DE4315551A1 - Process for regenerating exhausted metal-salt- and/or metal-oxide-containing solutions, in particular mixed acids - Google Patents
Process for regenerating exhausted metal-salt- and/or metal-oxide-containing solutions, in particular mixed acidsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regene rierung von verbrauchten, Metallsalze und/oder Metalloxide enthaltenden Lösungen, insbesondere Mischsäuren, bei dem die Lösungen erhitzt und dabei die Metallfluoride und/Me tallnitrate pyrohydrolisiert werden, während das Wasser und die freie Säure verdampfen und aus den Gasen die Säure zurückgewonnen wird.The invention relates to a method for rain tion of spent, metal salts and / or metal oxides containing solutions, in particular mixed acids, in which the solutions heated while the metal fluorides and / Me to be pyrohydrolysed while the water is high and the free acid evaporate and from the gases the acid is recovered.
Bei der Oberflächenbehandlung, beispielsweise dem Beizen, Ätzen, chemischen Fräsen, von nichtrostenden, hitze- und säurebeständigen Stählen werden Salpeter-Flußsäure-Ge mische verwendet. Dabei werden in Lösung gehenden Metall ionen durch die Flußsäure komplexiert, während die Salpe tersäure als oxidierendes Agens zur Verfügung steht. Dem entsprechend enthalten die Beizlösungen die Ionen der Me talle bzw. Legierungselemente. Bereits bei einer Konzen tration von 50 g Gesamtmetall pro Liter beginnt bereits eine starke Abschwächung des Beizprozesses, so daß die Beizlösungen bei Erreichen dieser Konzentration stark nach geschärft und schließlich verworfen und neutralisiert wer den müssen, obgleich nur etwa die Hälfte des Säuregehalts verbraucht ist. Bei der Neutralisierung fallen große Schlammengen an, die Metallhydroxide und Calciumfluorid enthalten und schadlos deponiert werden können. Die Ni trate bleiben jedoch in der Lösung erhalten und tragen zur Eutrophierung der Gewässer bei.In the surface treatment, for example pickling, Etching, chemical milling, of stainless, heat and acid-resistant steels are nitric-hydrofluoric acid-Ge used. This is going into solution metal ions complexed by hydrofluoric acid, while the ointment tersäure is available as an oxidizing agent. the Accordingly, the pickling solutions contain the ions of the Me or alloying elements. Already at a Konzen The amount of 50 g of total metal per liter already starts a strong weakening of the pickling process, so that the Pickling solutions on reaching this concentration after sharpened and finally discarded and neutralized who although only about half the acidity is consumed. When neutralizing large fall Sludge gene, the metal hydroxides and calcium fluoride contained and can be dumped without damage. The Ni However, tratee remain in the solution and bear it for eutrophication of the waters.
Für ein wirtschaftliches und umweltgerechtes Regenerieren bzw. Aufbereiten von Salpeter-Flußsäuren-Beizlösungen ste hen verschiedene Verfahren, wie das Destillationsverfah ren, das Kristallisationsverfahren, das Extraktionsverfah ren und das Dialyseverfahren zur Verfügung, die jedoch den Nachteil haben, daß sie meist nur eine bestimmte Abfallösung aufarbeiten könnten. Darüber hinaus fallen bei ei nigen Verfahren die in der Lösung enthaltenen Metalle als Neutralisationsschlamm an, der Deponierungsprobleme mit sich bringt.For an economical and environmentally friendly regeneration or preparation of nitric-hydrofluoric acid pickling solutions ste various processes, such as the distillation process ren, the crystallization process, the extraction process ren and the dialysis method available, however, the Disadvantage that they usually only a specific waste solution could work up. In addition fall with egg nigen process the metals contained in the solution as Neutralization sludge on, the landfill problems with brings.
