HU176220B - Method for purifying final gases containing fluor - Google Patents

Description

A találmány főként fluort tartalmazó véggázok alkálikus abszorpciós szer felhasználásával, keveredési rétegekben végzett abszorpciójával végrehajtott végtisztítására, és a megfelelő alkáli-fluoridok abszorpciós szer körfolyamatba beépített, elkülönített 5 kristályosítása útján történő folyamatos előállítására vonatkozik. Az eljárás hulladékvíz keletkezése nélkül hajtható végre, és a fluortartalmú véggázt még az 1 mg fluor/m³ fluorkoncentrációnál is jobban megtisztítja. 10

Káros anyagokat tartalmazó ipari véggázok nedves tisztításánál általában az a nehézség áll fenn, hogy a káros anyagok nem vezethetők a szennyvízbe. Különösen a környezetre már csekély mennyiségben igen káros fluortartalmú véggázoknál van 15 arra szükség, hogy az ártalmas anyagként jelentkező fluorból értékesíthető mellékterméket állítsunk elő és, hogy a fluort nagy értékű nyersanyagként visszanyerjük. Ezt azonban a viszonylag kis fluortartalmú véggázok esetén hatékony nedves 20 tisztítási eljárásoknál csak akkor érhetjük el, ha sikerül a káros melléktermékeket szilárd anyagként visszanyerni és az abszorpciós szert állandóan körfolyamatban vezetni úgy, hogy ne keletkezzen káros anyagot tartalmazó szennyvíz. A fluortartalmú 25 véggázok abszorpciójára ismeretesek olyan eljárások, melyek lehetővé teszik, hogy a fluort vagy tömény savak formájában, mint például a hidrogén-fluoroszilikát és a folysav (67408 és 187151 számú Német Demokratikus Köztársaság-beli szabadd- 30 mi leírás), vagy akár kristályos fluoridok formájában (1964746 számú Német Szövetségi Köztársaság-beli szabadalmi leírás) nyerjük vissza. Tömény savak kinyerésénél azonban a tisztítatlan véggázban viszonylag magas fluortartalomra (SiF₄ vagy HF alakjában) van szükség, mivel legfeljebb csak azt a savkoncentrációt érhetjük el, ami a véggáz fluorkomponense egyensúlyi parciális nyomásának megfelel. A sav visszanyerésére irányuló ezen eljárásoknak ezenkívül az a hátrányuk, hogy abszorpciós szerként vízzel, illetve híg savval dolgoznak, és ennek következtében a véggázt csak kis mértékben képesek megtisztítani. A felhasznált szerkezeti anyagoknak savállóknak kell lenni.

A fluoridok szilárd formában történő előállítására irányuló eljárások egy része két fokozatú, két elkülönített abszorpciós szer körfolyamattal, egy sav, és egy a véggáz végső tisztítására szolgáló alkálikus abszorpciós szer körfolyamattal. Ezek az eljárások elkülönített semlegesítő berendezésekkel dolgoznak, melyeket az abszorpciós folyamattól részben teljesen függetlenül és szakaszosan üzemeltetnek. Hatékony abszorpciós eljárásnak kristályosítási eljárással történő összekapcsolása eddig nem sikerült, mivel az abszorpciós folyamat alatt kikristályosodó fluoridok az abszorberben bő kristálylerakódáshoz és eltömődéshez vezetnek, és nagy nehézséget okoz a szilárd anyagnak a folyékony abszorpciós szertől való elválasztása.

Olyan egyszerű, hatékony és lehetőleg folyamatos eljárás kidolgozását tűztük ki célul, amely egyrészt igen nagy véggáz tisztaságot eredményez, másrészt a véggázban levő fluort értékesíthető, kristályos fluoridként nyeri vissza anélkül, hogy káros- 5 anyagtartalmú szennyvíz keletkezne. Ezt a célt csak akkor lehet elérni, ha sikerül az abszorpciós és a kristályosítási folyamatot készülék szempontjából elkülönítetten, de ennek ellenére az abszorpciós szer szempontjából körfolyamatban elvégezni. 10 Ezenkívül egy olyan folyékony abszorpciós szert kell alkalmazni, amelynek nagy az abszorpciós hatása, és amelyből az abszorbeált terméknek jók a kristályosodási sajátságai, és így az abszorpcióval jól értékesíthető mellékterméket tudunk előállítani. 15

