NO162429B - Fremgangsmaate for gjenvinning av alkali- eller jordalkalimetalloksyd eller -hydroksyd fra en opploesning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for gjenvinning av et alkali- eller jordalkalimetalloksyd eller -hydroksyd fra en oppløsning inneholdende et alkali- eller jordalkalimetallkarbonat, organiske kjemikalier og urenheter.

Fremgangsmåten er spesielt relevant med henblikk på regenerering av natriumhydroksyd fra den brukte lut som oppnås ved massekoking og/eller bleking av cellulosematerialer med natriumhydroksyd, med eller uten forskjellige hjelpestoffer, og spesielt når systmet er i det vesentlige svovelfritt.

En fremgangsmåte for gjenvinning av alkalimetallhydroksyder ved omsetning med overgangsmetalloksyder (spesielt jern (III) oksyd) I et hvirvelsjikt med etterfølgende oppfanging av det faste produkt i vann er allerede beskrevet i AU-PS 519 156 tilsvarende US-PS 4 224 289. Dette patent beskriver en fremgangsmåte for gjenvinning av et alkali- eller jordalkalimetalloksyd eller -hydroksyd fra en oppløsning som inneholder organiske kjemikalier og andre urenheter, som omfatter brenning av oppløsningen med et oksyd av et egnet overgangsmetall valgt blant Ti, Fe, Co, Ni og Mn, for å oppnå et produkt som inneholder en blandet oksydforbindelse av nevnte alkali- eller jordalkalimetall og nevnte overgangsmetall, deretter å vaske det blandede oksyd i koldt vann og deretter oppfanging av det vaskede faststoff i vann med høyere temperatur enn I vasketrinnet for å oppnå en oppløsning av et, oksyd eller hydroksyd av et alkali- eller jordalkalimetall og en utfelling av overgangs metalloksydet og etterfølgende separering av utfellingen for tilbakeføring til det første tilsetningstrihn og gjenvinning av en oppløsning av en alkali- eller jordalkalimetalloksydet eller -hydroksydet. Denne metode muliggjør at store partikler av overgangsmetalloksyd kan benyttes, noe som igjen tillater anvendelse av høye gasshastigheter i hvirvelsjiktet.

Når en fremgangsmåte som beskrevet i AU-PS 519 156 benyttes

i

er det uunngåelig at det skjer en viss forringelse av

partikkelstørrelsen på forskjellige punkter i systemet. For enkelhets skyld vil de små partikler som således dannes heretter generelt kalles "findelte stoffer", uansett hvor i systemet de dannes eller deres kjemiske form (det kan være seg overgangsmetalloksyd eller dobbeltoksyd av overgangsmetall og alkalimetall). Det er sammenligningsvis vanskelig å separere dette fine materiale som er tilstede etter oppfanging i vann fra regenerert alkalimetallhydroksyd oppløsning eller fra vannet (hvis noe) som benyttes for å vaske overgangsmetall oksydet. Dette resulterer i tap av alkalimetallhydroksyd hvis det findelte materialet deretter kasseres, eller reduksjon av den termiske effektivitet i prosessen hvis det findelte materialet tilbakeføres til hvirvelsjikt-reaksjonstrinnet på grunn av den varme som er nødvendig for å fordampe vann som er bundet til det findelte materialet fra andre deler av systemet, spesielt støv som samles fra røkgassen, direkte i kontakt med varmt vann for å gjenvinne alkalimetallhydroksyd. Videre kan når det gjelder tilbakeført overgangsmetalloksyd og på grunn av de relativt høye gasshastigheter som benyttes i hvirvelsjiktet, det findelte materiale rives med før det har reagert med forbindelsene av alkalimetallet og således blir anvendelses-effektiviteten redusert. Hvis videre det findelte materialet tilbakeføres og tapene fra systemet er små vil den midlere partikkelstørrelse av overgangsmetalloksydet progressivt reduseres og systemets ytelse forringes.

Det er en gjenstand for foreliggende oppfinnelse å redusere de problemer som presenteres på grunn av nærværet eller dannelsen av findelte materialer i regenereringsprosessen.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art idet den omfatter å brenne oppløsningen i et hvirvelsjikt av partikler av et oksyd av et overgangsmetall valgt blant Ti, Fe, Co, Ni og Mn og å holde hvirvelsjiktet ved en temperatur der alkali- eller jordalkalimetallkarbonatet smelter, deretter å gjenvinne en blandet oksydforblndelse av alkali- eller jordalkalimetallet og overgangsmetallet fra hvirvelsjiktet, og senke det blandede oksyd i vann ved en temperatur over 30°C for derved å gi alkali- eller jordalkalimetalloksyd eller -hydroksyd og et presipitat av overgangsmetalloksyd, og deretter å separere presipitatet for resirkulering til hvirvelsjiktet og gjenvinning av en oppløsning av alkali- eller jordalkalimetalloksyd eller -hydroksyd, og fremgangsmåten karakteri-seres ved at det finfordelte materialet i det resirkulerte overgangsmetalloksydpresipitat og finfordelt materiale samlet fra andre steder i systemet, spesielt fra røkgassen, underkastes kontakt med brukt væske fra en delignifiserings-prosess.

