KR20170093235A - 황산철 7수화물을 추가적으로 가공하기 위한 방법 - Google Patents
황산철 7수화물을 추가적으로 가공하기 위한 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 황산철 7수화물을 황산철 1수화물로 추가적으로 가공하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다: a) 용기에서 황산철 7수화물의 수용액 또는 현탁액(혼합물 I)을 형성하는 단계, b) 혼합물 I을 제1 가압 용기에 전달하고, 혼합물 I을, 대기압에서의 혼합물 I의 비점을 초과하는 온도 T1로 가열하는 단계로서, 여기서, 압력 P1이 형성되고 황산철 1수화물이 고체 및 용액 II로 형성되는 단계, c) 용액 II로부터 황산철 1수화물 고체를 분리하는 단계, d) 용액 II에 부착된 상기 분리된 황산철 1수화물 고체를, 압력 P3의 추가적인 가압 용기로 전달하는 단계로서, 여기서, P3은 단계 c)에서 우세한 압력보다 낮고, 도입되는 용액 II에 부착된 고체의 온도는 압력 P3에서의 용액 II의 비점을 초과하고, 상기 압력 P3에 대응하는 온도 T3은 추가적인 가압 용기에서 형성되는, 단계. 임의로 상기 용액 II에 잔류하는 철이, 산화 반응기에서 용액 II를 공기 또는 산소, 및 임의로 첨가제와 반응시켜 추가적으로 회수되고, 산화철 및/또는 수산화철이 고형으로 형성된다.
Description
본 발명은, 황산철 7수화물을 황산철 1수화물로, 임의로 산화철 및/또는 수산화철로 추가적으로 가공하기 위한 방법에 관한 것이다.
설페이트 가공에 의한 이산화티탄의 생산 동안, 그리고 철 금속의 산 세척(pickling) 또는 에칭 시에도 대량의 황산철이 수득된다. 황산철은 다양한 분야에서, 예를 들어 동물 사료 및 비료 산업에서의 첨가제로, 하수 처리 시설에서 수처리용으로, 시멘트 중 크로메이트의 환원제로, 또는 산화철 생산용 원재료로 사용된다.
산업 공정으로부터의 황산철은 일반적으로 3가지 수화 상태로 존재한다: 7수화물, 4수화물, 및 1수화물. 상기 언급한 설페이트 공정에 의한 이산화 티탄의 생산 동안, 그리고 철 금속의 산 세척 또는 에칭 시, 황산철은 7수화물 형태로 우선 수득된다. 황산철 7수화물은 3가지 수화 상태 중 가장 높은 수분 함량을 가지며, 이후에 이의 자체적인 결정수에 용융되기 때문에, 25℃를 초과하는 온도에서의 저장이 어렵다. 황산철 7수화물은 또한 전체 수화물 형태 중 가장 낮은 철 함량을 가지며, 이는 목적 적용에서의 다수의 단점을 야기한다.
따라서, 황산철 7수화물을 보다 낮은 수화 상태로 추가적으로 가공하기 위한 다양한 방법이 개발되었다.
산업적 규모에서, 오늘날 7수화물은 다양한 종류의 열 건조에 의해 4수화물 또는 1수화물로 현저하게 전환된다. 하지만, 이러한 방법의 단점은, 제거해야 하는 결정수의 최소한의 증발열에 상응하는 이의 비교적 높은 에너지 소비이다.
다르게는, 황산철 7수화물을 95℃까지 가열하여, 이것을 이의 결정수에 용융시키고, 황산철 1수화물을 침전 및 분리시키는 DE 1 230 409에 따른 용융 방법을 사용할 수 있다. 이러한 방법은 에너지 면에서 열 건조보다 보다 바람직하지만, 황산철/물계에서의 용해도 거동으로 인해 대략 25중량%의 황산철이 모액(mother liquor)에 잔류한다.
DE 1 546 076은, 소비된 에칭액의 재생 방법을 개시하며, 여기서, 황산철 1수화물이 상기 사용된 에칭액에 첨가되고, 이때 황산철 7수화물이 형성되고, 이것은 이후에 고체 형태로 분리 제거된다. 수득된 7수화물은, 황산철 1수화물을 다시 형성하기 위해 후속적으로 100 내지 200℃로 가열될 수 있고, 상기 황산철 1수화물은 상기 공정으로 환송된다. DE 1 546 076은 생성된 황산철 1수화물의 잔류 수분 함량을 조정하는 것을 다루지 않는다.
