Способ переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы

 

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано при регенерации производственных растворов, содержащих серную кислоту, в частности при получении пигментного диоксида титана, в производстве электролитной меди, при получении серной кислоты контактным способом и т.п. Регенерированная серная кислота широкого диапазона концентраций может быть использована как в основном производстве, так и в других технологиях. Сущность изобретения заключается в том, что исходный сернокислый раствор, полученный путем смешения регенерируемого раствора и рафината, взятого в количестве до 80% от общего объема рафината, концентрируют упариванием до содержания серной кислоты не более 850 кг/м³, после чего охлаждают до температуры 17-45^oС, фильтруют, отделяют осадок, смешивают с органическим растворителем в виде алифатических спиртов и осуществляют экстракцию серной кислоты. В качестве алифатических спиртов используют спирты с числом атомов углерода С₇-С₁₂, преимущественно 2-этилгексанол, октанол-1, октанол-2 или их смеси. Экстракцию осуществляют на 3-6 ступенях при объемном соотношении органической и водной фаз О: В не более 5:1 до концентрации серной кислоты в рафинате 280-360 кг/м³. Реэкстракцию ведут на 2-5 ступенях с использованием в качестве реэкстрагента очищенной воды, конденсата от упаривания исходного раствора или раствора очищенной серной кислоты вплоть до содержания серной кислоты в реэкстракте 500 кг/м³. Исходный сернокислый раствор может содержать 50 кг/м³ и более серной кислоты при общем содержании сульфатов примесных элементов до 150 кг/м. После экстракции может быть осуществлена промывка экстракта очищенной водой, конденсатом от упаривания исходного раствора или раствором очищенной серной кислоты при объемном соотношении органической и водной фаз О:В=20-10:1 с направлением промытого экстракта на реэкстракцию, а промывного раствора - на стадию концентрирования. Изобретение позволяет увеличить степень извлечения серной кислоты в среднем в 1,5 раза и повысить ее концентрацию до 500 кг/м³, а также обеспечить минимальное содержание примесных элементов. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано при регенерации производственных растворов, содержащих серную кислоту, в частности при получении пигментного диоксида титана, в производстве электролитной меди, при получении серной кислоты контактным способом и т.п. Регенерированная серная кислота широкого диапазона концентраций может быть использована как в основном производстве, так и в других технологиях.

Известен способ переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы (см. патент РФ 2070589, МПК⁶ С 22 В 3/38, С 25 С 1/12, 1996), включающий концентрирование исходного раствора путем его упаривания до содержания серной кислоты 350-600 кг/м³, охлаждение концентрированного раствора до 10-25^oС с кристаллизацией и отделением содержащихся в нем сульфатов металлов, экстракцию серной кислоты фосфорорганическим экстрагентом при соотношении 0:В=(3-5):1, реэкстракцию кислоты сернокислым раствором с концентрацией серной кислоты 25-180 кг/м³ и возврат рафината на стадию упаривания. Извлекаемая в реэкстракт серная кислота имеет концентрацию 230-410 кг/м³. В качестве фосфорорганического экстрагента используют трибутилфосфат, или триизоамилфосфат, или их смесь. После экстракции может быть осуществлена промывка экстракта сернокислым раствором с концентрацией серной кислоты 350-580 кг/м³.

Данный способ характеризуется относительно высокой степенью извлечения кислоты и низким содержанием в ней примесных элементов, но недостаточно высокой концентрацией серной кислоты в реэкстракте. В качестве экстрагента в способе используются фосфорорганические соединения, которые при повышенных концентрациях серной кислоты подвергаются частичному гидролизу с образованием моно-, диалкилфосфорных кислот. Это ведет к образованию третьей фазы и к повышенной потере экстрагента. Кроме того, используемые фосфорорганические соединения имеют плотность, близкую к плотности воды, что приводит к замедленному разделению фаз, требует большого числа ступеней контакта на реэкстракции и исключает возможность реэкстракции водой.

