Способ получения гидроксида хрома из отработанного расплава производства тетрахлорида титана

 

Изобретение относится к способу получения гидроксида хрома из отработанного расплава производства тетрахлорида титана, включающему выщелачивание, отделение нерастворимого остатка от раствора, осаждение из него гидроксида хрома при pH 3,0-4,5 щелочным реагентом. Сущность: осаждение гидроксида хрома ведут в присутствии сульфита натрия, взятом при массовом соотношении хром : сульфит натрия 1-3. При этом сульфит натрия вводят под слой раствора при соотношении высоты слоя к диаметру не менее 2. 1 з.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке, утилизации и обезвреживании отходов производства тетрахлорида титана с получением гидроксида хрома.

Известен /1/ способ получения гидроксида хрома, заключающийся в осаждении его из раствора хлорного хрома гидроксидом аммония с последующим отделением продукта.

Недостатком этого способа является невозможность получения продукта с высоким содержанием основного вещества из отходов производства тетрахлорида титана.

Известен также /2/ способ получения гидроксидов металлов из отходов титанового производства, заключающийся в гидроразмыве отработанного расплава, циркуляцию пульпы до получения насыщенных по хлоридам растворов, нейтрализацию известковым молоком до pH 8,0-8,5 и флокуляцию осадка гидроксидов металлов, фильтрование и промывку осадка.

Недостатком этого способа является получение гидроксида хрома в смеси с гидроксидами железа, марганца, тория и других металлов.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков является известный /З/ способ получения гидроокиси хрома ПРОТОТИП.

Способ по прототипу заключается в следующем.

Отработанный расплав титановых хлораторов выщелачивают, выдерживают в контакте со стальной стружкой при 2О^oС в течение суток до полного восстановления трехвалентного железа до двухвалентного. После этого раствор нейтрализуют 8% раствором бикарбоната натрия до pH 3,0-4,5. Отстаиванием и фильтрованием отделяют гидроокись хрома.

Основным недостатком данного способа (прототипа) является образование в ходе процесса восстановления трехвалентного железа, взрывоопасной газовой смеси и, как следствие этого, необходимость применения специального оборудования, исключающего взрыв, а также значительная продолжительность процесса.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение чистоты получаемого гидроксида хрома, упрощение аппаратурного оформления технологического процесса переработки отработанного расплава производства тетрахлорида титана и сокращение продолжительности процесса.

Данная задача решается предлагаемым способом получения гидроксида хрома из отработанного расплава производства тетрахлорида титана, сущность которого выражается в следующей совокупности существенных признаков: выщелачивание отработанного расплава титановых хлораторов или гидроразмыв; отделение нерастворимого остатка от раствора отстаиванием и/или фильтрацией; осаждение гидроксида хрома щелочным реагентом в присутствии сульфита натрия, взятом при массовом соотношении хром сульфит натрия 1-3; обработка пульпы гидроксида хрома полиакриламидом для флокуляции осадка; отделение осадка гидроксида хрома от раствора фильтрацией и его промывка от водорастворимых соединений.

Отличительным признаком также является: сульфит натрия вводят под слой исходного раствора при соотношении высоты слоя к диаметру не менее 2.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Отработанный расплав титановых хлораторов выщелачивают, отделяют нерастворимый остаток. Затем вводят раствор сульфита натрия под слой исходного раствора, осаждают гидроксид хрома щелочным реагентом, например, гидроксидом натрия или аммония, карбонатом или бикарбонатом натрия до pH 3,0-4,5.

После осаждения гидроксида хрома образовавшуюся пульпу обрабатывают раствором полиакриламида в воде или разбавленном растворе щелочи (0,2-0,5%). После флокуляции пульпу фильтруют, осадок промывают от хлор-иона репульпацией и сушат.