Für die vollständige Regenerierung einer erschöpften Sal peter-Flußsäure-Beizlösung ist aus der EP-PS 0 296 147 ein Verfahren bekannt, bei dem die Beizlösung in Gegenwart von Wasserdampf und Luftsauerstoff bei höherer Temperatur pyrohydrolisiert wird. Dabei wird die Lösung bei einer Temperatur von 20-500°C, vorzugsweise 300-400°C, ver sprüht, wobei Wasser, Salpetersäure und Flußsäure ver dampfen. Anschließend werden die Salpetersäure, die Nitri te sowie die Metallfluoride und Metallnitrate thermisch zersetzt. Die Metalloxide fallen als Staub am Boden des Sprühreaktors an und werden kontinuierlich abgezogen. An schließend gelangen die Abgase zu einer oder mehreren Ab sorptions- bzw. Kondensationskolonnen, die mit einer ge kühlten Absorptionsflüssigkeit beaufschlagt werden. Durch die Wahl der Absorptions- bzw. Kondensationstemperatur kann die Konzentration der regenerierten Säure beeinflußt werden. For the complete regeneration of an exhausted sal peter hydrofluoric acid pickling solution is known from EP-PS 0 296 147 Method known in which the pickling solution in the presence of water vapor and atmospheric oxygen at higher temperature is pyrohydrolysed. The solution becomes one Temperature of 20-500 ° C, preferably 300-400 ° C, ver spray, whereby water, nitric acid and hydrofluoric acid ver steaming. Then the nitric acid, the nitri te as well as the metal fluorides and metal nitrates thermally decomposed. The metal oxides fall as dust on the bottom of the Spray reactor and are withdrawn continuously. to closing the exhaust gases go to one or more Ab sorption or condensation columns, with a ge cooled absorption liquid to be applied. By the choice of absorption or condensation temperature can affect the concentration of regenerated acid become.
Durch die verhältnismäßig geringe Reaktortemperatur und die ungleichmäßige Temperaturverteilung im Reaktor be dingt, ist eine Dioxinbildung nicht ausgeschlossen. Der Wirkungsgrad der gesamten Pyrohydrolyse ist verhältnis mäßig gering. Die Qualität der regenerierten Säure besitzt eine unbefriedigende Qualität, da sie noch einen verhält nismäßig hohen Metallanteil hat. Darüber hinaus wird die Bildung der Metalloxide als Staub bzw. Feinststaub als äu ßerst störend angesehen, da sich insbesondere der Feinst staub auch außerhalb der Anlage störend bemerkbar macht. Die als Staub abgezogenen Metalloxide besitzen ein gerin ges Schüttgewicht und sind schlecht handhabbar. Zu ihrer Lagerung sind nicht nur große, sondern auch geschlossene Lagerräume erforderlich. Zusätzlich besteht dabei die Ge fahr der Bildung von krebserregendem Nickelfeinststaub. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens wird darin gese hen, daß die Zerstäuberdüsen im Sprühreaktor leicht ver stopfen.Due to the relatively low reactor temperature and the uneven temperature distribution in the reactor be dioxin formation is not excluded. The Efficiency of the entire pyrohydrolysis is ratio moderately low. The quality of the regenerated acid possesses an unsatisfactory quality because it still behaves one has a moderately high metal content. In addition, the Formation of metal oxides as dust or fine dust as äu extremely disturbing, since in particular the finest makes dust disturbing even outside the plant. The deducted as dust metal oxides have a clotting ges bulk density and are difficult to handle. To their Storage is not only big, but also closed Storage rooms required. In addition, there is the Ge the formation of carcinogenic nickel particulate matter. Another disadvantage of this method is gese in it hen that the atomizer nozzles in the spray reactor easily ver Plug.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zur Regenerierung von verbrauchten, Metallsalze und/oder Metalloxide enthaltenden Lösungen aufzuzeigen, das die Vorteile des bekannten Verfahrens nutzt, gleich zeitig aber seine Nachteile vermeidet.The invention is therefore based on the object, a Ver drive for the regeneration of spent, metal salts and / or solutions containing metal oxides, which uses the advantages of the known method, the same but avoids its disadvantages in a timely manner.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vor geschlagen, daß die Pyrohydrolyse in einem Wirbelschicht reaktor bei einer Temperatur von etwa 500-1000°C er folgt und die sich bildenden Metalloxide in der Wirbel schicht granuliert und als staubfreies, rieselfähiges Gra nulat aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen werden, wäh rend die Gase entstaubt, abgekühlt und anschließend einer Säurerückgewinnungsanlage zugeführt werden. To solve this problem is according to the invention a method of the type described above struck that pyrohydrolysis in a fluidized bed reactor at a temperature of about 500-1000 ° C he follows and the forming metal oxides in the vortex granulated and as a dust-free, free-flowing Gra are withdrawn from the fluidized bed reactor, select The gases are dedusted, cooled and then one Acid recovery system to be supplied.
