RO128026A2 - Procedeu şi instalaţie optimizată de obţinere a soluţiei apoase de clorură ferică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi la o instalaţie pentru obţinerea unei soluţii apoase de clorură ferică. Procedeul conform invenţiei constă din contactarea, într-o zonă de reacţie, la temperatura de fierbere a masei de reacţie, a unui strat fix de oxizi de fier cu acid clorhidric de sinteză, clor şi acid clorhidric rezidual, rezultând o soluţie de clorură feroasă şi clorură ferică, ce se purifică prin decantarea de impurităţi solide şi lichide, după care se clorurează şi se filtrează, obţinându-se o soluţie apoasă de clorură ferică, având un conţinut de 36...45% clorură ferică. Instalaţia conform invenţiei este formată dintr-un reactor (1) pentru dizolvarea oxizilor de fier, o coloană (7) de denocivizare a gazelor cu soluţie de clorură feroasă - clorură ferică, nişte vase (6, 9 şi 18) de decantare, o coloană (13) de clorurare, un filtru (19) şi nişte pompe cu răcitoare, pentru realizarea parametrilor de lucru.

Description

Procedeu si instalație optimizata de obținere a soluției apTTtKnl e clorura ferica

Prezenta invenție se refera la un procedeu si la instalația aferenta de obținere a soluției apoase de clorura ferica prin tratarea oxizilor de fler cu acid clorhidric de sinteza, clor si acid clorhidric rezidual rezultat ca deseu de fabricație din procesele de decapare a laminatelor dc otelcarbon cu acid clorhidric.

Se cunoaște procedeul de obținere a clorurii ferice din oxizi de fier ( tunder). acid clorhidric de sinteza ( 32-33 % gr. HC1) si clor sau aer (Brevet RO 125295/2010). dar acest procedeu prezintă următoarele dezavantaje:

- utilizarea clorului este doar intermitenta pentru eliminarea substanțelor insolubile din stratul de tunder.

- clorura ferica obtinuta este mai scumpa deoarece nu se folosește, ca materie prima si acidul clorhidric rezidual de decapare, care este un deseu de fabricație, fara valoare, cu conținut ridicat de clorura feroasa si acid clorhidric iar instalația, conform figurii prezentate, nu este optimizata economic.

Se cunoaște si procedeul de utilizare a acidului clorhidric rezidual de decapare la fabricarea clorurii ferice ( Brevet RO 121639/2006), dar acest procedeu folosește, ca materie prima, deșeuri feroase, a căror preț a crescut foarte mult in ultimul timp si procedeul a devenit nerentabil.

Se cunoaște si instalația de obținere a clorurii ferice sub forma de soluție apoasa ( Brevet RO 109188/1994). dar aceasta instalație consuma multa energie electrica, cuprinde multe faze tehnologice si ca urmare prin costul ridicat al clorurii ferice obtinuta instalația a devenit nerentabila.

Procedeul, conform invenției înlătură aceste dezavantaje prin aceea ca, intr-un reactor, in care se găsesc oxizi de fier ( tunder) așezați intr-un strat fix cu inaltimea de 0,1-4,0 m, se introduc la baza stratului acid clorhidric de sinteza distribuit omogen pe toata secțiunea reactorului si un debit calculat de clor in funcție de debitul si compoziția celorlalți reactanti. astfel incat sa fie in deficit fata de clorura feroasa din rector cu minimum 20 %gr. dar sa producă fierberea masei de reacție iar la o înălțime de 0,5-1,5 m de locul de intrare a acidului clorhidric de sinteza sc poate doza la temperatura mediului sau preancalzita cu masa de reacție care iese din reactor si o cantitate de acid clorhidric rezidual provenit din decaparea laminatelor de otel-carbon cu acid clorhidric, in asa fel incat prin trecerea acidului prin stratul fix de tunder concentrația acidului clorhidric in masa de reacție sa scada la max. 0.7 % gr. si densitatea soluției de clorura feroasa-clorura ferica la ieșirea din reactor sa fie cea prestabilita in limitele 1,36-1,45 g/ml, care după ce se răcește prin curgere libera pana la temperatura de 80-90 C si se supune unei operații preliminare de decantare pentru separarea particolelor fine de tunder si a substanțelor insolubile antrenate din reactor in vederea recuperării oxizilor de fier prin tratarea lor cu acid clorhidric de sinteza, o parte din soluția de clorura feroasaclorura ferica se poate reintroduce cu o pompa in reactor iar restul se pompează intr-un vas pentru separarea finala a impurităților solide si îndepărtarea substanțelor uleioase, după care, o parte din soluția de clorura feroasa- clorura ferica se recircula printr-o coloana cu umplutura in contracurent cu gazele reziduale din instalație pentru neutralizarea clorului si pentru condensarea vaporilor dc apa. iar restul soluției de clorura feroasa- clorura ferica curge liber intr-o coloana de clorurare, unde prin oxidarea cu clor a clorurii feroase la temperatura de 55-80 C se obține soluția de clorura ferica cu concentrația de 36-45% FeC13, maxim 0,05 % Fe2+ si maxim 0,7% HC1, care se diluiaza cu apa pana la concentrația solicitata de piața, după care soluția obtinuta se pompează intr-un vas pentru îndepărtarea impurităților solide, se fitreaza si prin cădere libera ajunge la depozitul de produs finit.