따라서, 선행 기술의 단점들을 적어도 극복하는, 산화철 7수화물을 추가적으로 가공하기 위한 방법에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은, 황산철 7수화물을 황산철 1수화물로, 가능하게는 추가적으로 철 화합물로 추가적으로 가공하는 방법을 개시하는 것이며, 상기 방법은 에너지 효율적이고, 철 화합물의 고수준의 회수 및 수득된 황산철 1수화물 생성물 중 잔류 수분 함량 및 철(III) 함량을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적은 다음 공정 단계들을 특징으로 하는, 황산철 7수화물의 가공 방법에 의해 해결된다:
a) 탱크에서의 황산철 7수화물의 수용액 또는 현탁액(혼합물 I)의 형성 단계,
b) 혼합물 I을 제1 압력 용기에 공급하고, 혼합물 I을, 대기압에서의 혼합물 I의 비점을 초과하는 온도 T1로 가열하는 단계로서, 여기서, 압력 P1이 형성되고 고형 황산철 1수화물 및 용액 II가 형성되는, 단계,
c) 제2 압력 용기에서 온도 T2 및 압력 P2에서 용액 II로부터 상기 고형 황산철 1수화물을 분리하여, 황산철 1수화물 및 부착된 용액 II를 포함하는 분리된 고형 황산철 1수화물이 형성되는 단계,
d) 상기 분리된 고형 황산철 1수화물을 압력 P3인 제3 압력 용기에 공급하는 단계로서, 여기서, 상기 P3은 P2보다 낮고, 상기 제3 압력 용기에 들어가는 상기 분리된 고형 황산철 1수화물의 온도는 압력 P3에서의 용액 II의 비점을 초과하고, 단계 c) 동안 상기 분리된 황산철 1수화물의 온도가 압력 P3에 대응하는 온도 T3로 떨어지는, 단계.
본 발명의 다른 유리한 양태들은 하위 청구범위에 나타낸다.
도 1: (Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System-Nr. 59 "Eisen", Teil B - Lieferung 2, 8th edition 1930, p. 401로부터의) 물에서의 황산철의 용해도 곡선
도 2: 대략 160℃ 이하에서의 추가적인 측정점을 포함하여 확장된, 도 1에 따른 물에서의 황산철의 용해도 곡선
도 3: 본 발명에 따른 방법의 양태의 모식적 순서도
도 2: 대략 160℃ 이하에서의 추가적인 측정점을 포함하여 확장된, 도 1에 따른 물에서의 황산철의 용해도 곡선
도 3: 본 발명에 따른 방법의 양태의 모식적 순서도
온도, 압력, 중량%로 나타낸 농도 등에 대한 하기 개시된 모든 데이터는, 당해 기술 분야의 숙련가에게 공지된 각각의 측정 정확도의 범위 내에 존재하는 모든 값도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 방법은 물에서의 황산철의 용해도가 대략 60℃를 초과하는 온도에서 감소한다는 지식에 따른다(도 1). 본 발명의 체계에서, 110℃를 초과하고, 대략 160℃ 이하인 온도, 및 이에 대응하는 압력에서의 물에서의 황산철 용해도 거동에 대한 조사가 실시됐다. 도 2는 이에 상응하는 분석값(점) 및 이로부터 결정되는 용해도 곡선의 코스(점선)를 도시한다. 도 2는 대략 135℃를 초과하는 온도에서, 황산철의 용해도는 5℃의 온도에서의 황산철의 용해도보다 낮아지며, 이는 산업 시스템에서 실질적으로 실현 가능한 냉각 온도의 하한임을 드러낸다. 하지만 통상적으로는, 18중량%의 황산철이 용액(모액) 중에 잔류하는 것을 의미하는, 황산철의 용해도가 대략 18중량%일 때에(도 1 참조), 증발 냉각 시스템의 도움을 포함하여 타당한 에너지 투입으로 대략 15℃의 최소 온도만이 달성된다.
본 발명에 따라, 황산철 수용액 및/또는 황산철 현탁액이 압력 용기에서 대기압에서 발생하는 비점을 초과하여 가열된다. 이러한 맥락에서, 황산철의 용해도는 온도의 증가에 따라 감소되며, 황산철 1수화물이 침전된다. 온도의 증가는 일반적으로 압력의 증가에 수반하는 것으로 알려져있다.