Bei diesem Verfahren fällt der Metallgehalt der Lösungen als trockene, granulatartige Metalloxide an, die vollkom men staubfrei sind und einen extrem geringen Restfluorid- und Restnitratgehalt haben. Hierbei treten die mit den als Feinststaub anfallenden Metalloxiden verbundenen Nachteile nicht auf. Ein Verstopfen der Spritzdüsen ist aufgrund der verhältnismäßig großen Düsenquerschnitte ausgeschlossen. Die hohe Reaktortemperatur und die gleichmäßige Tempera turverteilung im Reaktor schließen die Gefahr einer Dioxin bildung aus. Das Verfahren weist einen hohen Wirkungsgrad auf und die Qualität der regenerierten Säure ist aufgrund des geringen Metallanteiles als gut zu bezeichnen.In this process, the metal content of the solutions falls as dry, granular metal oxides, the vollkom are dust-free and extremely low residual fluoride and Have residual nitrate content. Here are the with the as Fine dust accumulating metal oxides associated disadvantages not up. A clogging of the spray nozzles is due to the relatively large nozzle cross sections excluded. The high reactor temperature and the uniform tempera Distribution in the reactor eliminates the risk of dioxin education. The method has a high efficiency on and the quality of the regenerated acid is due the low metal content as good.
Aus der DE-PS 15 46 164 ist zwar ein Verfahren zum Regene rieren salzsäure- und eisenhaltiger Beizlösungen bekannt, bei dem die verbrauchte Beizlösung in einem Wirbelschicht reaktor eingedampft wird. Dieses Verfahren wurde bisher ausschließlich nur zur Regenerierung salzsäure- und eisen haltiger Beizbadlösungen eingesetzt. Seine Verwendung zur Regenerierung von Mischsäuren galt als nicht möglich.From DE-PS 15 46 164, although a method for the rain hydrochloric and ferric pickling solutions, in which the spent pickling solution in a fluidized bed reactor is evaporated. This procedure has been so far exclusively for the regeneration of hydrochloric acid and iron containing pickling bath solutions used. Its use for Regeneration of mixed acids was considered impossible.
Weitere Merkmale eines Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-8 offenbart.Further features of a method according to the invention are disclosed in claims 2-8.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Fließschemas einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.The invention will be described below with reference to a Drawing illustrated flow diagrams of a system for Implementation of the method explained in more detail.
Die in der Zeichnung durch ein Fließschema dargestellte Anlage dient zur Regenerierung einer verbrauchten Misch säure, die bei einer Dichte von 1.180 kg/m³ folgende Zu sammensetzung aufweist:The illustrated by a flow chart in the drawing Plant is used to regenerate a spent mix acid, which, at a density of 1,180 kg / m³ following Zu comprising:
Diese verbrauchte Beizlösung wird über eine Leitung 1 in einer Waschstufe 2, die in vorteilhafter Weise durch einen Venturi-Wäscher gebildet ist, auf eine Dichte von 1230 kg/m³ so aufkonzentriert, daß sie folgende Zusammensetzung besitzt:This spent pickling solution is concentrated via a line 1 in a washing stage 2 , which is advantageously formed by a Venturi scrubber, to a density of 1230 kg / m³ so that it has the following composition:
Bedarfsweise kann diese Aufkonzentrierung auch im Kreis lauf erfolgen. Die aufkonzentrierte Beizlösung wird danach über eine Leitung 3 von unten in einen Wirbelschichtreak tor 4 eingespritzt.If necessary, this concentration can also be done in a circle. The concentrated pickling solution is then injected via a line 3 from below into a Wirbelschichtreak tor 4 .
In den Wirbelschichtreaktor 4 wird über eine Leitung 5 Erd gas und über eine Leitung 6 Luft eingeleitet. Im Wirbel schichtreaktor wird dann das Erdgas/Luftgemisch stöchiome trisch verbrannt. Über eine Leitung 7 wird ein Eisenoxid granulat mit folgenden Eigenschaften:In the fluidized bed reactor 4 5 gas is introduced via a line 5 and air via a line 6 . In the fluidized bed reactor then the natural gas / air mixture is burned stöchiome trically. Via a line 7 is an iron oxide granules having the following properties:
in den Reaktor 4 eingeleitet, welches dort ein Wirbelbett bildet. Bedarfsweise kann auch ein aus Fe₂O₃, Cr₂O₃ und NiO bestehendes Mischoxidgranulat verwendet werden. Die Korngröße kann zwischen 0,05 und 3,0 mm betragen. Zur gleichmäßigen Vermischung des Wirbelgutes können am Boden des Wirbelschichtreaktors 4 Brennerdüsen angeordnet sein, in denen das Brenngas und die Luft vorgemischt werden. Ein Austritt des Wirbelgutes in den Windkasten wird durch eine ausreichende Ausströmgeschwindigkeit an den Spritzdüsen ver hindert.introduced into the reactor 4 , which forms a fluidized bed there. If necessary, an existing from Fe₂O₃, Cr₂O₃ and NiO mixed oxide granules can be used. The grain size can be between 0.05 and 3.0 mm. For uniform mixing of the fluidized material 4 burner nozzles can be arranged at the bottom of the fluidized bed reactor, in which the fuel gas and the air are premixed. An exit of the fluidized material in the windbox is prevented by a sufficient outflow velocity at the spray nozzles ver.
