UA31484U - Спосіб вилучення германію з золи-виносу - Google Patents

Abstract

Спосіб вилучення германію із золи-виносу включає обробку золи-виносу концентрованою сірчаною кислотою з одержанням сірчанокислої пульпи, наступне багатостадійне солянокислотне вилуговування сірчанокислої пульпи з відбором на кожній стадії парогазової фази і виділенням з неї тетрахлориду германію ступінчастою конденсацією з рециркуляцією конденсату соляної кислоти, одержаного на другому ступені конденсації, на першу стадію солянокислотного вилуговування. Відібрану з першої стадії солянокислотного вилуговування парогазову фазу перед конденсацією пропускають через буферну ємність для виділення з парогазової фази пульпи, яку потім направляють на подальші стадії солянокислотного вилуговування.

Description

Опис винаходу

Корисна модель відноситься до металургійної промисловості, а саме до способів вилучення германію з 2 золи-виносу, одержаної при пірометалургійній обробці германійвмісного вугілля, наприклад при спалюванні вугілля на теплових електростанціях і котельних установках.

Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб вилучення германію з золи-виносу |див. П.України на корисну модель Мо 15687 від 03.01.2006 р., опубл. 17.07.2006 р., М.кл.7 С228 3/10, СО10 17/00, С228 41/00), що включає обробку золи-виносу концентрованою то сірчаною кислотою з одержанням сірчанокислої пульпи, наступне багатостадійне солянокислотне вилуговування сірчанокислої пульпи з відбором на кожній стадії парогазової фази і виділенням з неї тетрахлориду германію ступінчастою конденсацією з рециркуляцією конденсату соляної кислоти, отриманого на другому ступені конденсації, на першу стадію солянокислотного вилуговування.

Солянокислотне вилуговування здійснюють у три-шість стадій з підвищенням температури вилуговування на кожній стадії.

Відомий спосіб характеризується високим ступенем вилучення германію з золи-виносу при переробці золи-виносу з вмістом вуглецю не вище 0,595 мас.

Недоліком відомого способу є обмеження по переробці золи-виносу з вмістом вуглецю не вище 0,595 мас., одержання якої сполучене з підвищеними енерговитратами. Це пояснюється наступним.

Германійвмісним вугіллям, в основному, є вугілля низького ступеня метаморфізму (алевроліти, аргіліти, лігніти та ін.), яке характеризується високою зольністю та низькою теплотворною здатністю. При спалюванні такого вугілля, наприклад, у топкових пристроях і котельних установках не забезпечується повне згоряння органічної частини вугілля, що обумовлює високий вміст у золі-виносу вуглецю, летучих і смолистих речовин.

Так, наприклад, вміст вуглецю в золі-виносу, одержаній при спалюванні алевролітів, досягає 8-1295 мас. Для 29 видалення вуглецю з золи-виносу здійснюють її повернення в топкові пристрої для повторного спалювання. шщ

Однак при цьому суттєво знижуються техніко-економічні показники роботи котлоагрегатів. Тому в металургійній практиці для вилучення з золи-виносу германію її, як правило, попередньо піддають окислювально-відновному випалюванню або циклонній плавці, що обумовлює додаткові енерговитрати і призводить до підвищення собівартості германію. Крім того, необхідність проведення попередньої пірометалургійної обробки обумовлює - 3о додаткові втрати германію при його вилученні з золи-виносу, тому що, наприклад, при циклонній плавці ФО золи-виносу вилучення германію не перевищує 8095, що призводить, навіть з урахуванням високого ступеня вилучення германію при гідрометалургійній переробці (97905), до сумарного вилучення германію не більше 77,690. -

Виконати переробку золи-виносу з вмістом вуглецю вище 0,595 мас. відомим способом без попереднього - при окислювально-відновного випалювання або циклонної плавки вкрай важко у зв'язку з дією наступних факторів.

Зо При взаємодії сірчанокислої пульпи, яка містить сульфати баластових елементів, діоксид кремнію, діоксид о германію, вуглець, а також летучі та смолисті речовини, із соляною кислотою відбувається бурхливе виділення газів (СО5, 502), формується поверхневий шар з низьким поверхневим натягом, який перекриває шар солянокислого розчину з більш високим поверхневим натягом, що обумовлює появу піни (ефект Марангоні - «