본 발명의 특별한 양태에서, 용액은 110℃를 초과하는 온도로, 특히 135 내지 300℃로, 특히 바람직하게는 140 내지 160℃로 가열된다. 예를 들어, 대략 6bar의 압력에서 160℃의 온도에 도달하며, 이는 화학 시설에서 스팀 형태에서의 표준으로서 통상적으로 도달 가능한 것이다. 본 발명의 체계에서의 조사는, 황산철의 용해도는 140℃에서 대략 10 내지 12중량%이고, 160℃에서 대략 4 내지 6중량%이며, 따라서 용융 공정을 기초로 하는 공지된 방법에서보다 상당히 낮은 것임을 드러낸다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 양태의 모식적 순서도를 도시한다.
제1 단계(단계 a)에서, 황산철 7수화물의 수용액 및/또는 현탁액(혼합물 I)이 탱크에서 제조된다(1). 상기 황산철 용액/현탁액은 포화되거나, 바람직하게는 과포화된다.
혼합물 I을 우선 가열 가능한 제1 압력 용기(오토클레이브)(2)에 공급하고(단계 b), 여기서, 혼합물 I이 대기압에서의 비점을 초과하는 온도 T1로, 바람직하게는 110℃를 초과하여, 특히 135 내지 300℃로, 특히 바람직하게는 140 내지 160℃로 가열된다. 내압 설계로 인해, 대표 온도 T1에 대응하는 정압 P1이 형성된다. 고온에서 물에서의 황산철의 용해도가 감소됨에 따라 황산철 1수화물이 침전된다.
모액(용액 II)으로 알려진 황산철이 낮은 용액을 남기는(5), 황산철 1수화물의 분리(3)(단계 c)가 이어진다.
침전된 황산철 1수화물을 분리하기 위해, 당해 기술분야의 숙련가에게 친숙한 다양한 종류의 장치들, 예를 들어 사이클론 또는 필터, 바람직하게는 가압 필터 또는 진공 드럼 필터, 또는 원심 경사 분리기, 또는 캔들 필터가 사용될 수 있으며, 모든 여과 장치는 내압 설계된 것일 수 있다.
공정의 본질로 인해, 부착된 모액(용액 II)은 분리된 고형 황산철 1수화물에 간극수(interstitial water) 및 잔류 수분 형태로 잔류한다.
본 발명의 일 양태에서, 온도 T2 및 압력 P2에서 분리가 실시되며, T2는 온도 T1에 대응하고, P2는 압력 P1에 대응하여, 분리된 황산철 1수화물의 부분적 재용해를 가능한 한 회피한다.
본 발명의 다른 양태에서, 온도 T2 및 압력 P2에서 분리가 실시되며, 여기서, T2는 T1보다 높고, P2는 P1보다 크다. 보다 높은 온도 T2는 예를 들어, 여과 장치로 과열된 스팀 및/또는 고온 기체를 도입함으로써 달성할 수 있다. 과열된 스팀 및/또는 고온 기체는 바람직하게는 습윤 필터 케이크를 통과한다. 이에 따라 온도 T2 및 압력 P2가 황산철 1수화물 필터 케이크에 우세하다.
황산철 1수화물 생성물의 잔류 수분 함량은 이러한 방식으로 제어할 수 있다. 습윤 필터 케이크를 통한 과열된 스팀 및/또는 고온 기체의 통과, 및 이와 연관된 필터 케이크에서의 온도 상승은, 간극수 및 잔류 수분 형태로 고형 황산철 1수화물에 부착된 모액(용액 II)의 증발을 야기한다. 부착된 모액이 증발에 의해 농축되고/농축되거나 배출되는(expelled) 경우, 온도 상승의 결과로 황산철 1수화물은 동시에 추가적으로 결정화된다. 이는 궁극적으로는 고수율의 고형 황산철 1수화물 및 이러한 방식으로 달성된 필터 케이크 중의 특정한 잔류 수분 함량을 달성한다.
과열된 스팀 및/또는 고온 기체의 도입 동안, 부착된 모액(용액 II)에 용해된 황산철 1수화물의 추가적인 결정화로 인해, 앞서 형성된 조악한 결정인 고형 황산철 1수화물의 표면에 소형의 단일 결정이 추가적으로 형성된다. 이러한 결정은 조악한 결정인 고형 황산철 1수화물의 응집에 기여하며, 이는 생성물의 추가적인 가공에 유리한 상기 고체의 사전 응집을 야기한다.
