SK5092002A3 - Process and apparatus for recovering metal oxides - Google Patents

Description

Spôsob a zariadenie na výrobu oxidov kovov

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu na výrobu oxidov kovov z roztokov obsahujúcich soli týchto kovov, prednostne pri výrobe alebo spätnej výrobe kyselín, obsahuje rozprašovanie a praženie roztokov, ako aj príslušné zariadenie, ktoré obsahuje rozprašovací a pražiaci reaktor s najmenej jedným vtokom pre roztok, odvodom pre kyselinu a výpustom pre vytvorený oxid.

Doterajší stav techniky

Na spätnú výrobu kyselín a súčasnú výrobu kovových oxidov sú spracovávané vodnaté roztoky zlúčenín kovov a kyselín okrem iného prostredníctvom rozprašovania a praženia, to znamená, že roztoky prednostne rozprášené sa dopravujú prostredníctvom jedného alebo viacerých horákov do spodnej oblasti vykurovaného reaktora, kde nasleduje chemická premena. Prostredníctvom pôsobenia tepla sa najprv odparí kvapalina, nasledovne sa začne rozkladať kovová zlúčenina a mení sa na oxid. Spaliny pár prítomných kyselín sa napríklad dočisťujú v cyklóne, ochladzujú vo Venturiho zariadení a vymývajú v kolónach. Naproti tomu sa oxid vyhrabáva napríklad prostredníctvom komôrkového kolesa. Na základe krátkej doby zotrvania zväčša ostáva na kove viazaný určitý podiel zbytku kyseliny, ktorý sa už dostatočne neodstráni a môže ostať v oxide ako nečistota. Ak je zvolená teplota reaktora príliš vysoká, aby aj praženie väčších kvapiek alebo iného vo vnútri rozprašovacieho kužeľa čo najdlhšie pokračovalo, dochádza na iných miestach ku prehriatiu a tým ku zhoršeniu kvality oxidu, najmä k zmenšeniu špecifického povrchu, pričom charakteristické hodnoty možno dosiahnuť len asi 2,7 m²/g. Ί oto sa vyskytuje najmä v súvislosti s vysokou koncentráciou železa a výrobou oxidu kovu s vysokou čistotou.

V EP Ο 895 962 Al je preto navrhnuté po rozprašovaní a pražení oddelené dodatočné praženie oxidov (napríklad oxidu železa). Na rozprašovanie a praženie s krátkou dobou zotrvania za relatívne nízkej teploty cca 500 až 600 °C nadväzuje oddelené dodatočné praženie s podstatne dlhšou dobou zotrvania a s prednostne taktiež nízkou teplotou cca 400 až 500 °C. Týmto by mali byť vyrobené okrem iného oxidy s vyšším špecifickým povrchom. Avšak práve na základe dlhej doby zotrvania pri dodatočnom pražení je prietok cez zariadenie ohraničený na relatívne nízku úroveň a zariadenie je na základe oddelene stanovenej oblasti dodatočného praženia veľmi nákladné a rozsiahle.

Podstata vynálezu

Úlohou predloženého vynálezu je preto spôsob ako aj zariadenie na jeho uskutočnenie, ktoré môžu zachovať vysoký prietok dokonalého rozprašovania a praženia a predsa môžu vytvoriť oxidy požadovanej vysokej kvality, najmä s vysokým špecifickým povrchom. K tomu má byť zariadenie ešte podľa možnosti kompaktné a jednoducho skonštruované.

Na vyriešenie týchto úloh sa v úvode uvedený spôsob podľa vynálezu vyznačuje tým, že rozprašovanie a praženie sa uskutočňuje najmenej v dvoch stupňoch, pričom po najmenej jednom odparovacom stupni nasleduje najmenej jeden stupeň premeny. Oddelením odparenia kvapaliny a premeny kovových solí na príslušné oxidy je možné redukovať objemovú hustotu energie a tým zlepšiť kvalitu oxidov. V odparovacom stupni je absorbované mnoho energie bez podstatného zvyšovania teploty, pričom odparovanie rozprašovaného roztoku môže byť prídavné zlepšené nasadením dýz s malými veľkosťami kvapiek. V nasledujúcom stupni premeny sa môže uskutočniť tvorba oxidov pri nižšej a preto obzvlášť veľký špecifický povrch spôsobujúcej teplote bez toho, aby bolo požadované zdĺhavé dodatočné praženie s dlhou dobou zotrvania a tým nepatrným prietokom.

Obzvlášť výhodným pre kompaktnosť zariadenia je variant spôsobu, pri ktorom sa v tom istom reaktore uskutočňujú najmenej jeden odparovací stupeň a najmenej jeden stupeň premeny.

