FI65214B - Foerfarande foer direkt vaermning av svavelsyraloesning medelst vaexelstroem - Google Patents

Description

r , m KUULUTUSJULKAISU z: r O i Λ jMV ™ <"> UTLÄGGNINGSSKAIFT 6521 4 C (45) . ; . .1 : Ly 13 34 1934

Patent meddelat >S v ' (51) ICv.lkP/IntCI. 3 C 01 B 17/88 SUOM I — FI N LAN D (21) ft**"«ll»lwnw« — PKantamMcnlng 773687 (22) H«k«ml*pilvl — Am&knlngtdag 07.12.77 /Cl) ' ' v' (23) Alkiipttvi—GlMgh«tadag 07.12.77 (41) Tullut JulktMksI — Bllvlt affmllg 08.06.79

Patentti· {a reklrtarihalHtu* N«htMtolp«oo}. kuuLJulk^n pvm. _

Patent· och regitterttyrelaen v 7 AmMom uthgd och utUkrtften pubikarad 30.12.83 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Begird prlorltet (71) Boliden Aktiebolag, Sturegatan 22, Box 5508, lll+ 85 Stockholm,

Ruot si-Sverige(SE) (72) Stig Arvid Petersson, Skelleftehamn, Allan Ferdinand NorrÖ,

Skelleftehamn, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Oy Kolster Ab (5M Menetelmä rikkihappoliuoksen kuumentamiseksi suoraan vaihtovirralla -Förfarande för direkt värmning av svavelsyralösning medelst växelström

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä rikkihappo-liuoksen suoraa kuumennusta varten sähkövirralla, joka saatetaan kulkemaan rikkihappoliuokseen sijoitettujen elektrodien välistä.

Eri kemiallisissa menetelmissä, joissa tapahtuu nesteiden kuumennusta, esimerkiksi rikkihapon tislauksessa, jossa rikkihappoa konsentroidaan ja/tai siitä poistetaan siihen liuenneiden aineiden muodossa olevia epäpuhtauksia, lämpöä johdetaan tavallisesti epäsuoraa tietä siten, että palamiskaasut, höyry tai sähkö-kuumennuselementit saatetaan luovuttamaan lämpöä astian seinän läpi nesteeseen. Tämän mukaisesti kuvataan saksalaisessa patenttijulkaisussa 357 593 rikkihapon tislausmenetelmää, jossa happoa kuumennetaan epäsuorasti palamiskaasun avulla, ja Ullmanin painoksessa, band 15, 1964 ss. 442-44, kuvataan samantapaista menetelmää, jossa kuumennukseen käytetään höyryä.

Tällaisen epäsuoran kuumennuksen haittana on, että laitteisto muodostuu hyvin kalliiksi ja että ennen muuta lämpötalous muodostuu huonoksi. Epäsuoraan kuumennukseen käytettyjen kaasujen lämpösisältö 6521 4 voidaan tosin tietyssä määrin ottaa talteen lämmönvaihtimien avulla, mutta tällaisen laitteiston sekä hankinta- että käyttökustannukset ovat korkeat.

Sähkökuumennuselementtien avulla tapahtuvassa epäsuorassa kuumennuksessa voidaan lämpöhäviöitä pienentää, mutta lämmön siirto on epätyydyttävää, minkä vuoksi astian seinää kuumentavilla elementeillä on oltava suuret mitat, jolloin sekä niiden hankinta että käyttö on kallista.

Aiemmin on myös ehdotettu rikkihapon suoraa kuumentamista puhaltamalla siihen palamiskaasuja. Tällaisia menetelmiä kuvataan esim. saksalaisissa patenttijulkaisuissa 69 216 ja 229 676. Pala-miskaasujen avulla tapahtuva suora kuumennus antaa tulokseksi hyvän lämmen siirron, mutta lämpötalous on suhteellisen huono ja useissa tapauksissa tapahtuu lopputuotteen likaantumista, jota ei voida hyväksyä. Lämmön siirron ja lämpötalouden parantamiseksi sekä laitteiston yksinkertaistamiseksi siirrettäessä lämpöä hyvän sähkönjohtokyvyn omaaviin nesteisiin on kehitetty tekniikka, jossa nesteen läpi johdetaan sähkövirtaa elektrodien avulla. Pishchulin et ai ovat julkaisussa Sb. Tr.Moldykh Uch., Tomsk Politekn. Ins. pubi. 73, sarja 1, kuvanneet menetelmää, jossa rikkihapon ja suolahapon vesiliuos tislataan happojen talteenottoa varten. Kuumennus tapahtuu sähkövirran avulla, joka saa kulkea liuoksen läpi grafiitti-elektrodien välityksellä.