Известен также способ переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы (см. патент РФ 2159293, МПК⁷ С 22 В 3/20, С 01 В 17/90, 2000), включающий концентрирование исходного раствора путем испарения влаги из кислоты за счет теплоты металлургических газов до содержания серной кислоты 400-650 кг/м³, отделение части концентрированного раствора, смешение его с октанолом-2, экстракцию серной кислоты с переводом в органическую фазу основной части серной кислоты, а в водную фазу - остаточной части серной кислоты и примесных элементов, образующихся в процессе производства меди, никеля и других металлов из сульфидного сырья. Далее производят разделение органической и водной фаз с образованием экстракта серной кислоты и рафината, возвращают часть рафината на стадию концентрирования, производят реэкстракцию кислоты конденсатом, образовавшимся на стадии концентрирования исходного раствора с получением реэкстракта в виде раствора очищенной серной кислоты, имеющего концентрацию 350 кг/м³, и возвращают регенерированный экстрагент на экстракцию.

В известном способе в качестве экстрагента используется октанол-2, относящийся к классу алифатических спиртов, которые свободны от недостатков, присущих фосфорорганическим экстрагентам. Однако известный способ характеризуется невысокой концентрацией серной кислоты в реэкстракте (350 кг/м³) и низкой степенью извлечения кислоты (около 54%), а также повышенной концентрацией примесных элементов в реэкстракте (никель - 5,03 кг/м³, медь - 1,37 кг/м³).

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени извлечения и концентрации серной кислоты при использовании в качестве экстрагента алифатических спиртов, а также обеспечения минимального содержания примесных элементов.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы, включающем концентрирование исходного раствора, смешение концентрированного раствора с органическим растворителем в виде алифатических спиртов, экстракцию серной кислоты с переводом в органическую фазу основной части серной кислоты, а в водную фазу - основной части примесных элементов, разделение органической и водной фаз с образованием экстракта серной кислоты и рафината, возврат части рафината на стадию концентрирования, реэкстракцию кислоты водным реэкстрагентом с получением реэкстракта в виде раствора очищенной серной кислоты и возврат регенерированной органической фазы на экстракцию, согласно изобретению, концентрирование исходного раствора ведут до содержания серной кислоты не более 850 кг/м³, экстракцию осуществляют на 3-6 ступенях при объемном соотношении органической и водной фаз 0:В не более 5:1 до концентрации серной кислоты в рафинате 280-360 кг/м³, реэкстракцию ведут на 2-5 ступенях до концентрации серной кислоты в реэкстракте не более 500 кг/м³, а на стадию концентрирования возвращают до 80% объема рафината.

Технический результат достигается также тем, что используют исходный сернокислый раствор, содержащий 50 кг/м³ и более серной кислоты, а в качестве примесных элементов - по меньшей мере один из элементов: Al, As, Ca, Cd, Cl, Со, Сr, Сu, Fe, К, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, P, Pb, Si, Та, Ti, V, Zn, Zr, а также NH₄ ⁺ при общем содержании сульфатов примесных элементов до 150 кг/м³.

Технический результат достигается также и тем, что концентрирование исходного раствора ведут упариванием, после чего раствор охлаждают до температуры 17-45^oС.

Технический результат достигается и тем, что в качестве алифатических спиртов используют спирты с числом атомов углерода C₇-C₁₂, преимущественно 2-этилгексанол, октанол-1, октанол-2 или их смеси.

На достижение технического результата направлено то, что после экстракции осуществляют промывку экстракта очищенной водой, конденсатом от упаривания исходного раствора или раствором очищенной серной кислоты при объемном соотношении органической и водной фаз 0:В=20-10:1.

Концентрирование исходного раствора до содержания в нем серной кислоты не более 850 кг/м³ исключает образование гомогенного раствора при смешении концентрированного раствора с экстрагентом и обеспечивает максимальную разность между концентрацией кислоты в концентрированном растворе и в рафинате, что приводит к увеличению степени извлечения кислоты.

Осуществление экстракции на 3-6 ступенях обусловлено тем, что при числе ступеней менее 3 будет иметь место недоизвлечение кислоты в экстракт, а увеличение числа ступеней выше 6 нецелесообразно, т.к. это приводит лишь к незначительному увеличению извлечения кислоты в экстракт.

Выбор объемного соотношения органической и водной фаз 0:В не более 5:1 обусловлен тем, что при увеличении соотношения выше 5:1 будет происходить снижение концентрации кислоты в органической фазе и соответственно в реэкстракте, что нежелательно.