A találmány célja, hogy a fluortartalmú véggázok végtisztítására eddig ismert eljárások hátrányait kiküszöbölje, és egy hatékony, és egyidejűleg gazdaságos eljárást szolgáltasson ezen véggázok tisztítására egy értékesíthető melléktermék káros anya- 20 gok nélküli egyidejű kinyerése mellett. Azt találtuk, hogy zárt, folyamatos abszorpciós körfolyamatnál végrehajthatjuk az abszorpciós és a kristályosodási folyamat apparatív szétválasztását, ha azt a hatást használjuk ki, hogy az alkáli-fluoridok 25 oldékonysága vizes nátrium-, illetve kálium-hidroxid-oldatban a hőmérséklet csökkenésével és a nátrium-hidroxid- illetve kálium-hidroxid-koncentráció növekedésével csökken.

Ha például fluorhidrogént tartalmazó véggázokat 30 kívánunk tisztítani, az abszorpciós folyamat alatt a véggáz fluorhidrogén tartalma a következő reakcióegyenlet alapján reagál a vízben oldott nátriumhidroxiddal, miközben vízben oldható nátrium-fluorid képződik; 35

NaOH + HF -* NaF + H₂ 0

A nátrium-fluorid víz-oldhatósága a következőképpen függ a hőmérséklettől:

Hőmérséklet(K°) g NaF/g víz

273	4
293	4,1
	45
303	4,22
373,	5,0

273° és 373 °K között tehát 100 g vízre számítva 10°-onként körülbelül 0,1 g nátrium-fluoridnak megfelelő oldhatóság különbséget tapasztalunk.

A nátrium-fluorid víz-oldhatósága a következőképpen függ az oldat lúg-koncentrációjától:

Az oldat NaOH-tartalma (súly%)	Nátrium-fluorid oldhatósága (súly%)	55
3,94	4,1
		60
4,52	2,94
5,16	2,52
5,81	2,1	65

Ha tehát egy telített nátrium-fluorid oldathoz nátrium-hidroxidot adunk, lecsökken a nátrium-fluorid oldhatósága és fluorid kristályok válnak ki.

A találmány szerint az abszorpciós és a kristályosodási folyamat közé egy közti lehűtést iktatunk be, és a kristályosítás előtt adagoljuk be tömény nátrium-hidroxid-, illetve kálium-hidroxid-oldatként az abszorpciós folyamat -alatt a kémiai reakció által elhasznált alkáliét. A kristályosodás ezen folyamatok után következik be, ha a megfelelő abszorpciós szer mennyiséget körfolyamatban szivattyúzzuk, és ha a kristályosító berendezésben a tartózkodási idő elegendően nagy.

A lehűtésnél a hőmérséklet-különbséget előnyösen úgy választjuk meg, hogy a fluoridok lehetőség szerint már a hőmérsékletcsökkenés hatására teljes mértékben kikristályosodjanak. Ebben az esetben a lehűtést követő lúg adagolás célja, hogy teljes biztosítékot adjon arra, hogy a kristályosodás kizárólag a kristályosító egységben játszódjon le, és a kristályok nem tömik el az abszorberbe visszavezető csöveket.

A hőmérséklet-különbség 5—50 °C, és a lehűtött folyadékhoz annyi lúgot adunk, hogy pH-értéke 8—13, előnyösen 10—11 legyen.

A találmány szerint a kristályosodási és a leülepedés! idő olyan rövid, hogy lehetőség van a folyamatos kristályosítás egyetlen körfolyamatban történő végrehajtására. Az eljárás során az abszorpciós körfolyamathoz állandóan közel olyan mennyiségű friss nátrium-hidroxid-, illetve kálium-hidroxid-oldatot kell hozzáadagolni, hogy egy közel állandó, biztonsággal a lúgos tartományban levő pH-értéket tartsunk fenn. A véggáz telítéséhez járulékosan szükséges friss vizet a találmány szerint egy, az eljárásba az abszorpciós művelet után beiktatott végtisztító fokozatba visszük be folyamatosan. Ezt a műveletet egy olyan berendezésben hajthatjuk végre, mint amilyen az abszorpciós folyamatnál alkalmazunk, és kívánt esetben a jobb érintkezést biztosító esőztető boltozatokat is beiktathatjuk.