Как показали проведенные опыты, введение сульфита натрия, взятом при массовом соотношении хром сульфит натрия 1-3, позволяет значительно сократить продолжительность процесса за счет сокращения времени обработки раствора щелочным реагентом и резкого снижения продолжительности фильтрования. При такой обработке раствора не происходит выделения водорода и образования взрывоопасных смесей, что приводит к улучшению условий труда. Степень осаждения гидроксида хрома составляет 99,9-100% Использование сульфита натрия при осаждении гидроксида хрома ранее не применялось и в данном случае дало неожиданный эффект, а именно: увеличение производительности процесса; улучшение условий труда;
упрощение аппаратурного оформления процесса;
снижение расхода реагентов.

Оптимальное количество сульфита натрия выбрано на основам нии результатов проведенных исследований. При расходе сульфита натрия менее, чем 1 г на 1 г хрома не наблюдается увеличения производительности процесса (скорости фильтрования). При расходе сульфита натрия более, чем 3 г на 1 г хрома не происходит заметного увеличения производительности процесса. Кроме того, это влечет к значительному увеличению концентрации солей в растворе.

Количественное обоснование параметров процесса приведено в примерах.

Анализ патентной и научно-технической документации свидетельствует о том, что в источниках информации не обнаружено описание способов, аналогичных предложенному и совпадающих с заявляемым техническим решением по совокупности существенных признаков.

Анализ уровня техники в отношении совокупности всех существенных признаков заявляемого технического решения показывает, что предложенный способ соответствует критерию новизны.

Проверка соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемый способ не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники. В частности, из известного уровня техники явным образом не вытекает тот факт, что осуществление обработки раствора сульфитом натрия приводит к достижению технического результата упрощение процесса, повышение производительности и осаждение гидроксида хрома из отходов титанового производства.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, приведены в примерах.

Пример 1 (по прототипу).

Отработанный расплав титановых хлораторов выщелачивали водой при Ж:Т=2:1 и получили раствор следующего состава, г/дм³: железо общее 45,2; хром 5,84; марганец 9,8; калий 0,6; натрий 68,6; магний 0,67; кальций 1,5; алюминий 1,3; скандий 0,073; титан 0,19; цирконий 0,46; торий 0,067; хлор-ион 215.

1 дм³ раствора выдерживали в контакте со стальной стружкой при 20^oС в течение суток до полного восстановления трехвалентного железа до двухвалентного.

После этого раствор нейтрализовали 8% раствором бикарбоната натрия до pH 4,6. Отстаиванием и фильтрованием отделили гидроокись хрома. Продолжительность фильтрации составила 12 ч. Общая продолжительность процесса составила 1,5 сут. Степень осаждения хрома из раствора 97%
Пример 2 (по предлагаемому способу).

1 дм³ раствора плава состава, указанного в примере 1, обработали сульфитом натрия, взятом при массовом соотношении хром сульфит натрия 1:1 в течение 5 мин, затем прилили 640 см³ 1 н. раствора едкого натра до рН 4,5 в течение 32 мин, при комнатной температуре. Полученную суспензию обработали 50 см³ 0,2 раствора полиакриламида, отстояли 30 мин и отфильтровали. Продолжительность фильтрации составила 19 мин, что в 38 раз меньше, чем по известному способу (пример 1).

При этом общая продолжительность процесса составила 86 мин, что в 23 раза меньше, чем по известному способу. Степень осаждения хрома составила 99,9%
Пример 3 (по предлагаемому способу).

Обработку раствора вели аналогично примеру 2, но сульфит натрия вводили на поверхность раствора плава. При этом наблюдалось газовыделение. По всей вероятности процесс взаимодействия сульфита натрия с раствором плава на границе раздела фаз связан с протеканием реакции:
Na₂S₃ + 2HCl 2NaCl + SO₂ + H₂O
Поэтому все последующие опыты проводили с введением сульфита натрия под слой раствора при соотношении высоты слоя к диаметру не менее 2. В данном случае газовыделения не наблюдалось.