Eräs ongelma tällaisessa lämmön johtamisessa rikkihappoliuok-siin ja muihin hyvän sähkönjohtokyvyn omaaviin nesteisiin on gra-fiittielektrodien välinen alhainen jännitteen aleneminen, mistä johtuen virran voimakkuus nesteen läpi muodostuu suhteellisen suuria energiamääriä johdettaessa hyvin korkeaksi. Jo laite, jonka teho on suuruusluokkaa 100 - 200 kW, vaatii normaalisti useiden tuhansien ampeerien virran voimakkuuksia, mikä johtaa niin suuriin sähkönsyöt-töjohtojen ja muuntajien mittoihin, että niitä ei voida hyväksyä.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan rikkihappoliuoksi-en kuumennuksen yhteydessä nämä ongelmat ainakin huomattavassa määrin poistaa siten, että kuumennukseen käytetään siten pintapas-sivoituja rauta- tai rautaseoselektrodeja, että elektrodien ja rikkihappoliuoksen välinen siirtymävastus on vähintään yhtä suuri kuin rikkihappoliuoksen tuottama vastus. Tällä tavoin saadaan elektrodin ja nesteen väliseen siirtymään huomattava vastus, jolloin 6521 4 jännitettä voidaan huomattavasti nostaa ja virran voimakkuutta vastaavassa määrin pienentää ottotehon pysyessä muuttumattoman. Sopivasti käytetään siten pintapassivoituja elektrodeja, että mainittu siirtymävastus on suuruusluokaltaan 3-5 kertaa rikkihappo-liuoksen tuottama vastus, jolloin rikkihappoliuokseen voidaan johtaa suuria energiamääriä aikayksikköä kohti käyttämällä kohtuullisia virran voimakkuuksia.

Elektrodit voidaan pintapassivoida sellaisella elektrodien pintakäsittelyllä tai pinnoituksella ennen niiden käyttöä kuumennus-tarkoituksiin, että elektrodien pinnalle muodostuu ohut kerros ainetta, jolla on hyvä hapon kestävyys ja suhteellisen korkea ominais-vastus. Normaalisti elektrodit kuitenkin pintapassivoidaan in situ kuumennuksen alaisena olevan rikkihappoliuoksen vaikutuksesta. Elektrodien ollessa kosketuksessa rikkihappoon niiden pinnalle muodostuu nimittäin ohut passivoiva ja korroosiolta suojaava kerros, joka elektrodiaineen koostumuksesta ja rikkihappoliuoksen mahdollisista epäpuhtauksista riippuen koostuu oleellisesti yhden tai useamman seuraavan aineen eli raudan, nikkelin, kromin, kuparin ja piin oksideista. Kerroksen muodostuminen tapahtuu suhteellisen nopeasti, esimerkiksi alle 4 tunnissa kuumennettaessa 70 %:ista rikkihappoa.

Elektrodiaineen voidaan edullisesti käyttää hiiltä ja/tai piillä seostettua rautaa. Silloin kun elektrodeilta ei esimerkiksi vaadita kovin pitkää kestoikää, voidaan käyttää seostamatonta tai pääasiassa seostamatonta terästä, valurautaa, erityisesti harmaata valurataa tai piirautaa, jossa on 2 - 20 paino-% Si. Jos sen sijaan pyritään pitkään elektrodien kestoikään, käytetään elektrodiaineena edullisesti rautaa tai terästä, joka on seostettu yhdellä tai useammalla aineella Niillä, Cr:lla ja Cu:11a sekä mahdollisesti myös Siiliä. Sopivat elektrodiaineet voidaan valita seuraavien rajojen puitteissa: Fe < 98 painot Ni = 0-20 paino-%, Cr = 0-5 paino-%, Cu- 0-10 paino-%, Si = 0-20 paino-% ja C = 0-4 paino-%.

Erityisen sopivaksi elektrodiaineeksi on sekä pintapassivoin-nin että korroosion kestävyyden kannalta osoittautunut Nickelresist-nimellä tunnettu lejeerinkityyppi, joka sisältää rautaa n.67-80 paino-% sekä lisäksi 13,5-17,5 paino-% Ni, 1,0-2,5 paino-% Cr, 5,5-7,5 paino-% Cu ja 1,0-2,0 paino-% sekä alle 3,0 paino-% C.