Die heißen Rauchgase verlassen den Wirbelschichtreaktor 4 oben über eine Leitung 8, über die sie in einen als Zyklon ausgebildeten Staubabscheider 9 gelangen. Der in dem Staub abscheider 9 abgeschiedene Staub wird über eine Leitung 10 in den Reaktor 4 zurückgeführt.The hot flue gases leave the fluidized-bed reactor 4 at the top via a line 8 , via which they pass into a dust separator 9 designed as a cyclone. The precipitated in the dust separator 9 dust is returned via a line 10 in the reactor 4 .
Von dem Staubabscheider 9 gelangen die weitgehend vom Staub befreiten Rauchgase über eine Leitung 11 wieder in die vor erwähnte Waschstufe 2. Hier werden die Rauchgase von der Reaktortemperatur auf eine Temperatur von etwa 60-90°C, vorzugsweise etwa 75°C abgekühlt. Gleichzeitig wird noch in den Rauchgasen vorhandener Feinststaub abgeschieden und, wie bereits erwähnt, die verbrauchte Beizlösung aufkonzen triert. Die Waschstufe 2 hat somit die Aufgaben, das Rauch gas zu kühlen, den Feinststaub abzuscheiden, eine Aufkon zentrierung der verbrauchten Beizlösung zu bewirken und Wärme zurückzugewinnen. From the dust collector 9 , the largely freed from the dust flue gases pass through a line 11 back into the previously mentioned washing stage. 2 Here, the flue gases are cooled from the reactor temperature to a temperature of about 60-90 ° C, preferably about 75 ° C. At the same time still fine dust is deposited in the flue gases and, as already mentioned, the spent pickling solution aufkonzen trated. The washing stage 2 thus has the tasks to cool the flue gas to deposit the fine dust, a Aufkon centering of the spent pickling solution to effect and recover heat.
Wie bereits erwähnt, wird die aufkonzentrierte, verbrauch te Beizlösung über die Leitung 3 in den Wirbelschichtreak tor 4 bzw. in die Wirbelschicht eingespritzt. Bei einer Temperatur von etwa 500-1000°C, vorteilhaft von etwa 700-900°C, verdampfen Wasser, die freie Salpetersäure und die freie Flußsäure, während die in der Lösung enthal tenen Metallfluoride und Metallnitrate nach den folgenden Reaktionsgleichungen pyrohydrolisiert werden:As already mentioned, the concentrated, spent te pickling solution is injected via the line 3 in the Wirbelschichtreak tor 4 and in the fluidized bed. At a temperature of about 500-1000 ° C, preferably from about 700-900 ° C, evaporate water, the free nitric acid and the free hydrofluoric acid, while the contained in the solution contained metal fluorides and metal nitrates are pyrohydrolysed according to the following reaction equations:
Fluoridpyrohydrolyse:Fluoridpyrohydrolyse:
2 FeF₃ + 3 H₂O → Fe₂O₃ + 6 HF
2 CrF₃ + 3 H₂O → Cr₂O₃ + 6 HF
NiF₂ + H₂O → NiO + 2 HF2 FeF₃ + 3 H₂O → Fe₂O₃ + 6 HF
2 CrF₃ + 3 H₂O → Cr₂O₃ + 6 HF
NiF₂ + H₂O → NiO + 2HF
Nitratpyrolyse:Nitratpyrolyse:
1.: NO2-Bildung1 .: NO2 formation
2 Fe(NO₃)₃ → Fe₂O₃ + 6 NO₂ + 1 1/2 O₂
2 Cr(NO₃)₃ → Cr₂O₃ + 6 NO₂ + 1 1/2 O₂
Ni(NO₃)₂ → NiO + 2 NO₂ + 1/2 O₂2 Fe (NO₃) ₃ → Fe₂O₃ + 6 NO₂ + 1 1/2 O₂
2 Cr (NO₃) ₃ → Cr₂O₃ + 6 NO₂ + 1 1/2 O₂
Ni (NO₃) ₂ → NiO + 2 NO₂ + 1/2 O₂
2.: NO-Bildung2nd: NO formation
2 Fe(NO₃)₃ → Fe₂O₃ + 6 NO + 4 1/2 O₂
2 Cr(NO₃)₃ → Cr₂O₃ + 6 NO + 4 1/2 O₂
Ni(NO₃)₂ → NiO + 2 NO + 1 1/2 O₂.2 Fe (NO₃) ₃ → Fe₂O₃ + 6 NO + 4 1/2 O₂
2 Cr (NO₃) ₃ → Cr₂O₃ + 6 NO + 4 1/2 O₂
Ni (NO₃) ₂ → NiO + 2 NO + 1 1/2 O₂.