Концентрация серной кислоты в рафинате в пределах 280-360 кг/м³ обусловлена тем, что при величине ниже 280 кг/м³ экстракция практически прекращается, а при величине выше 360 кг/м³ будет иметь место недоизвлечение кислоты в экстракт.

Осуществление реэкстракции на 2-5 ступенях обусловлено тем, что при числе ступеней менее 2 будет иметь место недоизвлечение кислоты в реэкстракт, а число ступеней выше 5 не приводит к существенному увеличению извлечения кислоты в реэкстракт.

Возвращение рафината на стадию концентрирования в количестве до 80% приводит к увеличению весового потока кислоты на стадиях концентрирования и экстракции, что ведет к повышению степени извлечения серной кислоты. В случае же превышения этого значения будет наблюдаться существенное увеличение концентрации примесных элементов на стадии экстракции, что приведет к их соэкстракции с кислотой и ухудшению качества реэкстракта.

Использование исходного сернокислого раствора с содержанием серной кислоты 50 кг/м³ и более обусловлено составом наиболее типичных производственных растворов, содержащих серную кислоту, в частности при получении пигментного диоксида титана, в производстве электролитной меди, при получении серной кислоты контактным способом и т.п. Этими же соображениями обусловлен состав примесных элементов и их общее содержание до 150 кг/м³ в виде сульфатов.

Концентрирование исходного раствора предпочтительно осуществлять путем его упаривания - наиболее распространенным промышленным методом, что не исключает, однако, использования других известных методов концентрирования растворов, например осаждением примесных элементов, вымораживанием и т.д.

Охлаждение концентрированного раствора до температуры 17-45^oС обусловлено тем, что при температуре раствора менее 17^oС повышается вязкость органической и водной фаз, что затрудняет расслаивание эмульсии при экстракции. Температура более 45^oС нежелательна по причине потерь экстрагента вследствие испарения.

Использование в качестве экстрагента алифатических спиртов с числом атомов углерода С₇-С₁₂, преимущественно 2-этилгексанола, октанола-1, октанола-2 или их смеси, обусловлено их высокой избирательностью по отношению к серной кислоте, а также более благоприятными по сравнению с фосфорорганическими экстрагентами физико-химическими свойствами: пониженной плотностью, высокой химической стойкостью, меньшей растворимостью и токсичностью.

Использование в качестве водного реэкстрагента очищенной воды, конденсата от упаривания исходного раствора или раствора очищенной серной кислоты позволяет извлечь серную кислоту из экстракта без внесения дополнительных примесей в реэкстракт.

Промывка экстракта очищенной водой, конденсатом от упаривания исходного раствора или раствором очищенной серной кислоты обусловлена необходимостью максимального удаления примесных элементов для последующего получения кондиционного раствора очищенной серной кислоты. Очищенной водой может служить деминерализованная вода, конденсат вторичного пара, образующегося при упаривании раствора и др. В качестве раствора очищенной серной кислоты может быть использована часть реэкстракта.

Выбор объемного соотношения органической и водной фаз 0:В=20-10:1 при промывке экстракта обусловлен тем, что данное соотношение обеспечивает снижение до 95-99% концентрации примесных элементов.

Проведение реэкстракции вплоть до содержания серной кислоты в реэкстракте 500 кг/м³ диктуется необходимостью получения концентрированных растворов серной кислоты для расширения области их применения, удобства хранения и транспортировки. Возможность получения таких реэкстрактов основана на использовании в экстракционном процессе концентрированных растворов с содержанием 750-850 кг/м³ серной кислоты и обусловлена особенностями формы изотермы экстракции серной кислоты алифатическими спиртами с числом атомов углерода C₇-C₁₂.

Для более четкого понимания изобретения и дополнительной оценки его особенностей ниже приведены варианты выполнения способа переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы, которые иллюстрируются следующими рисунками.

На фиг. 1 приведена принципиальная технологическая схема переработки сернокислого раствора без промывки экстракта.

На фиг. 2 приведена изотерма экстракции серной кислоты алифатическими спиртами из концентрированного сернокислого раствора.

На фиг. 3 приведена принципиальная технологическая схема переработки сернокислого раствора с промывкой экстракта.

Сущность предлагаемого способа переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы, заключается в следующем.