Findelt materiale som samles fra andre punkter i systemet, enten dette er metalloksyd, dobbelt-oksyd av overgangsmetall og alkalimetall eller en blanding av begge deler, behandles på samme måte.

Den oppnådde forbedring er delvis basert på at det er funnet at noe av det findelte materiale i hvirvelsjiktet agglomere-rer og danner partikler med brukbar størrelse. Disse agglomerater har moderate styrker men brytes ved gjennomgang gjennom systemet ned i størrelse med vensentlig høyere hastighet enn de partikler som ikke agglomereres. Hvis derfor denne metode skal benyttes for å tillate ny anvendelse av findelt materiale i prosessen er det nødvendig å øke agglomereringsgraden.

Det er funnet at ved å forbedre fordelingen av brukt massekokingsvæske i hvirvelsjiktet ved hjelp av et større antall matepunkter og/eller ved å innføre den brukte kokelut til hvirvelsjiktet som fine dråper, økes agglomererings-hastigheten for de fine partikler betydelig og i enkelte tilfeller er dette det eneste som er nødvendig for å tillate ny bruk av findelt materiale.

Som angitt ovenfor er agglomeratene av dårligere styrke enn naturlig forekommende materiale av samme størrelse og i enkelte utførelsesformer av prosessen kan det benyttede utstyr resultere i en nedslitning i en slik grad at agglome-rering ikke er den riktige måte for gj eninnarbeiding av det fine materialet i prosessen. I slike tilfeller kan man trekke nytte av den oppdagelse at hvis noe av eller alt findelt materiale som samles fra hensiktsmessige punkter i systemet pelletiseres (etter tørking hvis dette er nødvendig for drift av pellitiseringsapparaturen) uten bruk av bindemidler andre enn vannet og så føres tilbake til hvirvelsjiktreaksjons-trinnet så vil i motsetning til det man skulle forvente disse pellets når de forlater hvirvelsjiktet være tilstrekkelig sterke til at en vesentlig andel overlever etterfølgende behandling og har egenskaper tilsvarende de til store partikler. Grunnen til utvikling av denne styrke er ikke helt ut forstått men det antas at gjenværende alkalimetall i det findelte materiale reagerer med overgangsmetalloksydet og/eller urenheter i forbindelse med overgangsmetalloksyd og danner forbindelser som binder partiklene sammen.

Hvis organiske forbindelser, spesielt den brukte kokelut hvorfra alkalimetallhydroksydet skal gjenvinnes (der dette er hensiktsmessig), blandes med det findelte materiale før eller under pelletiseringstrinnet og disse pellets så mates til hvirvelsjiktet, er disse pellets som forlater sjiktet meget sterkere og deres styrke kan være tilsvarende den til de opprinnelige overgangsmetalloksydpartikler. Graden av virkning varierer avhengig av overgangsmetalloksydet som er involvert men er spesielt stor når jern (III) oksyd benyttes. Grunnen til dette uventede resultat er usikker med det antas at forbrenningen av organisk materiale inne i disse pellets resulterer i reduserende forhold som har en tendens til å overføre overgangsmetallet til et lavere oksydasjonstrinn. I denne reduserte tilstand sintres så de fine partikler og danner en meget sterk matriks (det er for eksempel godt kjent at hematitt lett sintres under egnede reduserende betingelser). Når forbrenningen av det bindende organiske materiale er i det vesentlige ferdig er det etablert oksyderende tilstander i det indre av disse pellets og noe av eller alt overgangsmetall bringes tilbake til det opprinnelige oksydasjonsnivå og den opprinnelige kjemiske form men forblir i sterk bundet fysikalsk form.

Ved å benytte denne metode er det mulig å redusere opp-friskningsbehovene av overgangsmetalloksyd uten de vanske-ligheter og mangler som opptrer hvis findelt materiale benyttes om igjen direkte.

Som I AU-PS 486 132 (tilsvarende US-PS 4 000 262) og 519 156 kan alkaliregenereringsprosessen gjennomføres som en del av en Bayer-Bauxitt-prosess for å regenerere natriumhydroksyd eller aller helst for å regenerere alkalisk massekokingslut fra i det vesentlige svovelfrie delignifiseringsprosesser eller blekevæsker som ble benyttet til slike prosesser. Pelletiseringsmetoden med organisk bindemiddel kan også benyttes for å danne sterke pellets fra jernmalmer i andre prosesser.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til de ledsagende eksempler.

Eksempel 1.

Prøver på findelt materiale (hovedsaklig natrrium ferrit) som var separert fra avgassene fra et pilotanlegg som arbeidet under den prosess som beskrevet i AU-PS 519 156, ble behandlet i en pannepelletisør ved bruk av forskjellige vandige oppløsninger for å binde disse pellets.

De således fremstilte pellets ble tørket i en ovn ved 105°C og deretter oppvarmet til 950°C i 45 min. Disse pellets ble så siktet og den midlere kompres j onsstyrke på 2 - 4 mm partikler ble bestemt med de resultater som er angitt 1 tabell 1.

Eksempel 2.