Keď podľa ďalšieho znaku vynálezu sa uskutočňuje dodávanie energie pre rozličné stupne na rozličných miestach priechodu roztoku, prípadne produktov reakcie cez

J zariadenie na rozprašovanie a praženie, môžu byť obmedzené náklady na techniku riadenia a prístroje na reguláciu doby trvania, respektíve na priebežnú úroveň teploty v jednom a tom istom priestore.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu odpaľovacie stupne sú prevádzkované pri teplotách maximálne cca 500 °C. Týmto je zaručené, že v týchto stupňoch ešte nedôjde k podstatnej premene solí kovov na oxidy, ale prevažne len k odpareniu kvapaliny.

Aby sa nadväzne uskutočnila šetrná premena na kovové oxidy (napríklad oxid železa) s vysokou kvalitou, najmä s vysokým špecifickým povrchom, je podľa ďalšieho znaku vynálezu pamätané na to, že stupne premeny sú uskutočňované pri teplotách, ktoré ležia približne o 50 - 500 °C vyššie, ako teploty odpaľovacích stupňov.

Na vyriešenie uvedených úloh sa v úvode charakterizované zariadenie vyznačuje tým, že pozdĺž priechodovej cesty roztoku, prípadne produktov reakcie sú určené najmenej dve miesta na dodávanie energie v len jednom priestore reaktora. Na základe tohoto rozdelenia celej dodávky energie môže byť príslušná teplota, prípadne príslušná dodávka energie určená pre práve nastávajúci stupeň, takže sa môže zabrániť miestnemu prehriatiu s poklesom kvality tvorených oxidov, ale aj nedokonalému odpareniu a/alebo spätnej výrobe kyseliny s nasledujúcim znečistením oxidov. Avšak ponechanie koncentrovaného dodávania energie umožňuje kompaktnú konštrukciu zariadenia a prispieva aj k rýchlej premene, čo zaručuje požadovaný vysoký prietok zariadením.

Výhodné je vytvorenie rozličných miest dodávania energie prostredníctvom jedného horáka, respektíve jednej roviny horáka, čím sa dá jednoduchším a preukázateľnejším spôsobom riadiť dodávka energie, prebytok vzduchu a teplota. V kombinácii s oddelením odparovania a premeny na oxidy môže byť zariadenie prevádzkované s obvyklým prebytkom vzduchu pre horáky približne 30 % a môže sa zabrániť vyššiemu prebytku vzduchu 50 až 60 %, ako je nutné pri existujúcich spôsoboch na zlepšenie kvality oxidov. Týmto sa však znižuje aj vypúšťanie prachu do nasledujúcich častí zariadenia.

Podľa výhodného rozpracovania vynálezu sú určené v jednom priestore reaktora najmenej dve s výhodou vertikálne od seba vzdialené roviny horákov. Takto môžu byť bez ďalších opatrení na ďalšie vedenie vháňaného roztoku a vytváraných produktov realizované najmenej dve miesta dodávania energie, ktoré prebiehajú jedno po druhom cez zariadenie ako časovo tak aj vzhľadom na priechodové cesty.

Keď podľa ďalšieho znaku vynálezu je najmenej na jednom z prvým miest dodávania energie odpaľovacia zóna a najmenej na jednom z nasledujúcich miest dodávania energie zóna premeny, môže byť dosiahnuté zlepšené rozdelenie hustoty energie - redukované v zóne premeny, cielene zvýšené v odpaľovacej zóne.

Príklady uskutočnenia vynálezu

V nasledujúcom opise má byť tento vynález bližšie objasnený pomocou príkladu uskutočnenia, ktorému sa dáva prednosť a s odvolaním na priložený výkres. Pritom v schematickom znázornení ukazuje obrázok reaktor s vertikálne od seba vzdialenými horákovými rovinami, adaptovaný na uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu.

V znázornenom príklade je vodnatý roztok chloridu železa a kyseliny soľnej vháňaný cez držiak dýzy i, prednostne s vložkou pre malé veľkosti kvapiek, do priestoru rozprašovacieho a pražiaceho reaktora 2. Rozprašovací kužeľ 3 vodnatého roztoku sa najprv dostane do oblasti dodávania energie prvého horáka 4, ktorý sa nachádza v hornej časti reaktora, táto oblasť dodávania energie definuje odpaľovaciu zónu. Tu nastane v podstate dokonalé odparenie kvapaliny za obzvlášť silnej spotreby energie, avšak bez podstatného stúpnutia teploty, a tým bez podstatnej tvorby oxidu. Teplota v tejto horákovej rovine bude približne 500 °C.