고체에 대한 과열된 스팀 및/또는 고온 기체의 비교적 짧은 작용으로 인해, 상기 고체 자체에 더하여 증기 또는 기체 공간만이 가열되며, 장치에 존재하는 임의의 액체 및/또는 현탁액(모액)는 가열되지 않으며, 이는 추가적인 에너지 절약을 야기하므로 유익하다.
과열된 스팀 및/또는 고온 기체는 바람직하게는 우세한 압력에서의 모액의 비점을 초과하는 온도로 도입된다. 일반적으로, 온도 T1을 5℃ 이하로 초과하는 과가열은 잔류 수분 함량의 제어에 대하여 유리한 효과를 달성하기에 충분하다. 에너지적 관점으로부터, 온도 T1을 100℃ 이하로, 바람직하게는 60℃ 이하로, 특히 바람직하게는 20℃ 이하로 초과하는 과가열이 유리한 것으로 입증되었다.
본 발명의 특별한 양태에서, 분리 장치(3)는 제1 압력 용기(2)에 통합된다. 예를 들어, 이러한 경우 제1 압력 용기(2)는 내압 설계된 가열 가능한 드럼 필터일 수 있다. 당해 기술 분야의 숙련가는 이에 상응하는 장치와 친숙하다.
마찬가지로 이러한 양태에서, 황산철 1수화물 생성물의 잔류 수분 함량은, 혼합물 I 중의 고형 황산철 1수화물 형성의 완료(단계 b)에 이은 분리(3) 동안, 과열된 스팀 및/또는 고온 기체가 상기 장치로 도입되고, 상기 고체와 접촉되어 T1 및 P1보다 높은 온도 T2 및 대응하는 보다 높은 압력 P2가 상기 고체에 우세함으로써 제어될 수 있다.
잔류 수분 함량을 추가로 조정하기 위해, 분리된 습윤 고형 황산철 1수화물을 압력 차단(pressure lock)을 통하여 추가적인 압력 용기(4)로 공급하며(단계 d), 단계 c)에서 우세한 압력보다 낮은 압력 P3이 우세하다. 상기 추가적인 압력 용기(4)로 도입된 고형 황산철 1수화물의 온도는, 우세한 압력 P3에 대응하는 모액(용액 II)의 비점을 초과한다. 이는 상기 고체에 부착된 모액으로부터의 물의 속성 증발, 및 추가적인 황산철 1수화물의 결정화 배출을 야기한다. 마침내 황산철 1수화물 생성물이 배출된다(6). 이러한 방식으로 수득된 황산철 1수화물 생성물(6)의 잔류 수분 함량은, 추가적인 압력 용기(4)에서의 P3으로의 압력 감소 및 그에 따라 생성되는 대응되는 온도 T3을 제어함으로써 제어될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에서, 황산철 1수화물의 잔류 수분 함량의 추가적인 제어는, 온도 T3을 일정하게 유지할 수 있거나, 가열에 의해 보다 높은 온도가 설정 가능함을 의미하는 직접 또는 간접 가열이 장착된 추가적인 압력 용기(4)에서도 가능하다. 이러한 방식에서 추가적으로, 부착된 모액은 보다 효율적으로 증발될 수 있으며, 황산철 1수화물(6)의 보다 더 낮은 잔류 수분 함량이 달성된다. 용해도 거동과 관련하여, 다시 증가된 수율의 결과의 맥락에서 부착된 추가적인 황산철 1수화물이 모액으로부터 유사하게 결정화 배출되고, 상기 개시된 사전 응집이 실시된다.
상기 개시된 바와 같이 수득된 황산철 1수화물 생성물(6)은, 생성물의 전체 질량을 기준으로 하여 바람직하게는 최대 20중량%, 특히 최대 10중량%, 특히 바람직하게는 최대 5중량%의 잔류 수분 함량을 나타낸다. 상기 수분 함량은 중량이 불변할 때 까지 105℃에서 건조시켜 유리 수분으로 측정된다.
임의로, 수득된 황산철 1수화물 생성물(6)은 적합한 공지된 결합제, 예를 들어 물 또는 황산철 용액 및/또는 예를 들어 당류 또는 카복시메틸셀룰로오스계의 유기 결합제, 사용하는 통상적인 방법에 의해 후속적으로 응집될 수 있다.
다르게는, 본 발명에 따른 방법은, 수득된 황산철 1수화물 생성물이 최소화된 3가 이온 함량을 나타내는 방식으로 운용된다. 산화 조건이 우세한 경우, 3가 철이 공정 중에 생성될 수 있다. 게다가, 출발 물질인 황산철 7수화물이 3가 철을 이미 함유하는 경우, 황산철 1수화물 생성물은 3가철을 함유할 수 있다. 3가 철은 예를 들어, 혼합물 I의 생산 동안(1), 제1 압력 용기에서의 황산철 1수화물의 결정화 동안(2), 모액으로부터의 황산철 1수화물의 분리 동안(3), 또는 추가적인 압력 용기에서의 처리 동안(4) 형성될 수 있다.
- 단독으로 또는 조합되어 실시되는 - 다양한 수단이 황산철 1수화물 생성물 중 3가 철 함량을 최소화시킬 수 있다:
- 혼합물 I의 생산 동안(1) 및/또는 고형 황산철 1수화물의 형성 동안(2) 금속성 철 또는 다른 적합한 환원제의 첨가,
- 혼합물 I의 생산 동안(1) 및/또는 고형 황산철 1수화물의 형성 동안(2) 산화를 억제하기 위한 산(예를 들어, 황산) 또는 다른 물질의 첨가,
- 혼합물 I의 생산(1), 고형 황산철 1수화물의 형성(2), 분리(3), 또는 추가적인 압력 용기에서의 처리(4) 동안 증기, 예를 들어 스팀인, 비산화 기체, 예를 들어 질소의 도입.
예를 들어, 제1 단계(단계 a))에서 생산된 혼합물 I은 황산을 함유한다. 혼합물 I 중의 황산 농도는 60중량% 이하의 황산일 수 있다. 산업적인 양태에 대하여, 화합물 I 중의 황산 농도는 유리하게는 35중량% 이하, 바람직하게는 20중량% 이하, 특히 10중량% 이하, 및 특히 바람직하게는 0.1 내지 4.0중량% 이하의 범위이다. 황산 농도의 증가에 따라 황산철의 용해도가 감소하는 것으로 일반적으로 알려진 바와 같이(도 1 참조), 이러한 특정 양태는 보다 높은 황산철 1수화물의 수율을 야기하는 한편, 반면에 보다 작은 분획의 용해된 철은 모액(용액 II)에 잔류한다. 게다가, 황산의 존재는, 혼합물 I의 생산(단계 a)) 동안 그리고 고형 황산철 1수화물의 형성 동안(단계 b)) 그리고 황산철 1수화물의 분리 동안 모두에서 2가 철의 원치 않는 산화를 부분적으로 억제하거나, 완전히 예방한다.
게다가, 산화 예방 첨가제, 예를 들어 아황산나트륨, 또는 예를 들어 아황산 또는 황산, 나트륨 디티오나이트, 티오황산나트륨, 나트륨 하이드록시메탄설피네이트, 및 예를 들어 아스코르브산 또는 소르브산이 혼합물 I에 추가적으로 첨가될 수 있다. 일반적으로, 첨가제의 양은 혼합물 I의 전체 질량을 기준으로 하여 5중량% 미만, 바람직하게는 3중량% 미만, 특히 바람직하게는 1중량% 미만이다.
황산철 1수화물 생성물은 전체 철을 기준으로 하여, 바람직하게는 10중량% 이하, 특히 3중량% 이하, 특히 바람직하게는 1 중량% 미만의 3가 철 함량을 바람직하게 나타낸다.
특별한 양태에서, 용액 II(5)는 탱크(1)로 적어도 부분적으로 환송될 수 있다.
본 발명의 발달된 양태에서, 용액 II(5)에 잔류하는 철 함량 또한 대체로 회수된다. 이러한 종말에서, 탱크(1)로 환송되지 않는 용액 II(5)는 산화 반응기에 공급된다. 특별한 양태에서, 산화 반응기는 내압 설계된 것이며, 공기 또는 산소를 사용하여 작동된다. 이를 넘어서서, 산화를 돕기 위해 첨가제, 예를 들어 염(예를 들어 NaCl) 및/또는 알칼리성 물질(예를 들어 NaOH) 및/또는 산화 촉매, 예를 들어 산화물계 촉매(예를 들어 산화세륨, 산화망간)를 첨가할 수 있다. 온도는 바람직하게는 25℃를 초과하여, 특히 70 내지 300℃로, 특히 바람직하게는 140 내지 160℃로 설정한다. 고형의 수산화철 및/또는 산화철이, 고체의 분리 후 실질적으로 철을 포함하지 않는 용액 III과 같이 산화 동안 형성된다. 본 발명의 체계에서, "실질적으로 철을 포함하지 않는"은 전체 철 함량이 0.5중량% 미만임을 의미한다.