Dabei entsteht ein granulatartiges Metalloxid, welches über eine Leitung 12 aus dem Wirbelschichtreaktor abgezo gen werden kann. Dieses granulatartige Metalloxid weist eine Korngröße von 0,05-3,0 mm auf und kann das bei der Inbetriebnahme des Wirbelschichtreaktors 4 zugeführte und als Wirbelbettvorlage dienende Eisenoxid ersetzen. This results in a granular metal oxide, which can be withdrawn via a line 12 from the fluidized bed reactor. This granular metal oxide has a particle size of 0.05-3.0 mm and can replace the supplied during startup of the fluidized bed reactor 4 and serving as a fluidized bed template iron oxide.
Die während der Pyrohydrolyse gebildeten Metalloxide gra nulierten an Wirbelbetteilchen auf. Bei Versuchen hatte das Wirbelgut nach ca. 28 h folgende Zusammensetzung:The metal oxides formed during pyrohydrolysis gra nibbled on Wirbelbetteilchen on. Had in trials the fluidized material after approx. 28 h has the following composition:
Die Pyrohydrolyseversuche wurden bei einer Gasleerrohrge schwindigkeit von 2,25 m/s und einer Wirbeltemperatur von 840°C durchgeführt.The pyrohydrolysis experiments were carried out on a gas empty tube speed of 2.25 m / s and a vortex temperature of 840 ° C performed.
Die Rauchgase werden über eine Leitung 13 einer Absorp tionseinheit zugeführt, die im dargestellten Ausführungs beispiel aus zwei hintereinander angeordneten Absorbern 14,15 besteht. Hier wird die Säure durch Absorption von Fluorwasserstoff und Stickoxiden aus den Rauchgasen zu rückgewonnen. Zur besseren Oxidation der Stickoxide kann über eine Leitung 16 entweder einem oder den beiden Absor bern ein Oxidationsmittel, beispielsweise Wasserstoffper oxid oder Ozon, zugesetzt werden. Dabei finden folgende Reaktionen statt:The flue gases are fed tion unit via a line 13 of an absorp tion unit, which consists in the illustrated embodiment, for example, two consecutively arranged absorbers 14,15 . Here, the acid is recovered by absorption of hydrogen fluoride and nitrogen oxides from the flue gases. For a better oxidation of the nitrogen oxides, an oxidizing agent, for example hydrogen peroxide or ozone, can be added via a line 16 to either one or the two absorbers. The following reactions take place:
HFg + H2O (fl) → HF (aq)
Bei Einsatz von Ozon:
2 NO + O3 + H2O → 2 HNO3
4 NO2 + O3 + 2 H2O → 4 HNO3.
Bei Einsatz von Wasserstoffperoxid:
2 NO + 3 H2O2 → 2 HNO3 + 2 H2O
2 NO2 + H2O2 → 2 HNO3.HFg + H2O (fl) → HF (aq)
When using ozone:
2 NO + O3 + H2O → 2HNO3
4 NO2 + O3 + 2 H2O → 4HNO3.
When using hydrogen peroxide:
2 NO + 3 H2O2 → 2HNO3 + 2 H2O
2 NO2 + H2O2 → 2 HNO3.
Beide Absorber 14,15 können zur Erhöhung der Berieselungs dichte mit einem Flüssigkeitskreislauf 17 betrieben wer den, in den jeweils ein Kühler 18 eingesetzt ist. Der Küh ler 18 dient dazu, die Absorptions- und Kondensationswärme abzuführen. Das den zweiten Absorber 15 über eine Leitung 19 verlassende Abgas kann bedarfsweise über mindestens eine weitere Reinigungsstufe geleitet werden, in denen der Gehalt an Stickoxid und Fluorwasserstoff auf die zulässige Grenzwerte gesenkt wird. Über eine Leitung 20 wird die re generierte Beizlösung abgezogen.Both absorbers 14,15 can be operated to increase the sprinkler density with a liquid circuit 17 who the, in each of which a cooler 18 is used. The Küh ler 18 serves to dissipate the absorption and condensation heat. If desired, the exhaust gas leaving the second absorber 15 via a line 19 can be passed via at least one further purification stage, in which the content of nitrogen oxide and hydrogen fluoride is reduced to the permissible limit values. Via a line 20 , the re-generated pickling solution is deducted.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |