Способ получения сорбента для улавливания газообразных фторидов

 

Изобретение относится к способам получения сорбентов для улавливания газообразных фторидов: фторида водорода или фторидов металлов (фторидов урана, вольфрама, молибдена и др.) и может быть использовано для очистки сбросных газов или для разделения газовых смесей, содержащих фториды. Способ включает стадии приготовления шихты из бифторида натрия и воды при соотношении компонентов, мас.%, соответственно: (92-96):(4-8), формование таблеток, их сушку и спекание при температуре 250-280^oС (для улавливания сорбентом фторида водорода) или при температуре 480-550^oС (для улавливания сорбентом фторидов металлов). Способ обеспечивает получение сорбента с высокой прочностью, пористостью и удельной поверхностью. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способам получения сорбентов для улавливания газообразных фторидов: фторида водорода или фторидов металлов (фторидов урана, вольфрама, молибдена и др. ) и может быть использовано для очистки сбросных газов или для разделения газовых смесей, содержащих фториды.

Известен способ получения сорбента - гранулированного фторида натрия - прессованием сухого порошка бифторида натрия в таблетки с последующим их прокаливанием при температуре 100-600^oС, оптимальная температура прокаливания 300-500^oС (Галкин Н.П., Зайцев В.А., Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. - М.: Атомиздат, 1975, сс. 70, 117). При прокаливании таблеток в интервале температур 300-400^oС они имеют относительную пористость 45%, удельную поверхность 1-2 м²/г; наиболее часто для улавливания гексафторида урана применяют таблетки, прокаленные при 540^oС, с относительной пористостью 40% (там же, с.117).

Недостатком способа является необходимость применения для получения механически прочных гранул значительного давления прессования порошка - более 100 МПа. Вследствие этого доля макропор в суммарном объеме пор сорбента мала, а общая пористость не превышает 45%.

Известен способ получения сорбента - гранулированного фторида натрия - из фторида натрия, увлажненного водой, при спекании таблеток (гранул) в области температур 650-930^oС (патент США 3372004, опубл. 1968). Способ включает стадии приготовления шихты на основе фторида натрия, формование таблеток, сушку таблеток и их спекание при температуре 650-930^oС (прототип).

Недостатком способа является высокая температура спекания, что является причиной низких значений пористости и удельной поверхности таблеток сорбента. Так, таблетированный фторид натрия, прокаленный при температуре 650^oС, выдерживающий до 20 циклов сорбции - десорбции гексафторида урана, имеет весьма небольшие пористость - около 10%, - и удельную поверхность - около 0,1 м²/г (Галкин Н.П., Зайцев В.А., Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. - М.: Атомиздат, 1975, с. 121).

Как известно (там же, с.119), максимальное количество сорбированного гексафторида урана в сильной степени зависит от пористости гранул: теоретически для полного реагирования гранул фторида натрия до образования соединения UF₆ • 2NaF необходимо, чтобы относительная пористость сорбента была не ниже 80,7%.

Высокая температура спекания требует больших энергетических затрат.

Задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего получение сорбента для улавливания газообразных фторидов - фторида водорода или фторидов металлов - с оптимальным сочетанием основных физико-механических характеристик: статической прочности, пористости и удельной поверхности.

Поставленную задачу решают тем, что в способе получения сорбента для улавливания газообразных фторидов, включающем стадии приготовления шихты на основе фторида натрия, формование таблеток, их сушку и спекание, шихту готовят из бифторида натрия и воды, а спекание таблеток для улавливания сорбентом фторида водорода ведут при температуре 250-280^oС, а для улавливания сорбентом фторидов металлов - при температуре 480-550^oС.

Бифторид натрия и воду для приготовления шихты берут в соотношении, мас. %: Бифторид натрия - 92-96 Вода - 4-8 Формование таблеток осуществляют прессованием при давлении прессования до 10 МПа.

Способ осуществляли следующим образом.

Были приготовлены смеси бифторида натрия с водой с содержанием воды от 1,25 до 30 мас. %. Формование таблеток (гранул) осуществляли прессованием роторным формователем при давлении прессования 8 МПа. Отформованные таблетки бифторида натрия подвергали сушке при 20-100^oС в течение заданного времени. Полученные таблетки исследовали с целью определения влияния состава шихты на статическую прочность таблеток. Статическую прочность определяли по ГОСТ 21560.2-82. Зависимость статической прочности таблеток от содержания воды в шихте представлены в табл.1.

Как видно из табл.1, заявляемое соотношение бифторида натрия и воды обеспечивает выход таблеток 74-78% со статической прочностью таблеток после сушки 86,5-84,6 кгс/см².

Таблетки, полученные после сушки, подвергали спеканию. Спекание проводили при разных температурах в интервале от 250 до 600^oС.

Исследовали влияние температуры спекания на статическую прочность сорбента, его удельную поверхность и пористость. Удельную поверхность определяли по ГОСТ 28794-90, пористость вычисляли после определения кажущейся плотности по ГОСТ 18898-89.

Влияние температуры спекания на свойства сорбента представлено в табл.2.

Как видно из табл.2, температура спекания сорбента в интервале температур 250-280^oС обеспечивает сочетание значений статической прочности, пористости и удельной поверхности сорбента, оптимальное для улавливания фторида водорода: емкость по фториду водорода сорбента, полученного при этой температуре спекания, составляет 0,43-0,46 г/г, количество рабочих циклов сорбции-десорбции более 20 (опыты 1 и 2 ).

Температура спекания сорбента в интервале 480-550^oС обеспечивает сочетание значений статической прочности, пористости и удельной поверхности сорбента, оптимальное для улавливания гексафторида урана: емкость по гексафториду урана сорбента, полученного при этой температуре спекания, составляет 1,78-1,96 г/г, количество рабочих циклов сорбции-десорбции более 20 (опыты 5, 6, 7).

Как видно из табл.2, сорбент, полученный при температуре спекания 300-450^oС (опыты 3, 4), имеет низкую статическую прочность 13,4-14,2 кгс/см², поэтому непригоден для эксплуатации в многократных циклах сорбции-десорбции.

Емкость сорбента, полученного при температуре спекания 600^oС, не превышает 0,15 г/г (опыт 8).

Таким образом, способ обеспечивает получение сорбента, оптимально сочетающего такие характеристики, как прочность, пористость и удельная поверхность, от которых зависит емкость сорбента и возможность его применения в многократных циклах сорбции-десорбции, позволяет снизить температуру спекания и использовать низкое давление прессования.

Формула изобретения

1. Способ получения сорбента для улавливания газообразных фторидов, включающий стадии приготовления шихты на основе фторида натрия, формование таблеток, их сушку и спекание, отличающийся тем, что шихту готовят из бифторида натрия и воды, а спекание таблеток для улавливания сорбентом фторида водорода ведут при температуре 250-280^oС, а для улавливания сорбентом фторидов металлов - при температуре 480-550^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бифторид натрия и воду для приготовления шихты берут в соотношении, мас. %: Бифторид натрия - 92-96 Вода - 4-8 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что формование таблеток проводят прессованием при давлении до 10 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2