Slamul decantat in vasele de decantare din instalație, după ce se spala repetai cu apa in vasele respective, se elimina prin cădere libera intr-un canal decantor. unde are loc separarea apei de substanțele insolubile; apa limpede se poate recircula in instalație sau curge liber la slatia de epurare iar slamul decantat se incarca intr-un mijloc de transport etanș si se depozitează in batalul ecologic de substanțe anorganice.

. Instalația pentru obținerea soluției apoase de clorura ferica este constituita dintr-un reactor in care au loc reacțiile dintre acidul clorhidric de sinteza, clor si oxizii de fier introduși in reactor printr-o pâlnie prin piciorul careia se stabilește inaltimea stratului de tunder in reactor iar in stratul

201 1 - ο ο 5 2 3 - Ο 2 -06- 2011

de oxizi la ο înălțime de 0.5-1,5 m de intrarea acidului clorhidric de sinteza se poale introduce printr-un distribuitor si acid clorhidric rezidual de decapare, iar mai departe reactorul este racordat prin intermediul unui racilor cu un vas de decantare prevăzut cu un agitator pentru prelucrarea oxizilor de fier antrenați din reactor, in legătură cu o pompa care poate reintroduce masa de reacție din vasul de decantare preliminară in reactor, dar care trimite soluția de clorura feroasa-clorura ferica din decantorul preliminar intr-un vas de decantare final printr-un tub central, care merge pana aproape de fundul vasului, pentru eficientizarea operației de decantare, iar soluția de clorura feroasa- clorura ferica după ce trece printr-un dispozitiv care retine substanțele uleioase in vasul final de decantare, o parte este recirculata printr-o coloana de denocivizare. avand diametrul de 0.6l.lm si 2-3 straturi de umplutura, in contracurent cu gazele reziduale din instalație, iar cealalta parte curge liber intr-o coloana de clorurare, cu diametrul de 0.6-2.0 m si 2-3 pachete de site de titan pentru amestecarea reactantilor, in legătură cu un racitor pentru preluarea căldurii reacției de clorurare, fie prin turbulenta creeata de o pompa prin racitor, fie printr-un by-pass datorita termosifonului generat de clorul gazos prin coloana de clorurare, după care clorura ferica oblinuta in coloana de clorurare este trimisa cu pompa la depozitul de produs finit, fie direct printr-un filtru echipat cu 110 saci filtranti cu lungimea de 0,8-1,5 m. fie printr-un vas de decantare montat la cota + 12.0 m si un filtru identic cu filtrul anterior.

Slamul decantat in vasele de decantare din instalație, după ce se spala repetat cu apa in vasele respective, se elimina prin cădere libera intr-un canal decantor cu lungimea de 30-50 m. latimea de 0.8-1.2 m si adancimea de 1,5-2,0 m, unde are loc separarea apei de substanțele insolubile; apa limpede se poate recircula parțial in instalație sau curge liber la statia de epurare iar slamul decantat se incarca intr-un mijloc de transport etanș si se depozitează in batalul ecologic de substanțe anorganice.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

1. Soluția apoasa de clorura ferica are un cost de fabricație foarte mic atat datorita materiei prime si parametrilor de lucru folosiți in procedeu cat si a modului economicos de concepere a instalației aferenta procedeului.

2. Cloruria ferica obtinuta este de calitate superioara datorita conținutului mic de acid clorhidric. de ioni ferosi si de metale grele, parametrii calitativi solicitați tot mai mult de piața in epurarea apelor reziduale si in tratarea apelor utilizate in industrie.

In continuare se da un exemplu de realizare a instalației cu referire la figura, care reprezintă schema tehnologica a instalației aferenta procedeului.

Exemplul 1. Intr-un reactor cilindric vertical 1 se introduc periodic oxizi de fier prin palnia 2, care este tot timpul plina cu tunder si care prin piciorul ei menține in reactor un nivel constant de 3.5m tunder La partea inferioară a stratului de Tunder se introduce debitul calculat de acid clorhidric de sinteza ( 32-33 % gr. HCI) in funcție de producția dorita de clorura ferica printr-un distribuitor, care repartizează uniform acidul pe secțiunea reactorului. Tot la partea inferioara a reactorului se introduce un debit de clor calculat in funcție de debitul si compoziția celorlalți reactanti. astfel incat clorura feroasa din reactor sa fie cu minimum 20 % in exces fata de clor. Clorul introdus in reactor prin efectul exoterm al reacției de clorurare a clorurii feroase realizează temperatura optima pentru desfasurarea reacțiilor chimice din reactor si o fierbere moderata a masei de reacție care pe langa efectul de omogenizare a acidului clorhidric in stratul de tunder elimina si substanțele insolubile din masa de reacție. La o distanta de 0,5-1,5 m de intrarea clorului de sinteza in reactor se introduce si un debil de acid clorhidric rezidual in asa fel calculat incat concentrația acidului clorhidric in masa de reacție la ieșirea din reactor sa nu depaseasca 0.7%gr. Prin trecerea ascendentă a acidului clorhidric si a clorului prin stratul de oxizi de fier, încălziți inițial cu clor la minimum 60C. au loc următoarele reacții chimice:

l.FeC12 + CI = FeC13

2. FeO + 2HC1 = FeCl₂ + H₂O

3. Fe₂O₃ + 6FIC1 = 2FeCl₃ + 3H₂O

/Λ 2 Ο 1 ι - Ο Ο 5 2 3 - 0 2 -06- 2011

Secțiunea reactorului și înălțimea stratului de oxizi se corelează cu debitul de acid clorhidric astfel încât, la trecerea ascendenta a acidului prin strat, concentrația acidului clorhidric nereactionat în soluția de clorură feroasă - clorură ferică obținută la vârful reactorului să nu depășească valoare de 0,5% gr.

Masa de reacție din reactor trece prin cădere libera prin racitorul 4 asfel incat. prin modificarea debitului apei de răcire temperatura ei sa scada pana la valoarea de 80-90 C, după care intra in decantorul preliminar 6. In cazul in care se folosește, ca materie prima si acidul clorhidric rezidual, masa de reacție se poate raci cu acidul clorhidric rezidual care intra in reactor.

Șlarnul și particulele fine de oxizi de fier antrenate de soluția FeCh-FeCh se separă la partea inferioară a decantorului 6 și periodic se tratează cu acid clorhidric concentrat pentru recuperarea oxizilor de fier nereactionați. Din această cauză decantorul 6 este prevăzut la partea inferioară cu un agitator 7. care se pune în funcțiune numai pentru recuperarea fierului și eliminarea șlamului din decantor.

Soluția de clorură feroasa-clorura ferica din decantorul 6 se pompează într-un decantor final 9, printr-un tub central 10 care ajunge pana aproape de fundul vasului pentru evitarea turbulentei si eficientizarea procesului de decantare.

Oxizii de fier (Tunder) proveniți din unitățile siderurgice conțin cantități apreciabile de substanțe uleioase care se pierd din sistemul de ungere al laminoarelor. Pe conducta de ieșire a soluției de clorură feroasa-clorura ferica din decantorul 9 este montat un dispozitiv 11 care retine substanțele uleioase in vas. O parte din soluția curata de clorură feroasa- clorură ferica este recirculata cu pompa 12 in coloana 8 cu diametrul de 0,6 m si 3 straturi de umplutura Rasching in contracurent cu gazele reziduale din reactorul 1 si din coloana de clorurare 13 pentru neutrlizarea clorului si reținerea vaporilor de apa si acid clorhidric înainte de esaparea gazelor in atmosfera iar restul intra prin cădere libera in cloruratorul 13. Cloruratorul 13 are diametrul de 1,1 m si trei pachete de site de titan montate in interior care asigura contactarea soluției de clorură feroasaclorura ferica cu clorul gazos care intra in clorurator in contracurent. Are loc reacția de oxidare a clorurii feroase cu clor la temperatura de 65-75 C și se obține o soluție de clorură ferică cu 42% FeCfi, 0,035% Fe²⁺ și 0,4% HC1, conform reacției:

FeC12 + CI = FeC13 ’

Operația de clorurare este condusa in funcție de indicațiile unui aparat redox care arata echivalenta dintre clor si clorură feroasa are loc, si se poate desfășura in proces discontinuu, pe șarje, sau in proces continuu. Preluarea căldurii de reacție se face prin recircularea masei de reacție cu pompa 16 prin racitorul 15. In cazul funcționarii in proces discontinuu racirea se poate face fara pompa, pc baza circulației inverse prin by-passul 14, datorita micșorării densității masei de reacție din coloana produsa de clorul gazos. Soluția de clorură ferica de 42 % FeC13 se poate livra la beneficiari ca atare iar daca se impune concentrația de 40 % FeC13 se procedează la diluarea ei cu apa filtrata in funcție de indicațiile unui densimetru de proces. Cu pompa 16 soluția de clorură ferica se poate trimite direct da depozitul de produs finit prin filtrul cu saci 17 sau se trimite in decantorul 1 8 de unde prin cădere libera trece prin filtrul 18 si ajunge tot in depozit. Filtrele 17 si 18 sunt echipate cu 110 saci filtranti cu panza adecvata pe suport de titan cu lungimea de 1.0 m si diametrul de 0,1 m.

Slamul decantat in vasele de decantare 6, 9, si 18 se spala cu apa filtrata de doua ori pentru recuperarea clorurii feroase si clorurii ferice si reintroducerea lor in proces iar slamul decantat se elimina cu apa intr-un canal colector cu lungimea de 45 m, latimea de 0,8 m si adancimea de 2.0 m.

După decantarea șlamului, apa limpede curge liber la statia de epurare iar slamul decantat, o data pe an, se incarca in mijloace de transport etanșe si se trimite la batalul de substanțe anorganice. In cazul in care se poate achiziționa un filtru cu rame sau o centrifuga decantoare prelucrarea șlamului. înainte de evacuarea lui din instalație, se poate face mult mai bine cu aceste utilaje.

Claims (2)