1 дм³ раствора состава, приведенного в примере 1, обработали сульфитом натрия, взятом при массовом соотношении хром сульфит натрия 1:3, затем 420 см³ 1 н. раствора едкого натра в течение 21 мин, затем 50 см³ 0,2% раствора полиакриламида для коагуляции осадка. После 30 мин отстоя отфильтровали. Продолжительность фильтрации составила 6 мин, что в 120 раз меньше, чем по известному способу (пример 1). Общая продолжительность процесса составила 62 мин. Это в 31 раз меньше, чем по известному способу.

В примерах 4-6 приведены результаты опытов, условия которых выходят за рамки оптимальных.

Пример 4.

1 дм³ раствора состава, приведенного в примере 1, обработали 780 см³ 1 н. раствора едкого натра без предварительного введения сульфита натрия в течение 40 мин, затем добавили 100 мл 0,2% раствора полиакриламида, отстояли 30 мин и отфильтровали. Продолжительность фильтрации составила 35 мин, что почти в 6 раз больше, чем по предлагаемому способу (пример 3). Общая продолжительность процесса 105 мин, что в 1,7 раза больше, чем в оптимальных условиях (пример 3).

Пример 5.

1 дм³ раствора, состава приведенного в примере 1, обработали сульфитом натрия, взятом при массовым соотношении хром сульфит натрия 1:0,5; затем 700 см³ 1 н. раствора едкого натра в течение 35 мин. В образовавшуюся пульпу гидроксида хрома добавили 100 см³ 0,2% раствора полиакриламида и выдержали в течение 30 мин, затем отфильтровали. Продолжительность фильтрации составила 25 мин, что в 1,3-4 раза больше, чем в оптимальных условиях (примеры 2 и 3).

Пример 6.

1 дм³ раствора, состава приведенного в примере 1, обработали сульфитом натрия, взятом при массовом соотношении хром сульфит натрия 1:4, затем 300 см³ 1 н. раствора едкого натра в течение 15 мин, затем 50 см³ 0,2% раствора полиакриламида. Через 30 мин отфильтровали. Продолжительность фильтрации составила 6 мин, что соответствует продолжительности фильтрации при массовом соотношении хром сульфит натрия 1:3. Дальнейшее увеличение количества вводимого сульфита натрия не приводит к улучшению фильтруемости пульпы.

Пример 7. (по предлагаемому способу)
1 дм³ раствора, состава приведенного в примере 1, обработали сульфитом натрия, взятом при массовом соотношении хром сульфит натрия 1:2, затем 1 н. раствором едкого натра для осаждения хрома в количестве 530 см³ в течение 26 мин. Для коагуляции осадка в пульпу добавили 50 см³ 0,2% раствора полиакриламида, выдержали 30 мин и отфильтровали. Продолжительность фильтрации 9 мин, что в 80 раз меньше, чем по известному способу (пример 1). Общая продолжительность процесса составила 70 мин, что в 24 раза меньше, чем по известному способу.

Таким образом, предлагаемый способ получения гидроксида хрома из отработанного расплава производства тетрахлорида титана по сравнению с известным имеет следующие преимущества.

Во-первых, значительно сокращается продолжительность процесса в целом.

Во-вторых, по предлагаемому способу не происходит выделения водорода в газовую фазу, что приводит к улучшению условий труда и упрощению аппаратурного оформления процесса.

Формула изобретения

1. Способ получения гидроксида хрома из отработанного расплава производства тетрахлорида титана, включающий выщелачивание, отделение нерастворимого остатка от раствора, осаждение из него гидроксида хрома при pН 3,0-4,5 щелочным реагентом, отличающийся тем, что осаждение гидроксида хрома ведут в присутствии сульфита натрия, взятого при соотношении хром сульфит натрия 1-3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфит натрия вводят под слой раствора при соотношении высоты слоя к диаметру не менее 2.