본 발명에 따라 수득된 황산철 1수화물은 공지된 방식으로, 예를 들어 동물 사료 및 비료 산업에서의, 정수에서의 일반적인 환원제로, 그리고 특히 시멘트에서의 크로메이트 환원에서의 환원제로 사용될 수 있다. 게다가, 산화철 안료로의 추가적인 가공 가능성, 또는 로스팅법에 의한 황산 제작의 가능성이 존재한다.
본 발명에 따라 제조된 산화철 및/또는 수산화철은 일반적으로, 탈황 공정에서, 그리고 산화철 안료를 생산하기 위해 또는 선철을 생산하기 위해 사용할 수 있다.
실시예
본 발명에 따른 방법은 예시적인 질량비를 기준으로 하여 하기에 예시되며, 이는 본 발명을 제한할 것을 의도하지 않는다.
실시예 1:
우선 황산철 7수화물 1,000㎏ 및 물 180㎏을 사용하여, 대략 41중량%의 황산철 함량 및 대략 180㎏의 계산된 철 함량을 나타내는 과포화된 황산철 7수화물 수용액(혼합물 I)을 생산한다. 황산 농도는 0.6중량%이다.
혼합물 I을 65℃로 가열하고, 가열 가능한 압력 용기에 공급한다. 상기 압력 용기에서 온도를 160℃로 올리고, 이러한 맥락에서 대략 6bar의 압력이 발생한다. 가열 동안, 대략 172㎏ 철에 상응하는 대략 522㎏ 양의 황산철 1수화물이 용해도 곡선에 따라 고체로 침전된다.
황산철 1수화물을, 상승된 압력 및 온도 조건하의 내압 회전식 드럼 필터에서 부착된 모액과 필터 케이크로 분리한다. 이러만 맥락에서 대략 8㎏의 철 함량을 갖는 대략 658㎏ 양의 저철 용액(용액 II)이 남겨진다. 분리된 황산철 1수화물의 잔류 수분 함량은 15중량% 범위이고, 3가 철 함량은 1.7중량% 미만이다.
속성 증발 보조의 결과, 스팀-가열된 혼합 스크류에서 압력이 후속적으로 주위 압력으로 감소되는 경우, 잔류 수분 함량의 8중량%로의 감소가 발생한다.
추가적인 단계에서 용액 II의 철 함량을 추가적으로 감소시키기 위해, 대략 36% NaCl 용액이 용액 II에 첨가된다. 상기 첨가된 85㎏ 양의 NaCl은 화학양론적으로 요구되는 양으로부터 계산되었으며, 모액 중의 설페이트 함량을 기준으로 하며, 10% 과량으로 사용된다. 상기 NaCl 함유 용액 II는 후속적으로 내압성의 가열된 산화 반응기에 공급된다. 용액 II에 존재하는 철 성분은 가열된 공기를 가하여 산화된다. 대략 140 내지 160℃ 및 대략 5 내지 6bar의 조건하, 및 대략 80%의 전환도에서, 수산화철 및 산화철(Fe2O3)이 대략 6㎏ 철에 상응하는 (산화철을 기준으로 하여) 대략 10㎏ 양의 고체로 형성된다.
대략 0.25중량%의 철 함량에 상응하는 대략 2㎏ 양의 용해된 철을 포함하는 대략 796㎏ 양의 폐수(용액 III)가 잔류한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 본래 사용된 황산철 7수화물로부터 황산철 1수화물로의 대략 96중량%의 철의 전환을 가능케하며, 특별한 양태에서, 산화철 및/또는 수산화철 형태의 대략 3중량% 철을 추가적으로 회수 가능케한다.
실시예 2:
실시예 1로부터의 조건이, 출발 현탁액 중의 황산 농도가 2.2중량%로 설정되는 것으로 수정되는 경우, 0.9중량% 미만의 황산철 1수화물의 3가 철 함량이 달성된다.
