Способ комплексной переработки отходов титано-магниевого производства

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано, в частности, в титано-магниевом производстве для попутного получения дополнительной товарной продукции - растворов хлорида кальция на основе утилизации жидких и газообразных отходов производства, образующихся при производстве магния и титана, в частности на стадиях: обезвоживания карналлита, электролиза хлорида магния и хлорирования титаносодержащих шлаков. Способ комплексной переработки отходов титаномагниевого производства включает обработку отходящих газов, содержащих хлор и хлорид водорода поглотительной суспензией на основе оксида кальция путем циркуляции в системе бак-скруббер, вывод отработанного раствора из системы, отделение твердой фазы. Отработанный раствор, содержащий более 20 г/л оксида кальция, 10-60 г/л гипохлорита кальция, 100-200 г/л карбоната кальция и 100-200 г/л хлорида кальция, используют в качестве поглотительной суспензии и дополнительно циркулируют в системе бак-скруббер при одновременной обработке топочными газами, содержащими более 10 мг/л хлорида водорода и полученными путем сжигания смеси природного и хлорсодержащих газов при соотношении природный газ : хлор, равном 1:(0,7-1,3) при температуре в пределах 600-900°С, до достижения рН раствора 6-8, после чего раствор выводят из циркуляционной системы и отделяют твердую фазу. Изобретение позволяет повысить степень концентрирования хлорида кальция, снизить затраты на разложение гипохлорита кальция и утилизировать образующиеся отходы производства, в том числе вторичные отходы. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано, в частности, в титаномагниевом производстве для попутного получения дополнительной товарной продукции - растворов хлорида кальция на основе утилизации жидких и газообразных отходов производства, образующихся при производстве магния и титана, в частности на стадиях: обезвоживания карналлита, электролиза хлорида магния и хлорирования титаносодержащих шлаков.

Известен способ переработки отходов титаномагниевого производства, включающий обезвреживание гипохлоритного раствора, образующегося при улавливании хлора из отходящих газов титаномагниевого производства известковым молоком (Патент России № 2091327, опубл. 27.09.1997). По известному способу разложение гипохлоритного раствора проводят в присутствии катализатора, в качестве которого используют растворы тяжелых металлов, а для нагревания отходящие топочные газы. Конечным продуктом переработки является раствор хлористого кальция.

Причинами, препятствующими достижению указанного ниже технического результата, являются сложность технологии, высокая стоимость катализаторов, большие энергозатраты на дальнейшее упаривание растворов хлорида кальция до содержания, соответствующего требованиям ГОСТа, и необходимость осветления растворов, что приводит к удорожанию процесса.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ комплексной переработки отходов титано-магниевого производства (М.А. Эйдензон. Металлургия магния и других легких сплавов. М.: Металлургия, 1974, с.148-151), который принят нами за прототип.

Способ по прототипу заключается в обработке отходящих газов, содержащих хлор и хлорид водорода, известковым молоком (до 150 г/л СаО) с получением раствора хлорида кальция, содержащего помимо хлорида кальция также гипохлорит кальция - Са(ОСl)₂, который разлагают либо в присутствии катализатора (соединения Ni, Fe, Сu), либо путем обработки сульфитом натрия. После разложения гипохлорита раствор используют для очистки отходящих газов, содержащих хлорид водорода. При достижении концентрации хлорида кальция до 25% раствор выводят из системы и путем фильтрования освобождают от твердого осадка.

Причинами, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, являются:

- низкая концентрация хлорида кальция в растворе (как правило, не превышает 25 вес.%), что не позволяет использовать его в качестве товарного продукта;

- высокие энергозатраты на упаривание продукта - для повышения степени концентрации растворов;

- необходимость сбросов низкоконцентрированной по хлориду кальция суспензии в окружающую среду;

- высокие затраты на реагенты для разложения гипохлорита кальция;

- низкая степень использования известкового молока.

