AT522594A4 - Umwandlung von Metallsalziösungen in flüssige Säuren und feste Metalloxide - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Rückgewinnung von Säuren und Metallen aus Metallsalzlösungen dieser Säuren, vorzugsweise aus Fluoriden und gegebenenfalls Mischungen aus Nitraten und/oder Sulfaten, wie sie beispielweise beim Beizen von Edelstahl, bei diversen Ätzprozessen in der Chip, Waver oder Batterieindustrie oder Laugungsprozessen von Erzen verwendet werden, erreicht, umfassend die Schritte gemäß Fig. 1 (1) Kontakttrocknung der Lösungen , wobei die erforderliche Energie indirekt über einen anderen Wärmeträger, bevorzugt Dampf eingebracht wird um einen trocknen Metallsalzfilm und gasförmige Salze zu erhalten. Dabei findet die Kontakttrocknung in einem gegenüber der Atmosphäre im leichten Unterdruck befindlichen Behältnis statt, aus dem die Verdampfungsprodukte mit einem Ventilator abgesaugt werden können. (2) Zerkleinerer, der die trockenen abgetragenen Metallsalze bis in einen einstellbaren Feinheitsgrad zerkleinert (3) Rösten der zerkleinerten Metallsalze bei Temperaturen von 500 -1100 °C um die Metallsalze in gasförmige Säuren und Metalloxide umzuwandeln. Die Energiezufuhr zum Rösten erfolgt indirekt. Die resultierende Abwärme kann verwendet werden um das Kondensat wieder in die Dampfphase umzuwandeln um auf diese Weise die Restwärme für die Trocknung nutzen zu können. (4) Gemeinsame Absorption der in Schritt (1) und (3) gebildeten gasförmigen Säuren um ein sauberes Abgas und eine Säuremischung zu erhalten, die wieder Ihrer ursprünglichen Verwendung zugeführt werden kann, wie Beizen, Ätzen oder Laugen.

Description

SUSTEL ES — STEHE VOrirS
Umwandlung von Metallsalzlösungen in flüssige Säuren und feste Metalloxide
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Säuren und Metallen aus Metallsalzlösungen dieser Säuren, vorzugsweise aus Fluoriden und gegebenenfalls Mischungen aus Nitraten und/oder Sulfaten, wie Sie beispielweise beim Beizen von Edelstahl, bei diversen Ätzprozessen oder Laugungsprozessen von Erzen verwendet werden.
Verfahren zur Rückgewinnung von Säuren, insbesondere Salpeter und Flusssäure-Lösungen aus der Stahlbearbeitung sind im Stand der Technik bekannt und in EP2 561 119 B1 beschrieben, wobei das in EP2 561 119 B1 beschreibende das umfassendste und bislang vorteilhafteste bekannte Verfahren darstellt.
Beim in EP2 561 119 B1 beschriebenen Verfahren werden metallhaltige Säurelösungen in einem Sprühtrockner aufgegeben. Dabei wird die Säure in einen heißen Luftstrom eingesprüht, der als Energiequelle für die Verdampfung dient. Der für die Verdampfung eingebrachte Volumenstrom ist in seiner Ausnutzung durch die Höhe der Eintritts und Austrittstemperatur begrenzt. (Die benötigte Trocknereintrittstemperatur muss über ein Brennersystem erreicht werden.) Anlagen nach diesem Verfahren, die höhere Volumenströme verdampfen müssen, erfordern daher einen sehr großen Luftstrom, der sich nachteilig auf die Baugröße des Trockners und der nachfolgend geschalteten Verfahrensschritte auswirkt.
Die Absorption der im Sprühtrocknungsprozess verdampften Säuren erfordert auf Grund der großen benötigten Luftmenge sehr große und teure Absorptionsapparate und auch große Aggregate, um die Luftmenge durch die Anlage transportieren zu können, was zu hohen Investitions- und Betriebskosten führt.
Besonders problematisch ist, dass beim Sprühtrocknen ein feiner Metallsalzstaub entsteht, der von dem die Verdampfungsprodukte enthaltenden Luftstrom abgetrennt werden muss. Dazu müssen aufwendige Filtersysteme eingesetzt werden, mit denen der Metallsalzstaub soweit entfernt werden kann, um die strengen Emissionsrichtlinien für Schwermetalle, insbesondere Nickel, im Abgas erfüllen zu können.