В результате смешения регенерируемого производственного раствора 1 (см. фиг. 1) с частью рафината 2 образуются исходный сернокислый раствор 3, содержащий 50 кг/м³ и более серной кислоты, а также примесные элементы при общем содержании их сульфатов до 150 кг/м³. Исходный раствор 3 направляют на концентрирование 4, которое осуществляют путем упаривания раствора до содержания в нем серной кислоты, исключающего образование гомогенного раствора при смешении с органическим растворителем. Образующийся при упаривании конденсат 5 используют в качестве реэкстрагента 6, а избыток конденсата 7 направляют на дальнейшую утилизацию. Упаренный раствор 8 после охлаждения, фильтрации и отделения осадка (не показано) поступает на экстракцию 9, где в противоточном режиме он взаимодействует с экстрагентом 10 - алифатическим спиртом в виде 2-этилгексанола, октанола-2, октанола-1 или их смесей. Исходя из равновесной изотермы экстракции (см. фиг.2) видно, что при концентрации серной кислоты в водной фазе менее 300 кг/м³ практически отсутствует экстракция кислоты в органическую фазу. Заметная экстракция кислоты начинается с ее концентрации в растворе около 450 кг/м³. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 3-6 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза - рафинат 11 - содержит практически все примесные элементы и 280-360 кг/м³ серной кислоты, а органическая фаза - экстракт 12 - содержит очищенную серную кислоту. Экстракт 12 поступает далее на реэкстракцию 13, где в качестве реэкстрагента используют конденсат 6 от упаривания исходного раствора 3. При необходимости реэкстракцию можно осуществлять деминерализованной водой или раствором очищенной серной кислоты (на фиг.1 не показаны).

Реэкстракцию также осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 2-5, где серная кислота переходит из экстракта 12 в водную фазу. При этом экстракт 12 теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы 10 направляется повторно на экстракцию 9. Полученный реэкстракт 14 содержит очищенную серную кислоту при практически полном отсутствии примесей и является целевым продуктом. Часть рафината 2 в количестве до 80% возвращают на стадию концентрирования 4, а остаточную часть рафината 15 выводят из схемы и направляют на утилизацию.

В зависимости от требований к очищенной серной кислоте и состава примесных элементов возможен вариант способа по изобретению, включающий в качестве дополнительной операции промывку экстракта. В этом случае (см. фиг.3) после экстракции 9 органическая фаза 12 поступает на операцию промывки 16, которую осуществляют конденсатом 17 от упаривания исходного раствора 3 в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 2-3. Для промывки можно использовать очищенную воду или раствор очищенной серной кислоты (на фиг.3 не показаны). Промывной раствор 18 направляют на стадию концентрирования, объединяя его с регенерируемым производственным раствором 1. Промытый экстракт 19 поступает на реэкстракцию 13. Далее процесс ведут аналогично описанному выше.

Сущность и преимущества настоящего изобретения могут быть более детально пояснены следующими примерами конкретного выполнения способа.

Осуществление способа переработки сернокислого раствора без промывки экстракта.

Пример 1 7 м³ регенерируемого сбросного раствора производства электролитной меди, содержащего 50 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 2; Fe 6,3; Ni 11,3, смешивают с 0,206 м³ рафината (35% общего объема рафината), содержащего 280 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 1,4; Fe 17,7; Ni 28,6. Образующийся исходный сернокислый раствор направляют на операцию упаривания. После охлаждения до температуры 17^oС, фильтрации и отделения осадка концентрированный раствор в количестве 0,741 м³, содержащий 550 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 1,2; Fe 15; Ni 24, поступает на экстракцию, где в противоточном режиме он взаимодействует с 3,314 м³ октанола-1 при остаточном содержании в нем серной кислоты 10 кг/м³. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 4 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза (рафинат) в количестве 0,587 м³ содержит сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 1,4; Fe 17,7; Ni 28,6, и 280 кг/м³ серной кислоты, а органическая фаза (экстракт) в количестве 3,453 м³ - очищенную серную кислоту с концентрацией 80 кг/м³. Экстракт поступает далее на реэкстракцию, где в качестве реэкстрагента используют конденсат от упаривания исходного раствора.

Реэкстракцию также осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 2, где серная кислота переходит из экстракта в водную фазу. При этом экстракт теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы с остаточным содержанием серной кислоты 10 кг/м направляется повторно на экстракцию. Полученный реэкстракт в количестве 0,81 м³ содержит 300 кг/м³ очищенной серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 0,06; Fe 0,88; Ni 1,2. Остаточную часть рафината в количестве 0,382 м³ с содержанием серной кислоты 280 кг/м³ выводят из схемы и направляют на утилизацию. Объем сбросного раствора составляет 5,3% от объема исходного раствора. Степень извлечения серной кислоты в реэкстрат, являющийся целевым продуктом, составляет 69% при концентрации серной кислоты 300 кг/м³.

Пример 2 3 м³ отработанного медного электролита, содержащего 150 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 5; Fe 2; Ni 22; Zn 0,014, смешивают с 0,06 м³ рафината (10% общего объема рафината), содержащего 300 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 12,9; Fe 6,7; Ni 38,1; Zn 0,001. Образующийся исходный сернокислый раствор направляют на операцию упаривания. После охлаждения до температуры 25^oС, фильтрации и отделения осадка концентрированный раствор в количестве 0,78 м³, содержащий 600 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 10,5; Fe 5,5; Ni 31; Zn 0,003, поступает на экстракцию, где в противоточном режиме он взаимодействует с 3,025 м³ смеси спиртов фракции С₇-С₉ при остаточном содержании в ней 10 кг/м³ серной кислоты. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 3 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза (рафинат) в количестве 0,597 м³ содержит сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 12,9; Fe 6,7; Ni 38,1; Zn 0,001, и серную кислоту с концентрацией 300 кг/м³. Органическая фаза (экстракт) в количестве 3,19 м³ содержит очищенную серную кислоту с концентрацией 100 кг/м³. Экстракт поступает далее на реэкстракцию, где в качестве реэкстрагента используют конденсат от упаривания исходного раствора.

Реэкстракцию также осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 3, где серная кислота переходит из экстракта в водную фазу. При этом экстракт теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы с остаточным содержанием серной кислоты 10 кг/м³ направляется повторно на экстракцию. Полученный реэкстракт в количестве 0,962 м³ содержит 300 кг/м³ очищенной серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 0,5; Fe 0,32; Ni 1,52; Zn 0,02. Остаточную часть рафината в количестве 0,538 м³ с содержанием серной кислоты 300 кг/м³ выводят из схемы и направляют на утилизацию. Объем сбросного раствора составляет 17,6% от объема исходного раствора. Степень извлечения серной кислоты в реэкстрат, являющийся целевым продуктом, составляет 64% при концентрации серной кислоты 300 кг/м³.

Пример 3 1,6 м³ регенерируемого отработанного медного электролита, содержащего 200 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 7; Fe 2,3; Ni 0,026; Zn 0,025, смешивают с 0,164 м³ рафината (50% общего объема рафината), содержащего 320 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 4,8; Fe 1,8; Ni 0,03; Zn 0,04. Образующийся исходный сернокислый раствор направляют на операцию упаривания. После охлаждения до температуры 30^oС, фильтрации и отделения осадка концентрированный раствор в количестве 0,496 м³, содержащий 750 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Сu 5; Ре 2,1; Ni 0,022; Zn 0,025, поступает на экстракцию, где в противоточном режиме он взаимодействует с 2,154 м³ октанола-2, содержащего 15 кг/м³ остаточной серной кислоты. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 5 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза (рафинат) в количестве 0,327 м³ содержит сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 4,8; Fe 1,8; Ni 0,03; Zn 0,04, и 320 кг/м³ серной кислоты, а органическая фаза (экстракт) в количестве 2,307 м³ - очищенную серную кислоту с концентрацией 130 кг/м³. Экстракт поступает далее на реэкстракцию, где в качестве реэкстрагента используют деминерализованную воду.

Реэкстракцию также осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 4, где серная кислота переходит из экстракта в водную фазу. При этом экстракт теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы с остаточным содержанием серной кислоты 15 кг/м³ направляется повторно на экстракцию. Полученный реэкстракт в количестве 0,669 м³ содержит 400 кг/м³ очищенной серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Cu 0,25; Fe 0,32; Ni <0,001; Zn<0,001. Остаточную часть рафината в количестве 0,164 м³ с содержанием серной кислоты 320 кг/м³ выводят из схемы и направляют на утилизацию. Объем сбросного раствора составляет 10,25% от объема исходного раствора. Степень извлечения серной кислоты в реэкстрат, являющийся целевым продуктом, составляет 83,6% при концентрации серной кислоты 400 кг/м³.