Задачей изобретения является упрощение технологии и снижение затрат на получение товарного раствора хлористого кальция.

Технический результат, получаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в повышении степени концентрирования хлорида кальция, снижении затрат на разложение гипохлорита кальция и утилизации образующихся отходов производства, в том числе вторичных отходов.

Поставленная задача решается предлагаемым изобретением, а достигаемый технический результат обеспечивается тем, что в способе комплексной переработки отходов титано-магниевого производства, включающем обработку отходящих газов, содержащих хлор и хлорид водорода, поглотительной суспензией на основе оксида кальция путем циркуляции в системе бак-скруббер, вывод отработанного раствора из системы, отделение твердой фазы, новым является то, что отработанный раствор, содержащей более 20 г/л оксида кальция, используют в качестве поглотительной суспензии и дополнительно циркулируют в системе бак-скруббер при одновременной обработке топочными газами, содержащими более 10 мг/л хлорида водорода, до достижения рН раствора 6-8, после чего раствор выводят из циркуляционной системы и отделяют твердую фазу.

Кроме того, топочные газы получают путем сжигания смеси природного и хлорсодержащих газов при соотношении природный газ : хлор, равном 1:(0,7-1,3).

Кроме того, отработанный раствор также содержит 10-60 г/л гипохлорита кальция, 100-200 г/л карбоната кальция и 100-200 г/л хлорида кальция.

Кроме того, температуру топочных газов, подаваемых в скруббер, поддерживают в пределах 600-900°С.

Кроме того, циркуляцию проводят до остаточной концентрации оксида кальция в растворе 1-2 г/л и достижения плотности раствора 1,32-1,40 г/л.

Кроме того, отделение твердой фазы из раствора осуществляют методом гравитационного осаждения с предварительной обработкой высокомолекулярным флокулянтом.

Содержание оксида кальция более 20 г/л и хлорида водорода в топочных газах более 10 г/л обусловлено тем, что при меньших их значениях содержание хлорида кальция в целевом продукте не достигнет значения, предусмотренного требованиями к товарному продукту (более 32%). Снижение рН раствора ниже 6 нецелесообразно из-за выделения хлоратов, которые разлагаются до двуокиси хлора с образованием взрывоопасной смеси, а также из-за образования хлорида магния, которым обогащается раствор. При повышении рН раствора выше 8 снижается степень использования оксида кальция, что приводит к повышению расхода известкового молока, а также повышению содержания твердых нерастворимых примесей.

Вышеуказанные условия осуществления процесса, последовательность действий, операций, использование в полной степени поглотительной суспензии с ее исходным составом, режимы (температура, концентрация ингредиентов, рН и т.п.) проведения процесса обеспечивают решение поставленной задачи и достижение вышеуказанного технического результата.

При другой последовательности операций, режимов, состава растворов и газовой фазы и т.п. вышеуказанный технический результат не достигается.

При прочих равных условиях вышеуказанные новые приемы, режимы их выполнения и используемые новые вещества и их состав обеспечивают решение поставленной задачи и достижение технического результата при осуществлении заявляемого изобретения.

Анализ совокупности признаков заявляемого изобретения, новых приемов их выполнения и достигаемого при этом результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь.

Анализ уровня техники в отношении совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения показывает, что предложенный способ соответствует критерию “новизна”.

Проверка соответствия заявленного изобретения требованиям “изобретательского уровня” в отношении совокупности существенных признаков свидетельствуют о том, что предлагаемый способ не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения, решения поставленной задачи с получением вышеуказанного технического результата ниже приведен пример осуществления способа.

Пример осуществления способа.