4 65214

Keksinnön raukaisen menetelmän eräässä edustavassa suoritusmuodossa puhdistettiin jatkuvasti pääasiassa rauta-, nikkeli-, kupari- ja alumiinisulfaatteja epäpuhtauksina sisältävää 70 %:ista rikkihappoa tislaamalla happo 310°Cissa kvarsilasiastiassa.

Happo muodostui kuparielektrolyysissä käytetystä elektrolyyttistä, jonka kupari- ja nikkelisisältö oli pääosaksi poistettu, sekä tislausastian perään sovitettujen erotus- ja pesuvaiheiden uudelleen kierrätetystä jäämähaposta ja pesunesteestä. Tislauksen vaatima kuumennus suoritettuun kolmen rikkihappoon upotetun elektrodin avulla, joihin syötettiin 50-jaksoista 3-vaihevaihtovirtaa, jonka jännitettä voitiin vaihdella. Astiasta poistettiin 66%:ista rikkihappo-liuosta ja otettiin n. 96 %:ista jäämähappoa suhteissa 5,7;1,jolloin jäämähappo sisälsi mainittuja epäpuhtauksia. Epäpuhtaudet erotettiin jäähdyttämällä pois otettu jäämähappo n. 20°C:seen, Tällöin kiteytyneet suolat pestiin puhtaalla vedellä ja otettiin talteen. Suoloista vapaa jäämähappo ja pesuvesi palautettiin tislausastiaan yhdessä tuoreen elektrolyytin kanssa, josta kupari oli poistettu. Elektrodiaineen käytettiin Nickelresistiä, jolloin elektrodit, jotka seisoivat rivissä, oli sovitettu n. 200 mm kärkivälein ja niiden halkaisija oli 35 mm. Kokeita suoritettiin myös grafiitti-elektrodeilla, jotka oli samoin sovitettu n. 200 mm kärkivälein, mutta joiden halkaisija oli 38 mm.

Muuttamalla Nickelresist- ja grafiittielektrodien jännitettä saatiin seuraavassa taulukossa esitetyt virran voimakkuudet ja tehot:

Elektrodianne halk. (mm) volttia amp. kW

Grafiitti 38 14 400 9,7 38 23 700 28

Nickelresist 35 20 100 3,5 35 104 400 72

Taulukossa esitettyjen tulosten perusteella havaitaan, että virran voimakkuutta voidaan huomattavasti pienentää, jos valitaan sellaista ainetta, esim. Nickelresistiä olevat elektrodit, joiden pinta on passivoitu tai passivoidaan rikkihapossa.

Claims (8)

1. Menetelmä rikkihappoliuoksen kuumentamiseksi suoraan vaihtovirralla, joka saatetaan kulkemaan rikkihappoliuokseen upotettujen elektrodien välillä, tunnettu siitä, että kuumennuksen käytetään siten pintapassivoituja rauta- tai rautaseos-elektrodeja, että elektrodien ja rikkihappoliuoksen välinen siir-tymävastus on vähintään yhtä suuri kuin rikkihappoliuoksen aikaansaama vastus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että käytetään siten pintapassivoituja elektrodeja, että mainittu siirtymävastus on suuruusluokaltaan 3-5 kertaa rikkihappoliuoksen aikaansaama vastus.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään pintakäsittelyn tai pinnoituksen avulla esipassivoituja elektrodeja.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrodit pintapassivoidaan in situ rikkihappoliuoksen niihin kuumennuksen aikana kohdistaman vaikutuksen avulla.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään elektrodeja, jotka koostuvat oleellisesti ainakin yhdellä aineista hiili ja pii seostetusta raudasta.

5 65214

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään elektrodeja, jotka koostuvat oleellisesti ainakin yhdellä aineista nikkeli, kromi ja kupari seostetusta raudasta.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään elektrodiainetta, jonka koostumus on pääasiallisesti seuraava : Fe = <98 paino-% Ni = 0 -20 paino-% Cr = 0-5 paino-% Cu = 0-10 paino-% Si = 0 -20 paino-% C =0-4 paino-% 6521 4

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään elektrodiainetta, jonka koostumus on pääasiallisesti seuraava: Fe 67 - 80 paino-% Ni = 13,5 - 17,5 paino-% Cr= 1,0 - 2,5 paino-% Cu = 5,5 - 7,5 paino-% Si = 1,0 - 2,8 paino-% C = < 3,0 paino-% 7 6521 4