Nadväzne sa dostane zostávajúci roztok do zóny premeny, ktorá je definovaná prostredníctvom vertikálne pod prvým horákom 4 ležiacim hlavným horákom 5, ktorého prevádzková teplota je 550 až 650 °C. V zóne premeny v spodnej časti reaktora sa teraz získava z chloridu železa oxid železa, ktorý má následkom najmenej dvojstupňového rozprašovania a praženia veľmi vysokú kvalitu, najmä veľmi vysoký špecifický povrch až do 20 m²/g. Oproti bežnému jednostupňovému spôsobu rozprašovania a praženia energia odobratá hlavnému horáku 5 je znova privedená do hornej odpaľovacej zóny prostredníctvom prídavného horáka 4. Obidva horáky 4, 5 môžu byť prevádzkované s bežným prebytkom vzduchu cca 30 %, čo na základe zmenšeného množstva vzduchu znižuje aj vypúšťanie prachu do nasledujúcich častí zariadenia.

Oxid železa, ktorý má teplotu cca 480 až 600 °C, je z dna reaktora vyhrabávaný prostredníctvom bežných zariadení 6, ako napríklad komôrkové koleso, zatiaľ čo spaliny páľ kyselín sú vedené cez odvod 7 teploty cca 380 až 450 °C do cyklónu na dočisťovanie, do Venturiho zariadenia na ochladenie a nadväzne na vymývanie kyselín v príslušných kolónach. Na základe uvedených teplôt spalín dochádza k rozkladu pár chloridu železitého (FeCI,), ktorý sublimuje pri 305 °C, a jeho rozpadu od 324 °C, k tvorbe aerosólu kysličníka železitého (Fe,O₃). Nakoľko chlorid železa katalytický pôsobí pri tvorbe chlóru v reaktore, spôsobuje zníženie tvorby chloridu železa vo Venturiho zariadení aj zníženie tvorby chlóru v reaktore. Tento chlór ostáva potom v reaktore aj kvôli - ako je vyššie uvedené - redukovanému prenosu prachu do Venturiho obehu.

Pri rovnakom výkone a rovnakom prietoku ako má pôvodné zariadenie s jednostupňovým rozprašovacím a pražiacim reaktorom, môže mať reaktor podľa vynálezu o vyše 20 % menej dimenzované Venturiho zariadenie, kyselinové kolóny, vymývanie spalín a ventilátor spalín.

Pre iné kovové zlúčeniny ako je chlorid železa sú rozsahy teplôt a dosiahnuteľné hodnoty pre špecifický povrch variabilné v širokom rozsahu. Preto musia byť príslušne zvolené prevádzkové parametre pre odpaľovaciu zónu a zónu premeny.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob na výrobu oxidov kovov z roztokov obsahujúcich soli týchto kovov, prednostne pri výrobe alebo spätnej výrobe kyselín, obsahujúci rozprašovanie a praženie roztokov, vyznačujúci sa tým, že rozprašovanie a praženie je uskutočnené najmenej v dvoch stupňoch, pričom najmenej po jednom odpaľovacom stupni nasleduje najmenej jeden stupeň premeny.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vtom istom reaktore sa uskutočňuje najmenej jeden odparovací stupeň a jeden stupeň premeny.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že dodávanie energie sa uskutočňuje pre rozličné stupne na rozličných miestach pozdĺž priechodu roztoku, prípadne produktov reakcie cez zariadenie na rozprašovanie a praženie.
4. 4. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že odparovacie stupne sa uskutočňujú pri teplotách maximálne cca 500 °C.
5. 5. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že stupne premeny sa uskutočňujú pri teplotách, ktoré ležia cca 50 - 500 °C vyššie, ako teploty odpaľovacích stupňov.
6. 6. Zariadenie na výrobu oxidov kovov z roztokov obsahujúcich soli týchto kovov, prednostne pri výrobe alebo spätnej výrobe kyselín, obsahujúce najmenej jeden reaktor na rozprašovanie a praženie s najmenej jedným vtokom pre roztok, jedným horákom, jedným odvodom pre kyseliny a jedným výpustom pre vytvorený oxid, vyznačujúci sa tým, že najmenej dve pozdĺž priechodovej cesty roztoku, prípadne produktov reakcie rozdelené miesta na dodávanie energie sú určené len v jednom priestore reaktora.
7. 7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že rozličné miesta dodávania energie sú tvorené prostredníctvom horáka, respektíve roviny horáka.
8. 8. Zariadenie podľa nároku 7. vyznačujúce sa tým, že v priestore reaktora sú určené najmenej dve s výhodou vertikálne od seba vzdialené roviny horákov.
9. 9. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 6 až 8, vyznačujúce sa tým, že je najmenej na jednom z prvým miest dodávania energie odpaľovacia zóna a najmenej na jednom z nasledujúcich miest dodávania energie zóna premeny.