Отходящие газы из технологических цехов титаномагниевого производства, содержащие 2-8 мг/л Cl₂ и 0,1-1,5 мг/л НСl подают на очистку от этих компонентов путем обработки их поглотительной суспензией (известковым молоком) с начальным содержанием СаО 100 г/л в системе бак-скруббер. При снижении содержания оксида кальция в суспензии до 25 г/л за счет его взаимодействием с хлором и хлоридом водорода отработанный раствор выводят из системы бак-скруббер и подают на циркуляцию в следующую систему бак-скруббер. При этом в своем составе отработанный раствор содержит 150 г/л СаСО₃, 150 г/л CaCl₂ и 40 г/л Са(ОСl)₂.

Топочные газы получают путем сжигания природного газа в хлоровоздушной смеси, получаемой в процессе электролиза хлорида магния, при соотношении природный газ:хлор 1:1,15 путем подачи 580 нм³/час природного газа, 500 нм³/час хлора и 4800 нм³/час воздуха. В результате протекания реакций:

получают топочные газы, которые для снижения температуры смешивают со вторичным воздухом и при температуре 700°С подают в орошаемый скруббер. Образовавшаяся газовая смесь содержит 30 мг/л НС1, 1,5 мг/л Сl₂, остальное N₂, О₂, СО₂, Н₂О. Общее количество смеси 35500 нм³/час.

В скруббере проводят орошение газовой смеси отработанным раствором. В процессе циркуляции суспензии в системе бак-скруббер происходит ее обогащение хлористым кальцием за счет его образования по реакциям:

Повышение концентрации хлорида кальция происходит также за счет испарения воды при высокой температуре.

При достижении плотности 1,36 г/дм³ и рН - 7 получают раствор с содержанием оксида кальция 1,5%. Раствор выводят из циркуляционного бака в промежуточный бак, вводя в него флокулянт, например праестол, и отделяют твердую фазу.

После осветления получают товарный раствор хлорида кальция, содержащий, вес.%: 35 CaCl₂, 1-2 остальных хлоридов, 0,1 нерастворимого в воде остатка, который соответствует требованиям ГОСТ 450-77.

Газовую смесь после контакта с поглотительной суспензией, содержащую остаточный хлор в количестве 0,001-0,003 об.%, из скруббера подают на очистку от остаточного хлора свежей суспензией, содержащей 100 г/л СаО в систему нейтрализации совместно с сантехническими и технологическими газами, откуда отработанная суспензия с содержанием СаО 20-25 г/л поступает вновь на получение раствора хлористого кальция.

Таким образом, предложенный способ получения хлористого кальция позволяет использовать хлорсодержащие отходы, сбрасываемые в окружающую среду, а именно отработанную суспензию, содержащую СаО и СаСl₂, для производства товарного продукта - раствора хлорида кальция и существенно снизить затраты на его производство, а также затраты на производство основной продукции - титана и магния.

Формула изобретения

1. Способ комплексной переработки отходов титаномагниевого производства, включающий обработку отходящих газов, содержащих хлор и хлорид водорода, поглотительной суспензией на основе оксида кальция путем циркуляции в системе бак - скруббер, вывод отработанного раствора из системы, отделение твердой фазы, отличающийся тем, что отработанный раствор, содержащий более 20 г/л оксида кальция, используют в качестве поглотительной суспензии и дополнительно циркулируют в системе бак - скруббер при одновременной обработке топочными газами, содержащими более 10 мг/л хлорида водорода, до достижения рН раствора 6-8, после чего раствор выводят из циркуляционной системы и отделяют твердую фазу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топочные газы получают путем сжигания смеси природного и хлорсодержащих газов при соотношении природный газ: хлор, равном 1:(0,7-1,3).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный раствор также содержит 10-60 г/л гипохлорита кальция, 100-200 г/л карбоната кальция и 100-200 г/л хлорида кальция.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру топочных газов, подаваемых в скруббер, поддерживают в пределах 600-900°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляцию проводят до остаточной концентрации оксида кальция в растворе 1-2 г/л и достижении плотности раствора 1,32-1,40 г/л.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение твердой фазы из раствора осуществляют методом гравитационного осаждения с предварительной обработкой высокомолекулярным флокулянтом.