Der feine abgetrennte Metallstaub bereitet auch in dem Trocknen nachgeschalteten Röstprozess Schwierigkeiten, da der Staub aus der Röstapparatur mit dem die Säuredämpfe enthaltenen Luftstrom wegen seiner Feinheit leicht ausgetragen werden kann. Eine Filtrierung der heißen hochkorrosiven Säuregase ist problematisch da der für Heißgasfiltration benötigten Filter nicht beständig gegen die Säuregase — insbesondere Flusssäuregase ist. Folglich kommt es zu einem Übertrag von Metallsalzen in die zurückgewonnene Säure und zu Verlusten von Metallsalzen, die vor Ihrer Umwandlung zu Oxiden aus der Röstapparatur mitgerissen werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein alternatives Verfahren zur Rückgewinnung von Säuren und Metallen aus Metallsalzlösungen dieser Säuren, vorzugsweise aus Fluoriden und gegebenenfalls mit Mischungen aus Nitraten und/oder Sulfaten, wie Sie beispielweise beim Beizen von Edelstahl, bei diversen Ätzprozessen oder Laugungsprozessen von Erzen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Eindampfen der Metallsalzlösung durch eine Kontakttrocknung, insbesondere Walzentrocknung realisiert wird. Die Trocknung erfolgt dabei nicht über einen gasförmigen Energieträger, sondern über einen direkten Kontakt der Metallsalzlösung mit einer Heizfläche beispielsweise über indirekt beheizte Walzen oder Plattentrocker.
Dadurch wird gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren:
1) Die Trocknung der Säuren wesentlich energieeffizienter umgesetzt, da die zugeführte Energie ausschließlich für die Trocknung verwendet werden kann und nicht als Restwärme durch die definierte Austrittstemperatur der Luft nach dem Sprühtrockner im Abgasstrom verloren geht;
2) Die Energiequelle für die Trocknung wesentlich flexibler gewählt, da Dampf als Energiequelle schon ausreicht Dieser kann aus verschiedenen Abfallwärmeströmen von anderen Prozessschritten leicht erzeugt werden, wodurch der Einsatz von Primärenergie stark reduziert werden kann;
3) Der Luftstrom der für die Energiebereitstellung einer Sprühtrocknung eingebracht wird hinfällig, wodurch sich der die verdampften Säuren enthaltene Volumenstrom signifikant verkleinert und der Absorptionprozess deutlich kleiner und kostengünstiger ausgeführt werden kann;
4) Die Bildung von feinem Metallsalzstaub verhindert. Bei der Kontakttrocknung entsteht kein feiner Metallstaub, sondern ein trockner Metallsalzfilm der mit einer Vorrichtung von der Trocknungsfläche abgetragen wird. Dadurch entfällt das im Falle der Sprühtrocknung benötigte aufwendige Filtersystem nach dem Trocknungsschritt;
5) Das abgetragene trockene Metallsalz mit Hilfe eines Zerkleinerers in einen einstellbaren Feinheitsgrad gebracht, so dass das Salz im Röstschritt nicht mit den Säuredämpfen mitgerissen wird und die Notwendigkeit einer Filtrierung entfällt, womit auch Salzverluste verhindert werden;
6) Durch das Einstellen des Feinheitsgrads des Salzpulvers eine direkte Verbesserung der Oxidqualität erreicht, in dem die gewünschte Körnung frei gewählt werden kann.
7) Der apparative Aufwand reduziert, indem die Volumenströme aus Kontakttrocknung und Röstapparatur in einem gemeinsamen Absorptionsschritt behandelt werden.
