Способ выделения сульфата натрия из растворов газоочистки электролитического производства алюминия

 

Изобретение относится к области производства алюминия, в частности может быть использовано при регенерации фтора, содержащегося в отходящих газах алюминиевых электролизерах. В предлагаемом способе кристаллизацию сульфата натрия осуществляют при охлаждении насыщенного раствора в каскадно расположенных кристаллизаторах при температуре 7(-5)^oC, причем температуру каждого предыдущего кристаллизатора поддерживают на таком уровне, чтобы она отличалась от температуры последующего кристаллизатора на 4-6^oC, 1 табл.

Предполагаемое изобретение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано при регенерации фтора, содержащегося в отходящих газах алюминиевых электролизерах, с получением криолита.

В настоящее время в процессе электролиза алюминия с отходящими фторсодержащими газами выделяется 100-300 мг/нм³ сернистого газа, который улавливается содовым раствором в системе мокрой газоочистки, окисляется до сульфатной формы и накапливается в растворах газоочистки.

Вследствие накопления сульфата натрия в растворах, во-первых, происходит потеря фтористого натрия в аппаратах мокрой газоочистки, который выпадает в осадок в виде двойной соли NaF Na₂SO₄ и удаляется со шламом, во-вторых, происходит потеря соды и фтора при сбрасывании маточных растворов на шламовые поля.

Известен способ получения сульфата натрия из растворов, содержащих растворенные сульфат и карбонат натрия, путем охлаждения их до температуры от 0^oC до -20^oC (1).

Недостатком данного способа является получение смеси двух солей, что ведет к потерям карбоната натрия и невозможности использования получаемого осадка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выделения сульфата натрия из раствора газоочистки электролитического производства алюминия (2), согласно которому насыщенные растворы сульфата, карбоната и бикарбоната натрия охлаждают до температуры +5-(-3^oC) в течение не менее 2 часов.

Недостатком способа является низкий выход продукта и образование мелких кристаллов.

Целью предполагаемого изобретения является повышение выхода готового продукта и улучшение его гранулометрического состава.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выделения сульфата натрия из растворов электролитического производства алюминия, включающем насыщение растворов сульфатом, карбонатом и бикарбонатом натрия, охлаждение раствора, отделение и обезвоживание образовавшегося осадка, охлаждение раствора осуществляют в каскадно расположенных кристаллизаторах с учетом понижения температуры от 7^o(-5^oC), причем температуру каждого последующего поддерживают на 4-6^oC ниже предыдущего.

Техническая сущность процесса поясняется следующим.

Способ относится к кристаллизации солей с положительной растворимостью, поэтому пересыщение растворов сульфата натрия достигается за счет охлаждения раствора.

Интервалы температур охлаждения определены эмпирически.

На первом этапе охлаждения (1-й кристаллизатор) происходит зарождение центров кристаллизации, которые находятся в подвижном равновесии, и видимой кристаллизации процесса здесь не происходит.

Фиксированная температура на этом этапе позволяет достичь критической величины зародыша и набрать движущую силу процесса для следующих этапов.

На следующем этапе (2-3-й кристаллизаторы) зародыш, обладающий большой поверхностной энергией, адсорбирует все новые частицы растворенного вещества.

Фиксирование температуры на этом этапе позволяет провести процесс более углубленно.

Последний этап (последний кристаллизатор), характеризующийся самой низкой температурой, завершает формирование кристалла.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что: охлаждение раствора осуществляют при температуре 7-(-5(^oC; охлаждение раствора осуществляют в каскадно расположенных кристаллизаторах; температуру каждого последующего кристаллизатора поддерживают на 4-6^oC ниже предыдущего.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений в данной и смежной областях техники показал, что признак каскадной кристаллизации в принципе известен, но с фиксированной температурой охлаждения, определенной опытным путем, для данного продукта является новым. А поскольку указанные неизвестные признаки в совокупности с известными позволяют увеличить степень выделения продукта и улучшить его фракционный состав, можно сделать вывод о соответствии технического решения критериям "изобретательский уровень" и промышленная осуществимость.

Пример.

В работе использовали маточный раствор после насыщения с концентрацией сульфата натрия соответственно 80, 40, 120 г/л.

Испытание проводили в трех каскадно расположенных кристаллизаторах, в которых температура поддерживалась соответственно 7, 1, (-5)^oC, а также четырех каскадно расположенных кристаллизаторах с температурой 6, 3, 0, (-4)^oC. В последнем кристаллизаторе раствор выдерживали в течение 1 часа.

Результаты экспериментов приведены в таблице в сравнении с прототипом.

Как следует из таблицы, степень выделения сульфата натрия из маточных растворов при фиксированной температуре каждого кристаллизатора по сравнению с прототипом возрастает при концентрации: 40 г/л c 35 до 42,5% 80 г/л с 68,1 до 76,2% 120 г/л с 75 до 83,0% Размер кристаллов возрастает при содержании сульфатов 80 и 120 г/л до приблизительно 1,5 мм.

Верхний температурный предел обусловлен растворимостью сульфата натрия в маточном растворе.

Нижний температурный предел обусловлен нецелесообразностью понижения температуры за счет образования значительного количества льда.

Данная технология испытана в цехе регенерации фторсолей на БрАЗе.

Формула изобретения

Способ выделения сульфата натрия из растворов газоочистки электролитического производства алюминия, включающий насыщение растворов сульфатом, карбонатом и бикарбонатом натрия, охлаждение полученного раствора в течение не менее 2 ч, отделение и обезвоживание образовавшегося осадка, отличающийся тем, что охлаждение раствора осуществляют в каскадно расположенных кристаллизаторах при температуре от 7 до -5^oС, причем температуру каждого последующего кристаллизатора поддерживают на 4 6^oС ниже предыдущего.

РИСУНКИ

Рисунок 1