1. Procedeu de obținere a soluției apoase de clorura ferica, prin reacția dintre oxizi de fier ( tunder ). acid clorhidric de sinteza, acid clorhidric rezidual si clor, caracterizat prin aceea ca intr-un reactor, in care se găsesc oxizi de fier ( tunder) așezați intr-un strat fix cu inaltimea de 0.14.0 m. se introduc la baza stratului acid clorhidric de sinteza distribuit omogen pe toata secțiunea reactorului si un debit calculat de clor in funcție de debitul si compoziția celorlalți reactanti, astfel incat sa fie in deficit fata de clorura feroasa din reactor cu minim 20 %gr. dar sa producă fierberea masei de reacție iar la o înălțime de 0,5-1,5 m de locul de intrare a acidului clorhidric de sinteza se poate doza la temperatura mediului sau preincalzita cu masa de reacție care iese din reactor si o cantitate de acid clorhidric rezidual provenit din decaparea laminatelor de otel-carbon cu acid clorhidric, in asa fel incat prin trecerea acidului prin stratul fix de tunder concentrația acidului clorhidric in masa de reacție sa scada la max. 0.7 % gr. iar densitatea soluției de clorura feroasaclorura ferica la ieșirea din reactor sa fie cea prestabilita in limitele 1,36-1,45 g/ml. care după ce se răcește prin curgere libera pana la temperatura de 80-90 C si se supune unei operații preliminare de decantare pentru separarea părticelelor fine de tunder si a substanțelor insolubile antrenate din reactor in vederea recuperării oxizilor de fier prin tratarea lor cu acid clorhidric de sinteza, o parte din soluția de clorura feroasa- clorura ferica se poate reintroduce cu o pompa in reactor iar restul se pompează intr-un vas pentru separarea finala de impuritățile solide si îndepărtarea substanțelor uleioase, după care, o parte din soluția de clorura feroasa- clorura ferica se recircula printr-o coloana cu umplutura in contracurent cu gazele reziduale din instalație pentru neutralizarea clorului si pentru condensarea vaporilor de apa, iar restul soluției de clorura feroasa- clorura ferica curge liber intr-o coloana de clorurare, unde prin oxidarea cu clor a clorurii feroase la temperatura de 5580 C se obține soluția de clorura ferica cu concentrația de 36-45% FeC13. maxim 0,05 % Fe2+ si maxim 0,7% HC1. care se diluiaza cu apa pana la concentrația solicitata de piața, după care se pompează intr-un vas pentru îndepărtarea impurităților solide, se fitreaza si ajunge prin cădere libera la depozitul de produs finit.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca slamul separat in vasele de decantare din instalație, după ce se spala repetat cu apa in vasele respective, se elimina prin cădere libera intr-un canal decantor, unde are loc separarea apei de substanțele insolubile; apa limpede se poate recircula in instalație sau curge liber la statia de epurare iar slamul decantat se incarca intr-un mijloc de transport etanș si se depozitează in batalul ecologic de substanțe anorganice.

3. Instalația pentru obținerea soluției apoase de clorura ferica, in condițiile de proces tehnologic descris in revendicările 1-2, cuprinzând un reactor de dizolvare tunder, vase de decantare, racitoare, un filtru, o coloana de denocivizare gaze de proces, coloana de clorurare si pompe de alimentare reactanti si recircularea produselor de reacție, caracterizata prin aceea ca. este constituita dintr-un reactor (1), in care au loc reacțiile dintre acidul clorhidric de sinteza, clor si oxizii de fier introduși in reactorul ( 1) printr-o pâlnie (3) care stabilește prin lungimea stutului de evacuare din pâlnie inaltimea stratului de tunder in reactorul (1) iar in stratul de oxizi la o înălțime de 0,5-1,5 m de intrarea acidului clorhidric de sinteza se poate introduce printr-un distribuitor ( 2) si acid clorhidric rezidual de decapare, după care reactorul (1) este racordat prin intermediul unui racitor (4) cu un vas de decantare (6) prevăzut cu un agitator (7) pentru recuperarea oxizilor de fier antrenați din reactor in legătură cu o pompa (5) care poate reintroduce masa de reacție din vasul (6) in reactorul (1). dar care trimite soluția de clorura feroasa-clorura ferica din vasul (6) intr-un vas de decantare final (9) printr-un tub central ( 10), care merge pana aproape de fundul vasului (9), pentru eficientizarea operației de decantare, iar soluția de clorura feroasa- clorura ferica după ce trece printr-un dispozitiv (11) montat pentru reținerea substanțelor uleioase in vasul (9). o parte este recirculata printr-o coloana (8), avand diametrul de 0,6-1,Im si 2-3 straturi de umplutura, in contracurent cu gazele reziduale din instalație, iar cealalta parte curge liber intr-o coloana de /

-4 - Cfy

2 Ο 1 1-00523-0 2 -06- 2011 creeata de o pompa (16) prin racitorul (15), fie printr-un by-pass (14) datorita termosifonului generat de clorul gazos prin coloana (13), după care clorura ferica obtinuta in coloana ( 13) este trimisa cu pompa (16) la depozitul de produs finit, fie direct printr-un filtru ((17) echipat cu 110 saci filtrant! cu lungimea de 0,8-1,5 m. fie printr-un vas de decantare (18) montat la cota + 1 2,0 m si un filtru (19) identic cu filtrul (17).