Гіббса). Піна являє собою дисперсну систему, сформовану безліччю комірок-пухирців газу (пари), розділених 70 тонкими плівками рідини. Піноутворювачами є, очевидно, поверхнево-активні речовини, які утворюються в в с результаті складних хімічних реакцій, що протікають у системі "сірчана кислота-соляна кислота-вуглець-летучі "з та смолисті речовини". Піна, що утворюється, характеризується стійкістю, що обумовлено як хімічним складом пінсутворювачів, так і мінералізацією піни дрібнодисперсними частками золи-виносу, які прилипають до пухирців газу і виносяться з ними в піну. Оскільки відомий спосіб здійснюється в безперервному режимі, то й 395 піноутворення на першій стадії солянокислотного вилуговування також відбувається безперервно. Відібрана з ен першої стадії солянокислотного вилуговування парогазова фаза по суті являє собою піну, що обумовлює - погіршення умов конденсації. На першому ступені конденсації при руйнуванні піни відбувається виділення пульпи, з неї випадає тверда фаза (частки золи-виносу, сульфати баластових елементів), що в сполученні з те рідкою фазою, що накопичується, суттєво зменшує перетин трубопроводів і погіршує умови проведення со 50 конденсації. Це призводить до зниження ступеня вилучення германію з золи-виносу. Так, при переробці відомим способом золи-виносу з вмістом вуглецю 9-1095 ступінь вилучення германію не перевищує 60905. їз» В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу вилучення германію з золи-виносу, в якому за рахунок виконання нових операцій і нових умов здійснення відомих операцій забезпечується оптимізація умов проведення конденсації парогазової фази, що дозволяє підвищити ступінь вилучення германію 59 з високовуглецевих зол-виносу при одночасному зниженні собівартості одержуваного тетрахлориду германію. с Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі вилучення германію з золи-виносу, який включає обробку золи-виносу концентрованою сірчаною кислотою з одержанням сірчанокислої пульпи, наступне багатостадійне солянокислотне вилуговування сірчанокислої пульпи з відбором на кожній стадії парогазової фази і виділенням з неї тетрахлориду германію ступінчастою конденсацією з рециркуляцією конденсату соляної бо кислоти, одержаного на другому ступені конденсації, на першу стадію солянокислотного вилуговування, новим, відповідно до корисної моделі, що заявляється, є те що солянокислотне вилуговування на першій стадії проводять при співвідношенні соляної кислоти до рідкої фази сірчанокислої пульпи, рівному 1:(1,2-3,5), а відібрану з першої стадії солянокислотного вилуговування парогазову фазу перед конденсацією пропускають через буферну ємність для виділення з парогазової фази пульпи, яку потім направляють на подальші стадії 65 солянокиелотного вилуговування.

Новим також є те, що в буферній ємності підтримують надлишковий тиск.

Новим також є те, що в буферній ємності підтримують температуру 55-9596.

Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному.

Введення нових технологічних операцій і нові умови здійснення відомих дій, а саме: - проведення першої стадії солянокислотного вилуговування при співвідношенні соляної кислоти до рідкої фази сірчанокислої пульпи, рівному 1:(1,2-3,5); - пропущення парогазової фази, відібраної з першої стадії солянокислотного вилуговування, перед 7/0 конденсацією через буферну ємність для виділення з парогазової фази пульпи; - подача виділеної пульпи на подальші стадії солянокислотного вилуговування в сукупності з відомими ознаками корисної моделі забезпечують оптимізацію умов проведення конденсації парогазової фази, що дозволяє підвищити ступінь вилучення германію з золи-виносу з вмістом вуглецю більше 0,5 95 мас. при одночасному зниженні собівартості одержуваного тетрахлориду германію за рахунок зниження питомих норм 75 витрат основних (сірчана, соляна кислоти), допоміжних (вапно, рукави фільтруючі та ін.) матеріалів та енерговитрат (пара технологічна, електроенергія та ін.;), у тому числі за рахунок виключення попередньої пірометалургійної обробки золи-виносу для зниження вмісту вуглецю.

На першій стадії солянокислотного вилуговування сірчанокислої пульпи, одержаної після обробки золи-виносу з підвищеним вмістом вуглецю, летучих і смолистих речовин, внаслідок утворення го поверхнево-активних речовин (піноутворювачів) і бурхливого виділення газів відбувається активне пінсутворення. При заявленому співвідношенні соляної кислоти до рідкої фази сірчанокислої пульпи на першій стадії солянокислотного вилуговування піна, що утворюється, характеризується слабкою стійкістю. Це, очевидно, пояснюється утворенням слабких піноутворювачів, які концентруються, в основному, в поверхневих шарах пульпи і змінюють поверхневий натяг рідини на межах двосторонніх плівок, внаслідок чого піна, що формується, має нестійку легкоруйнуєму структуру.

