitzbreile zu Siegbreite von 1 : 0,5 bis 1 : 1,5, vorzugsweise 1 : 1 ausgebildet sind.