Naturlig hematitt ble knust, siktet og fraksjonen som gikk gjennom en 2 mm sikt men som ble holdt tilbake på en 0,25 mm sikt ble matet med en matehastighet på 130 kg/time til det hvirvelsjikt der brukt soda-kinon massekokingsvæske ble brent ved den metode som er beskrevet i AU-PS 519 156. Under disse betingelser ble findelte stoffer mindre enn 0,25 mm revet med fra hvirvelsjiktet i en midlere mengde på 40 kg/time.

En tilsvarende prøve ble gjennomført bortsett fra at istedet for kunst hematitt ble findelt hematitt-materiale pelletisert i en panne pelletisør med brukt sodakokevæske som bindemiddel og tilført til hvirvelsjiktet i en mengde av 150 kg/time hvorav ca. 72 kg/time var mindre enn 0,25 mm, og denne fraksjon skulle man forvente skulle rives med fra hvirvelsjiktet. Under disse betingelser ble findelt materiale revet med fra hvirvelsjiktet i en midlere mengde av 54 kg/time.

En tilsvarende prøve ble gjennomført bortsett fra at istedet for knust hematitt ble findelt materiale separert fra avgassene fra hvirvelsjiktet pelletisert i en pannepelletisør med brukt sodakokevæske som bindemiddel og tilført til hvirvelsjiktet i en mengde av 120 kg/time hvorav ca. 10 kg/time var mindre enn 0,25 mm. Under disse betingelser ble findelt materiale revet med fra hvirvelsjiktet i en gjennomsnitlig mengde av 41 kg/time.

Eksempel 3.

Et hvirvelsjikt ble kjørt etter den metode som er beskrevet i AU-PS 519 156. Brukt sodakokevæske ble tilført til hvirvel-sj iktsområdet gjennom et vannkjølt rør slik at væsken kom som en kontinuerlig strøm og det var minimal dispersjon av væsken før kontakt med hvirvelsjiktet. Under disse betingelser ble findelt materiale revet med fra hvirvelsjiktet i en midlere mengde av 58 kg/time.

En tilsvarende prøve ble gjennomført bortsett fra at trykkluft ble benyttet sammen med den brukte massekokingsvæske før passasje gjennom det vannkjølte rør slik at væsken kom frem som en grov spray og det var større dispersjon av væsken. Under disse betingelser ble findelt materiale revet med fra hvirvelsjiktet i en midlere mengde av 32 kg/time.

En tilsvarende prøve ble gjennomført bortsett fra at den brukte massekokingsvæske ble tilført til hvirvelsjiktområdet gjennom et rør omgitt av et annet rør med komprimert luft tilført til ringromrnet mellom rørene, slik at skjærkraftpå-virkningen av luften på den uttredende strøm av væske ga en fin spray slik at dispergeringen av væsken ytterligere ble øket. Under disse betingelser ble findelt materiale revet med fra hvirvelsjiktet i en midlere mengde av 21 kg/time.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for gjenvinning av et alkali- eller jordalkalimetall -oksyd eller -hydroksyd fra en oppløsning inneholdende et alkali- eller jordalkali-metall-karhonat, organiske kjemikalier og urenheter, omfattende å brenne oppløsningen i et hvirvelsjikt av partikler av et oksyd av et overgangsmetall valgt blant Ti, Fe, Co, Ni og Mn og å holde hvirvelsjiktet ved en temperatur der alkali- eller jordalkalimetallkarbonatet smelter, deretter å gjenvinne en blandet oksydforbindelse av alkali- eller jordalkalimetallet og overgangsmetallet fra hvirvelsjiktet, og senke det blandede oksyd i vann ved en temperatur over 30°C for derved å gi alkali-'eller jordalkal ime talloksyd eller -hydroksyd og et presipitat av overgangsmetalloksyd, og deretter å separere presipitatet for resirkulering til hvirvelsjiktet og gjenvinning av en oppløsning av alkali- eller jordalkalimetalloksyd eller -hydroksyd, karakterisert ved at det finfordelte materialet i det resirkulerte overgangsmetalloksydpreslpltat og finfordelt materiale samlet fra andre steder i systemet, spesielt fra røkgassen, underkastes kontakt med brukt væske fra en delignifiserings-prosess.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at brukt kokelut innføres i hvirvelsjiktsonen i forbrenningskammeret som fine dråper og eller innføres i hvirvelsjiktsonen i forbrenningskammeret fra et antall innløp.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det finfordelte materialet i det resirkulerte overgangsmetall og materiale i det resirkulerte overgangsmetall og materia]er samlet fra andre punkter i systemet pelletiseres før tilførsel til hvirvelsjiktet.

4. Frem<g,>ainig.småte ifølge krav 3, karakterisert v e d at, dis;s:e pellets tildannes ved bruk av en oppløsning av en organisk foiFbindel se som bindemiddel.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2 og 3<*>,, karakterisert ved at disse pellets tildanmies ved bruk av vann eller en oppløsning, av alkali- eller jordaIk:allmetaller' som bindemiddel.

6, Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at disse pellets tildannes ved bruk av brukt delignifiseringsvæske som bindemiddel.