Diese Ziele werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Rückgewinnung von Säuren und Metallen aus Metallsalzlösungen dieser Säuren, vorzugsweise aus Fluoriden und gegebenenfalls Mischungen aus Nitraten und/oder Sulfaten, wie Sie beispielweise beim Beizen von Edelstahl, bei diversen Ätzprozessen oder Laugungsprozessen von Erzen verwendet werden, erreicht umfassen die Schritte gemäß Fig. 1
(1) Kontakttrocknung der Lösungen (1.1), wobei die erforderliche Energie indirekt über einen anderen Wärmeträger, bevorzugt Dampf eingebracht wird (1.3) um einen trocknen Metallsalzfilm (1.5) und gasförmige Säure (1.6) zu erhalten. Dabei findet die Kontakttrocknung in einem gegenüber der Atmosphäre im leichten Unterdruck befindlichen Behältnis statt, aus dem die Verdampfungsprodukte und zugeführte Luft (1.2) mit einem Ventilator (5) abgesaugt werden.
(2) Zerkleinerer, der die trockenen abgetragenen Metallsalze (1.5) bis in einen einstellbaren Feinheitsgrad zerkleinert (2.1)
(3) Rösten der zerkleinerten Metallsalze (2.1) bei Temperaturen von 500 -1100 °C um die Metallsalze in gasförmige Säuren (3.3) und Metalloxide (3.4) umzuwandeln. Die Energiezufuhr (3.1) zum Rösten erfolgt indirekt. Die resultierende Abwärme (3.2) kann verwendet werden um das Kondensat (1.4) wieder in die Dampfphase (1.3) umzuwandeln, um so die Restwärme für die Trocknung nutzen zu können.
(4) Gemeinsame Absorption der in Schritt (1) und (3) gebildeten gasförmigen Säuren, um ein sauberes Abgas (4.2) und eine Säuremischung (4.1) zu erhalten, die wieder Ihrer ursprünglichen Verwendung zugeführt werden kann, wie Beizen, Ätzen oder Laugen.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    l. Verfahren zur Rückgewinnung von Säuren und Metallen aus Metallsalzlösungen dieser Säuren, vorzugsweise aus Fluoriden und gegebenenfalls Mischungen aus Nitraten und/oder Sulfaten, wie sie beispielweise beim Beizen von Edelstahl, bei diversen Ätzprozessen in der Chip, Waver oder Batterieindustrie oder Laugungsprozessen von Erzen verwendet werden, erreicht, umfassend die Schritte gemäß Fig. 1
    (1)
    Kontakttrocknung der Lösungen (1.1), wobei die erforderliche Energie indirekt über einen anderen Wärmeträger, bevorzugt Dampf eingebracht wird (1.3) um einen trocknen Metallsalzfilm (1.5) und gasförmige Salze (1.6) zu erhalten. Dabei findet die Kontakttrocknung in einem gegenüber der Atmosphäre im leichten Unterdruck befindlichen Behältnis statt, aus dem die Verdampfungsprodukte mit einem Ventilator (5) abgesaugt werden können.
    (2)
    Zerkleinerer, der die trockenen abgetragenen Metallsalze (1.5) bis in einen einstellbaren Feinheitsgrad zerkleinert (2.1)
    (3)
    Rösten der zerkleinerten Metallsalze (2.1) bei Temperaturen von 500 -1100 °C um die Metallsalze in gasförmige Säuren (3.3) und Metalloxide (3.4) umzuwandeln. Die Energiezufuhr (3.1) zum Rösten erfolgt indirekt. Die resultierende Abwärme (3.2) kann verwendet werden um das Kondensat (1.4) wieder in die Dampfphase (1.3) umzuwandeln um auf diese Weise die Restwärme für die Trocknung nutzen zu können.
    (4)
    Gemeinsame Absorption der in Schritt (1) und (3) gebildeten gasförmigen Säuren um ein sauberes Abgas (4.2) und eine Säuremischung (4.1) zu erhalten, die wieder Ihrer ursprünglichen Verwendung zugeführt werden kann, wie Beizen, Ätzen oder Laugen.
    Il. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Verfahrensschritt (3) im Bereich von 450-1100°C liegt, bevorzugt 550-900°C.
    I. Verfahren nach Anspruch |. bis Il. dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbieren der in den Schritten (1) und (3) erhaltenen gasförmigen Säuren in Wasser in einem gemeinsamen Schritt durchgeführt wird.
    IV. Verfahren nach Anspruch I. bis Il. dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritten (1) und (3) erhaltenen gasförmigen Säuren in einer Kondensationsapparatur zurückgewonnen werden.
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