Пример 4 2 м³ гидролизной кислоты производства пигментного диоксида титана, содержащей 280 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 1,3; Fe 46; Mg 2,2; Ti 3,6, смешивают с 0,315 м³ рафината (60% общего объема рафината), содержащего 340 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 7,2; Fe9,7; Mg 2,3; Ti 0,3. Образующийся исходный сернокислый раствор направляют на операцию упаривания. После охлаждения до температуры 45^oС, фильтрации и отделения осадка концентрированный раствор в количестве 0,834 м³, содержащий 800 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 4,7; Fe 6,4; Mg 1,5; Ti 0,2, поступает на экстракцию, где в противоточном режиме он взаимодействует с 3,309 м³ 2-этилгексанола, содержащего 15 кг/м³ остаточной серной кислоты. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 6 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза (рафинат) в количестве 0,525 м³ содержит сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 7,2; Fe 9,7; Mg 2,3; Ti 0,3, и 340 кг/м³ серной кислоты, а органическая фаза (экстракт) в количестве 3,588 м³ - очищенную серную кислоту с концентрацией 150 кг/м³. Экстракт поступает далее на реэкстракцию, где в качестве реэкстрагента используют конденсат от упаривания исходного раствора.

Реэкстракцию также осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 5, где серная кислота переходит из экстракта в водную фазу. При этом экстракт теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы с остаточным содержанием серной кислоты 15 кг/м³ направляется повторно на экстракцию. Полученный реэкстракт в количестве 0,977 м³ содержит 500 кг/м³ очищенной серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 0,13; Fe 0,27; Mg 0,05; Ti 0,014. Остаточную часть рафината в количестве 0,21 м³ с содержанием 340 кг/м³ серной кислоты выводят из схемы и направляют на утилизацию. Объем сбросного раствора составляет 9,1% от объема исходного раствора. Степень извлечения серной кислоты в реэкстрат, являющийся целевым продуктом, составляет 87,25% при концентрации серной кислоты 500 кг/м³.

Пример 5 5,4 м³ гидролизной кислоты производства пигментного диоксида титана, содержащей 330 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 1,6; Fe 42; Mg 2,4; Ti 4,1, смешивают с 1,068 м³ рафината (70% общего объема рафината), содержащего 360 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 7,3; Fe 9,5; Mg 2,1; Ti 0,23. Образующийся исходный сернокислый раствор направляют на операцию упаривания. После охлаждения до температуры 45^oС, фильтрации и отделения осадка концентрированный раствор в количестве 2,549 м³, содержащий 850 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 4,5; Fe 6,0; Mg 1,3; Ti 0,15, поступает на экстракцию, где в противоточном режиме он взаимодействует с 9,418 м³ смеси спиртов фракции С₁₀-С₁₂, содержащей 15 кг/м³ остаточной серной кислоты. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 5 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза (рафинат) в количестве 1,527 м³ содержит сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 7,3; Fe 9,5; Mg 2,1; Ti 0,23, и 360 кг/м³ серной кислоты, а органическая фаза (экстракт) в количестве 10,343 м³ - очищенную серную кислоту с концентрацией 170 кг/м³. Экстракт поступает далее на реэкстракцию, где в качестве реэкстрагента используют раствор очищенной серной кислоты.

Реэкстракцию также осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 5, где серная кислота переходит из экстракта в водную фазу. При этом экстракт теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы с остаточным содержанием серной кислоты 15 кг/м³ направляется повторно на экстракцию. Полученный реэкстракт в количестве 3,234 м³ содержит 500 кг/м³ очищенной серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 0,12; Fe 0,25; Mg 0,05; Ti 0,01. Остаточную часть рафината в количестве 0,458 м³ с содержанием серной кислоты 360 кг/м³ выводят из схемы и направляют на утилизацию. Объем сбросного раствора составляет 7,1% от объема исходного раствора. Степень извлечения серной кислоты в реэкстрат, являющийся целевым продуктом, составляет 91% при концентрации серной кислоты 500 кг/м³.

Осуществление способа переработки сернокислого раствора с промывкой экстракта.

Пример 6 2 м³ гидролизной кислоты производства пигментного диоксида титана, содержащей 280 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 1,3; Fe 46; Mg 2,2; Ti 3,6, смешивают с 0,474 м³ рафината (69,2% общего объема рафината), содержащего 340 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 7,46; Fe 10,2; Mg 2,4; Ti 0,32, и 0,275 м³ промывного раствора, содержащего 540 кг/м³ H₂SO₄ и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 18,6; Fe 25,3; Mg 5,9; Ti 0,79. Образующийся исходный сернокислый раствор направляют на операцию упарива-ния. После охлаждения до температуры 40^oС, фильтрации и отделения осадка концентрированный раствор в количестве 1,088 м³, содержащий 800 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 4,7; Fe 6,4; Mg 1,5; Ti 0,2, поступает на экстракцию, где в противоточном режиме он взаимодействует с 3,711 м³ 2-этилгексанола, содержащего 15 кг/м³ остаточной серной кислоты. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 6 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза (рафинат) в количестве 0,685 м³ содержит сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 7,46; Fe 10,2; Mg 2,4; Ti 0,32, и 340 кг/м³ серной кислоты, а органическая фаза (экстракт) в количестве 4,076 м³ - очищенную серную кислоту с концентрацией 170 кг/м³. Экстракт поступает далее на промывку, для которой используют 0,453 м³ конденсата от упаривания исходного раствора. Промывку осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 2. Насыщенный промывной раствор объединяют, как было сказано выше, с регенерируемым производственным раствором - гидролизной кислотой - и направляют на стадию концентрирования. Промытый экстракт в количестве 3,991 м³, содержащий 136,4 кг/м³ серной кислоты, поступает на реэкстракцию, где в качестве реэкстрагента используют конденсат от упаривания исходного раствора в количестве 0,684 м³.

Реэкстракцию осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 5, где серная кислота переходит из промытого экстракта в водную фазу. При этом экстракт теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы с остаточным содержанием серной кислоты, 15 кг/м³ направляется повторно на экстракцию. Полученный реэкстракт в количестве 0,977 м³ содержит 500 кг/м³ очищенной серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 0,0014; Fe 0,003; Mg<0,001; Ti<0,001. Остаточную часть рафината в количестве 0,21 м³ с содержанием серной кислоты 340 кг/м³ выводят из схемы и направляют на утилизацию. Объем сбросного раствора составляет 7,6% от объема исходного раствора. Степень извлечения серной кислоты в реэкстрат, являющийся целевым продуктом, составляет 87,25% при концентрации серной кислоты 500 кг/м³.

Пример 7 5,4 м³ гидролизной кислоты производства пигментного диоксида титана, содержащей 330 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 1,6; Fe 42; Mg 2,4; Ti 4,1, смешивают с 1,517 м³ рафината (76,7% общего объема рафината), содержащего 360 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м): Al 7,5; Fe 10,0; Mg 2,2; Ti 0,25, и 0,955 м промывного раствора, содержащего 500 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 15,6; Fe 20,7; Mg 4,5; Ti 0,55. Образующийся исходный сернокислый раствор направляют на операцию упаривания. После охлаждения до температуры 35^oС, фильтрации и отделения осадка концентрированный раствор в количестве 3,302 м³, содержащий 850 кг/м³ серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 4,5; Fe 6,0; Mg 1,3; Ti 0,15, поступает на экстракцию, где в противоточном режиме он взаимодействует с 10,026 м³ смеси спиртов фракции С₁₀-С₁₂, содержащей 15 кг/м³ остаточной серной кислоты. Экстракцию осуществляют в обычных смесительно-отстойных экстракторах с 5 ступенями, на которых происходит извлечение основной части серной кислоты в органическую фазу. Обедненная по кислоте водная фаза (рафинат) в количестве 1,977 м³ содержит сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 7,5; Fe 10,0; Mg 2,2; Ti 0,25, и 360 кг/м³ серной кислоты, а органическая фаза (экстракт) в количестве 11,225 м³ - очищенную серную кислоту с концентрацией 200 кг/м³. Экстракт поступает далее на промывку, для которой используют 0,668 м³ конденсата от упаривания исходного раствора. Промывку осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 3. Насыщенный промывной раствор объединяют с регенерируемым производственным раствором - гидролизной кислотой - и направляют на стадию концентрирования. Промытый экстракт в количестве 10,952 м³, содержащий 161,4 кг/м³ серной кислоты, поступает на реэкстракцию, где в качестве реэкстрагента используют конденсат от упаривания исходного раствора в количестве 2,264 м.