실시예 3:
실시예 1로부터의 조건이, 회전식 드럼 필터상의 필터 케이크가 스팀로 가압되고, 15℃로 과가열되는 것으로 수정된다. 이는 압력 방출 이전의 분리된 황산철 1수화물의 잔류 수분 함량을 9중량%로 감소시킨다. 혼합 스크류 중에서 압력을 주위 압력으로 후속적으로 방출시키는 동안, 속성 증발의 결과로 잔류 수분 함량은 4중량%로 감소된다.
Claims (18)
- 다음 공정 단계들로 특징지어지는, 황산철 7수화물의 가공 방법:
a) 탱크에서의 황산철 7수화물의 수용액 또는 현탁액(혼합물 I)의 형성 단계,
b) 혼합물 I을 제1 압력 용기에 공급하고, 혼합물 I을, 대기압에서의 혼합물 I의 비점을 초과하는 온도 T1로 가열하는 단계로서, 여기서, 압력 P1이 형성되고 고형 황산철 1수화물 및 용액 II가 형성되는, 단계,
c) 제2 압력 용기에서 온도 T2 및 압력 P2에서 용액 II로부터 상기 고형 황산철 1수화물을 분리하여, 황산철 1수화물 및 부착된 용액 II를 포함하는 분리된 고형 황산철 1수화물이 형성되는 단계,
d) 상기 분리된 고형 황산철 1수화물을 압력 P3인 제3 압력 용기에 공급하는 단계로서, 여기서, 상기 P3은 P2보다 낮고, 상기 제3 압력 용기에 들어가는 상기 분리된 고형 황산철 1수화물의 온도는 압력 P3에서의 용액 II의 비점을 초과하고, 단계 c) 동안 상기 분리된 황산철 1수화물의 온도가 압력 P3에 대응하는 온도 T3으로 떨어지는, 단계. - 제1항에 있어서, 단계 b)에서의 가열이, 110℃를 초과하는 온도로, 특히 135 내지 300℃로, 특히 바람직하게는 140 내지 160℃로, 이에 대응하는 양압에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, T1 이상의 온도의 과열된 스팀 또는 고온 기체가 단계 c)에 도입되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 과열된 스팀 또는 고온 기체의 온도가 T1을 100℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이하, 특히 20℃ 이하로 초과하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 압력 용기가 가열 가능한 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 추가적인 압력 용기가 가열 가능한 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압력 용기 및 제2 압력 용기가 동일한 용기인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)가 온도 T2 및 압력 P2에서 실시되고, 여기서, T2는 적어도 T1에 대응하고 P2는 적어도 P1에 대응하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d)의 종말에서, 상기 고형 황산철 1수화물이, 상기 고체의 전체 질량을 기준으로 하여, 최대 20중량%, 바람직하게는 최대 10중량%, 특히 최대 5중량%의 잔류 수분 함량을 나타내는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d)의 종말에서, 상기 고형 황산철 1수화물이, 전체 철을 기준으로 하여, 최대 10중량%, 바람직하게는 최대 3중량%, 특히 최대 1중량%의 3가 철 함량을 나타내는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d) 이후에 상기 고형 황산철 1수화물이 응집되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제11항에 있어서, 응집 동안 무기 또는 유기 결합제를 사용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 용액 II가 적어도 부분적으로 상기 단계 a)의 탱크로 환송되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 단계 d) 이후에 다음 공정 단계들이 후속되는 것을 특징으로 하는 방법:
e) 용액 II를 산화 반응기에 공급하고, 공기 또는 산소, 및 가능하게는 첨가제를 첨가하는 단계,
f) 25℃ 초과, 특히 70 내지 300℃, 특히 바람직하게는 140 내지 160℃ 범위의 온도로 설정하고, 산화철 및/또는 수산화철의 침전시키고 실질적으로 철을 포함하지 않는 용액 III을 형성하는 단계,
g) 상기 산화철 및/또는 수산화철의 분리 단계. - 제14항에 있어서, 단계 e)에서 염 또는 알칼리성 물질 또는 산화 촉매를 첨가제로 사용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 산화 반응기가 내압성이고, 적합한 경우, 가열 장치가 장착되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 황산철 1수화물을 다음 분야에서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법:
동물 사료, 비료, 정수, 예를 들어 시멘트 중 크로메이트 환원용, 산화철 안료 생산용, 로스팅(roasting)에 의한 황산 생산용 환원제. - 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화철 및 수산화철을 탈황 공정에 사용하거나, 산화철 안료 또는 선철로 추가적으로 가공하는 것을 특징으로 하는, 방법.
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