A kristályos termék kivétele folyamatosan (előnyösen nagyobb mennyiségeknél) vagy szakaszosan történhet. A kristályos termék szakaszos kivételénél lehetőség van két átkapcsolható kristályosító berendezéssel végrehajtott váltakozó üzemmódra.

A találmány szerinti ejárás elsősorban abban jelent haladást az ismert eljárásokhoz képest, hogy körfolyamatban lehetővé teszi a reagensek gazdaságos felhasználását, lehetőséget teremt arra, hogy a fluoridokat kristályos formában nyerjük ki, és így értékesítsük, egy abszorpciós lépéssel igen nagy véggáz tisztaságot biztosít, és beruházási és üzemeltetési költségei rendkívül alacsonyak.

Kiviteli példa

A főként fluorhidrogént tartalmazó 10000 Nm³/óra mennyiségű, 350 °K hőmérsékletű és 1 g fluor/Nm³ fluortartalommal rendelkező véggáz az 1 vezetéken át jut be a 2 abszorpciós toronyba. Itt egy alkálikus abszorpciós szenei ellenáramban átáramlik egymás után több 3 esőztető rostaboltozaton, ahol a főként fluort tartalmazó káros anyagok abszorbeálódnak. A 4 cseppleválasztó visszatartja a gázból a magával vitt folyadékot. Az 1 mg fluor/Nm³-nél kisebb fluortartalmú tisztított véggáz vízzel telítve az 5 véggáz kéményen át jut ki a légkörbe. A 6 vezetéken át egy keringető szivattyú segítségével folyamatosan 75000 kg/óra mennyiségben keringetjük a fluortartalmú melléktermékekben feldúsult alkálikus oldatot. A fluortartalmú, 315 °K hőmérsékletű oldat a 8 vezetéken át jut el a 9 közti hűtőbe. Ott víz hűtéssel 300 °K-ra visszahűtjük, és a 10 keverőcsőben a 11 adagoló szivattyú által a 12 csövön át folyamatosan adagolt 42,1 kg/óra mennyiségű friss, 50%-os nátrium-hidroxid-oldattal összekeverjük.

A hűtés és a friss lúg beadagolására létrejövő hőmérsékleti és koncentrációváltozási hatások következtében a 13 kristályosítóban főként nátrium-fluorid-tartalmú kristályok képződnek, melyek a kristályosító alján leülepednek, ahonnan a 15 fenéknyíláson át el lehet őket távolítani. Az anyalúgot a 14 vezetéken át ismét visszavezetjük az abszorpciós folyamatba.

A 16 csövön át folyamatosan annyi vizet adagolunk be, hogy az abszorpciós torony alján a folyadékszint közel állandó maradjon. A folyamatosan beadagolt friss víz a véggáz utótisztítását is végzi.

Claims (3)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Eljárás fluortartalmú véggázok tisztítására al5 kálikus abszorberrel való érintkeztetéssel és az abszorbeált fluorid-vegyületek külön készülékben végrehajtott kristályosításával, azzal jellemezve, hogy az abszorbeálóból távozó folyadékot 5—50 °C-kal lehűtjük, pH-értékét alkálikus anyaggal 8—13-ra,

   10 előnyösen 10—11-re állítjuk be, a fluorid-tartal- mú végterméket kikristályosítjuk, és a kristályoktól elválasztott anyalúgot visszavezetjük az abszorberbe, ahová folyamatosan annyi friss vizet vezetünk, amennyi a stabil abszorpciós körfolyamat fenntar15 tásához szükséges.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy pH-érték beállítását

   20 nátrium- illetve kálium-hidroxiddal végezzük.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a friss ₂₅ vizet az abszorpciós művelet után beiktatott végtisztító fokozatba vezetjük be.