Реэкстракцию осуществляют в противоточном режиме в экстракторе типа смеситель-отстойник с числом ступеней 5, где серная кислота переходит из промытого экстракта в водную фазу. При этом экстракт теряет большую часть кислоты и в виде регенерированной органической фазы с остаточным содержанием 15 кг/м³ серной кислоты направляется повторно на экстракцию. Полученный реэкстракт в количестве 3,234 м³ содержит 500 кг/м³ очищенной серной кислоты и сульфаты примесных элементов в пересчете на металлы (кг/м³): Al 0,0012; Fe 0,002; Mg<0,001; Ti<0,001. Остаточную часть рафината в количестве 0,458 м³ с содержанием серной кислоты 360 кг/м³ выводят из схемы и направляют на утилизацию. Объем сбросного раствора составляет 5,8% от объема исходного раствора. Степень извлечения серной кислоты в реэкстрат, являющийся целевым продуктом, составляет 91% при концентрации серной кислоты 500 кг/м³.

Из вышеприведенных примеров видно, что предлагаемый способ переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы, позволяет увеличить степень извлечения серной кислоты в среднем в 1,5 раза, повысить концентрацию кислоты до 500 кг/м³ и обеспечить минимальное содержание в ней примесей. Это позволяет использовать регенерированную серную кислоту как в основном производстве, так и в других технологических применениях. При реализации способа используется стандартное оборудование. Объем сбросных растворов составляет 5,3-17,6% от исходного раствора, и они могут быть легко утилизированы.

Формула изобретения

1. Способ переработки раствора, содержащего серную кислоту и примесные элементы, включающий концентрирование исходного раствора, смешение концентрированного раствора с органическим растворителем в виде алифатических спиртов, экстракцию серной кислоты с переводом в органическую фазу основной части серной кислоты, а в водную фазу - основной части примесных элементов, разделение органической и водной фаз с образованием экстракта серной кислоты и рафината, возврат части рафината на стадию концентрирования, реэкстракцию кислоты водным реэкстрагентом с получением реэкстракта в виде раствора очищенной серной кислоты и возврат регенерированной органической фазы на экстракцию, отличающийся тем, что концентрирование исходного раствора ведут до содержания серной кислоты не более 850 кг/м³, экстракцию осуществляют на 3-6 ступенях при объемном соотношении органической и водной фаз О: В не более 5: 1 до концентрации серной кислоты в рафинате 280-360 кг/м³, реэкстракцию ведут на 2-5 ступенях, а на стадию концентрирования возвращают до 80% объема рафината.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют исходный сернокислый раствор, содержащий 50 кг/м³ и более серной кислоты, а в качестве примесных элементов по меньшей мере один из элементов: Al, As, Са, Cd, Cl, Со, Cr, Cu, Fe, К, Mg, Mn, Мо, Na, Nb, Ni, Р, Pb, Si, Та, Ti, V, Zn, Zr, а также NН₄ ⁺ при общем содержании сульфатов примесных элементов до 150 кг/м³.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что концентрирование исходного раствора ведут упариванием, после чего раствор охлаждают до температуры 17-45^oС.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве алифатических спиртов используют спирты с числом атомов углерода С₇-С₁₂, преимущественно 2-этилгексанол, октанол-1, октанол-2 или их смеси.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве водного реэкстрагента используют очищенную воду, конденсат от упаривания исходного раствора или раствор очищенной серной кислоты.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что после экстракции осуществляют промывку экстракта очищенной водой, конденсатом от упаривания исходного раствора или раствором очищенной серной кислоты при объемном соотношении органической и водной фаз О: В= 20-10: 1 с направлением промытого экстракта на реэкстракцию, а промывного раствора на стадию концентрирования.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что реэкстракцию ведут вплоть до содержания серной кислоты в реэстракте 500 кг/м³.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3