При пропущенні через буферну ємність парогазової фази, відібраної з першої стадії солянокислотного З вилуговування, яка захоплює з собою піну, що утворилася, відбувається руйнування піни з виділенням парогазової фази та пульпи, захопленої піною. Дрібнодисперсні частки золи-виносу, винесені разом з піною з першої стадії солянокислотного вилуговування, виділяються при руйнуванні піни і разом з пульпою чЕ направляються на подальші стадії солянокислотного вилуговування, а очищена від піни парогазова фаза направляється на ступінчасту конденсацію. Це обумовлює підвищення ступеня вилучення германію з со золи-виносу, а також поліпшує умови проведення наступної конденсації парогазової фази для виділення з неї «г тетрахлориду германію.

Заявлене співвідношення соляної кислоти до рідкої фази сірчанокислої пульпи на першій стадії ч- Солянокислотного вилуговування забезпечує також повну хімічну взаємодію між компонентами системи "сірчана со кислота-соляна кислота-вуглець-летучі і смолисті речовини", що обумовлює формування піни тільки на першій стадії солянокислотного вилуговування і виключає її утворення на наступних стадіях.

Заявлене співвідношення установлено експериментально і є оптимальним.

Збільшення частки рідкої фази сірчанокислої пульпи вище заявленої межі (наприклад, проведення першої « стадії солянокислотного вилуговування при співвідношенні, рівному 1:3,6) обумовлює формування більш стійкої -о с піни, що збільшує тривалість її руйнування. При цьому не виключається можливість потрапляння піни в систему й конденсації, що ускладнює умови виділення тетрахлориду германію з парогазової фази. Це призводить до "» зниження ступеня вилучення германію з золи-виносу і, як наслідок, до збільшення собівартості тетрахлориду германію. Крім того, при цьому збільшуються витрати сірчаної кислоти, що також призводить до підвищення собівартості тетрахлориду германію. з Зменшення частки рідкої фази сірчаної кислоти нижче заявленої межі (наприклад, проведення першої стадії солянокислотного вилуговування при співвідношенні, рівному 1:1,1) обумовлює зниження кількості германію, що - поступає з пульпою на першу стадію вилуговування, внаслідок чого зростають питомі норми витрат соляної ї» кислоти, знижується продуктивність процесу та підвищується собівартість тетрахлориду германію.

В буферній ємності, через яку пропускають парогазову фазу, відібрану з першого ступеня солянокислотного со вилуговування, можливе підтримання надлишкового тиску, що прискорює процес руйнування піни. ль Прискорення руйнування піни в буферній ємності може бути також досягнуте за рахунок підтримки в ній температури 55-95. В цьому випадку руйнування пухирців газу відбувається за рахунок випарювання рідини з пінних плівок.

Заявлений спосіб вилучення германію з золи-виносу здійснюють таким чином.

Високовуглецеву золу-виносу, одержану при спалюванні германійвмісного вугілля, наприклад алевролітів, з с місткістю вуглецю 6,5-8,5 90 мас. шнековим живильником з бункера дозовано подають у сульфатизатор, споряджений мішалкою. Одночасно з напірного бака в сульфатизатор дозовано подають концентровану сірчану кислоту. В результаті протікання хімічних реакцій з утворенням сульфатів баластових елементів, що були 60 присутні у золі-виносу у вигляді оксидів, температура в сульфатизаторі підвищується до 70-10020,

Одержану сірчанокислу пульпу піддають багатостадійному вилуговуванню концентрованою соляною кислотою з відбором парогазової фази на кожній стадії. Солянокислотне вилуговування здійснюють у трьох-шести послідовно з'єднаних переливними патрубками реакторах, підтримуючи на першій стадії солянокислотного вилуговування співвідношення соляної кислоти до рідкої фази сірчанокислої пульпи, рівне 65 1:(1,2-3,5).

Розігрів сірчанокислої пульпи і соляної кислоти здійснюють гострою парою з температурою 125-1509С і тиском 2,5-4,0атм, при цьому гостру пару подають під шар пульпи таким чином, щоб в об'ємі реактора забезпечити інтенсивне перемішування пульпи з формуванням однорідного температурного поля.

В процесі солянокислотного вилуговування відбувається утворення тетрахлориду германію і відгін його парів разом з парами хлористого водню, хлориду миш'яку і водяними парами з одержанням парогазової фази, яку направляють на ступінчасту конденсацію з рециркуляцією конденсату соляної кислоти, одержаного на другому ступені конденсації, на першу стадію солянокислотного вилуговування. З останнього реактора відпрацьовану пульпу зливають і направляють на нейтралізацію вапняним молоком.

Відібрану з першого реактора солянокислотного вилуговування парогазову фазу, яка по суті являє собою 7/0 піну, що містить пухирці парогазової фази, розділені тонкими прошарками пульпи, пропускають перед конденсацією через буферну ємність. У буферній ємності відбувається руйнування піни з виділенням парогазової фази і пульпи. Для прискорення руйнування піни в буферній ємності підтримують надлишковий тиск (наприклад, (1-5).107Па) або підтримують температуру в межах 55-952С. Виділену з піни парогазову фазу направляють на ступінчасту конденсацію, а пульпу повертають на подальші стадії солянокислотного вилуговування.

На першому ступені конденсації в теплообміннику, охолоджуваному водою, з парогазової фази виділяють соляну кислоту, забруднену хлоридом миш'яку, яку направляють на нейтралізацію. Парогазову фазу після першого ступеня конденсації разом з парогазовою фазою, що відбирається на наступних стадіях вилуговування, направляють на другий ступінь конденсації в теплообмінник, охолоджуваний і зрошуваний водою. Одержаний в результаті цього конденсат соляної кислоти з концентрацією 10-12Н рециркулюють на першу стадію солянокислотного вилуговування. Таких ступенів конденсації може бути виконано декілька і одержаний в результаті цього конденсат соляної кислоти також рециркулюють на першу стадію солянокислотного вилуговування. Після відділення соляної кислоти ступінчастою конденсацією тетрахлорид германію конденсують при температурі (-8)---12)2С у теплообміннику, охолоджуваному розсолом. Одержаний технічний тетрахлорид германію являє собою прозору рідину з вмістом германію не нижче 33,395 мас., миш'яку - не вище 0,595 мас., органічних домішок - не вище 1,595 мас. З

Проведення технологічного процесу способом, що заявляється, дозволяє оптимізувати умови проведення конденсації парогазової фази, що забезпечує підвищення ступеня вилучення германію з високовуглецевих зол-виносу при одночасному зниженні собівартості одержуваного тетрахлориду германію за рахунок зниження питомих норм витрат основних і допоміжних матеріалів та енерговитрат, у тому числі за рахунок виключення чЕ попередньої пірометалургійної обробки золи-виносу для зниження вмісту вуглецю.

Заявлений спосіб був випробуваний у дослідно-промислових умовах. Для дослідів використовували со золу-виносу з вмістом вуглецю 6,5-8,595 мас, одержану при спалюванні алевролітів. ЧЕ

Проведення технологічного процесу способом, що заявляється, дозволило підвищити ступінь вилучення германію з високовуглецевих зол-виносу до 80-85950 і знизити питомі норми витрат основних і допоміжних - матеріалів на 10-1595 і 15-209о відповідно, а також знизити енерговитрати, зокрема витрати пари технологічної «У на 30-3596, що дозволило знизити собівартість одержуваного тетрахлориду германію на 30-35905, в тому числі і за рахунок виключення з технологічного циклу циклонної плавки.

Заявлений спосіб вилучення германію з золи-виносу здійснюють на загальновідомому устаткуванні з використанням відомих матеріалів і засобів, що підтверджує промислову придатність об'єкта. « - с

Claims (3)

Формула винаходу ;»

1. Спосіб вилучення германію з золи-виносу, який включає обробку золи-виносу концентрованою сірчаною кислотою з одержанням сірчанокислої пульпи, наступне багатостадійне солянокислотне вилуговування оз сірчанокислої пульпи з відбором на кожній стадії парогазової фази і виділенням з неї тетрахлориду германію ступінчастою конденсацією з рециркуляцією конденсату соляної кислоти, одержаного на другому ступені - конденсації, на першу стадію солянокислотного вилуговування, який відрізняється тим, що солянокислотне т» вилуговування на першій стадії проводять при співвідношенні соляної кислоти до рідкої фази сірчанокислої пульпи, що становить 1:(1,2-3,5), а відібрану з першої стадії солянокислотного вилуговування парогазову фазу со перед конденсацією пропускають через буферну ємність для виділення з парогазової фази пульпи, яку потім Т» направляють на подальші стадії солянокислотного вилуговування.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в буферній ємності підтримують надлишковий тиск.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в буферній ємності підтримують температуру 55-95 26. Офіційний бюлетень "Промислова власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних с мікросхем", 2008, М 7, 10.04.2008. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. 60 б5