Способ переработки гептагидрата сульфата железа

Изобретение может быть использовано в неорганической химии при переработке гептагидрата сульфата железа в моногидрат сульфата железа. Способ переработки гептагидрата сульфата железа включает подготовку водного раствора или суспензии гептагидрата сульфата железа в емкости (смесь I), перемещение смеси I в первый сосуд под давлением и нагревание смеси I до температуры Т1 с установлением давления Р1 и образованием моногидрата сульфата железа в виде твердого вещества и раствора II. Температуру Т1 задают выше температуры кипения смеси I при атмосферном давлении. Отделяют моногидрат сульфата железа из раствора II во втором сосуде под давлением при температуре Т2, которая, по меньшей мере, соответствует Т1, и давлении Р2, которое, по меньшей мере, соответствует Р1, с образованием выделенного твердого вещества моногидрата сульфата железа, состоящего из моногидрата сульфата железа и остаточного количества раствора II. Выделенный моногидрат сульфата железа подают в третий сосуд под давлением Р3, которое задают ниже давления Р2. Температуру моногидрата сульфата железа, подаваемого в третий сосуд под давлением, задают выше температуры кипения раствора II при давлении Р3. При этом температура моногидрата сульфата железа снижается до температуры Т3, которая соответствует давлению Р3. Изобретение позволяет энергетически эффективно получать моногидрат сульфата железа с возможностью регулирования остаточной влажности и содержания железа (III) в продукте. 14 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу переработки гептагидрата сульфата железа в моногидрат сульфата железа и опционально в окиси железа или гидроксиды железа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При производстве двуокиси титана так называемым сульфатным способом, а также при травлении черных металлов образуется значительное количество сульфата железа. Сульфат железа применяется в различных отраслях, например, в качестве добавки при производстве кормов и удобрений, в процессе водоподготовки в очистных сооружениях, в качестве восстановителя для соли хромовой кислоты в цементе или как сырье для производства окиси железа. В соответствии с технологическими процессами сульфат железа имеет 3 степени гидратации: гепта-, тетра- или моногидрат. При упомянутом выше производстве двуокиси титана сульфатным способом и при травлении черных металлов сульфат железа в основном выделяется в виде гептагидрата. Гептагидрат сульфата железа имеет самое высокое содержание воды среди трех степеней гидратации и плохо сохраняется при температуре выше 25°C, так как он плавится в собственной кристаллизационной воде. Гептагидрат сульфата железа также отличается самым низким содержанием железа среди всех степеней гидратации, следствием чего является ряд недостатков при практическом применении. По этой причине были разработаны различные процессы, чтобы перевести гептагидрат сульфат железа на более низкие степени гидратации. Преобразование гептагидрата в тетрагидрат или в моногидрат в настоящее время в промышленных масштабах осуществляется в основном путем использования различных способов термической сушки. Однако, недостатком данных способов является относительно высокий расход энергии, который, по меньшей мере, соответствует теплоте испарения удаляемой кристаллизационной воды. В качестве альтернативы может использоваться способ плавки согласно DE 1230409, при котором гептагидрат сульфата железа нагревается до 95°C, чтобы обеспечить его плавление в собственной кристаллизационной воде, а также выпадение в осадок и отделение моногидрата сульфата железа. При использовании данного способа расходуется меньше энергии по сравнению с термической сушкой, однако в соответствии с характеристиками растворимости в системе сульфат железа-вода приблизительно 25% по массе сульфата железа остается в маточном растворе.

Из патента DE 1546076 известен способ регенерации использованного травильного раствора, при котором к использованному травильному раствору добавляют моногидрат сульфата железа, в результате чего образуется гептагидрат сульфата железа, отделяемый в виде твердого вещества. Затем полученный гептагидрат нагревается до температуры 100°C-200°C, чтобы вновь образовался моногидрат сульфата железа, который возвращается в процесс. Патент DE 1546076 не занимается регулированием остаточной влажности полученного моногидрата сульфата железа.

Таким образом, возникает потребность в способе переработки гептагидрата сульфата железа, который бы по меньшей мере способствовал преодолению недостатков известного уровня техники.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основе изобретения лежит задача создания способа переработки гептагидрата сульфата железа в моногидрат сульфата железа и получения при известных условиях других соединений железа, который был бы энергетически эффективным и отличался бы высоким уровнем регенерации соединений железа, а также позволял бы регулировать остаточную влажность и содержание железа (III) в производимом продукте, содержащем моногидрат сульфата железа.

Вышеуказанная задача достигается за счет способа переработки гептагидрата сульфата железа, который заключается в а) подготовке водного раствора или суспензии гептагидрата сульфата железа в емкости (смесь I), б) перемещении смеси I в первый сосуд под давлением и нагревание смеси I до температуры Т1, которую задают выше температуры кипения смеси I при атмосферном давлении, с установлением давления Р1 и образованием моногидрата сульфата железа в виде твердого вещества и раствора II, в) отделении твердого вещества моногидрата сульфата железа из раствора II во втором сосуде под давлением при температуре Т2 и давлении Р2 с образованием выделенного твердого вещества моногидрата сульфата железа, состоящего из моногидрата сульфата железа и остаточного количества раствора II, г) подачу выделенного твердого вещества моногидрата сульфата железа в третий сосуд под давлением P3, которое задают ниже давления Р2, при этом температуру твердого вещества моногидрата сульфата железа, который подают в третий сосуд под давлением, задают выше температуры кипения раствора II при давлении P3, в результате чего на этапе г) температура твердого вещества моногидрата сульфата железа снижается до температуры T3, которая соответствует давлению P3.

Согласно заявленному способу на этапе б) осуществляют нагревание до температуры выше 110°C, предпочтительно до температуры в диапазоне 135°C-300°C, наиболее предпочтительно - до температуры в диапазоне от 140°C до 160°C.

Согласно заявленному способу на этапе в) подают перегретый пар или горячий газ при температуре не ниже Т1.

Согласно заявленному способу температура перегретого пара или горячего газа является большей, чем температура Т1 на 100°C, предпочтительно - на 60°C, наиболее предпочтительно - на 20°C.

Согласно заявленному способу второй сосуд под давлением снабжают системой нагрева.

Согласно заявленному способу третий сосуд под давлением снабжают системой нагрева.

Согласно заявленному способу первый сосуд и второй сосуд под давлением являются одним и тем же сосудом.

Согласно заявленному способу этап в) осуществляют при температуре Т2 и давлении Р2, при этом Т2, по меньшей мере, соответствует Т1, и Р2, по меньшей мере, соответствует Р1.

Согласно заявленному способу в конце этапа г) остаточная влажность твердого вещества моногидрата сульфата железа не превышает 20 весовых %, предпочтительно - 10 весовых %, наиболее предпочтительно - 5 весовых % относительно общей массы твердого вещества.

Согласно заявленному способу в конце этапа г) содержание трехвалентного железа в твердом веществе моногидрата сульфата железа не превышает 10 весовых %, предпочтительно - 3 весовых %, наиболее предпочтительно - 1 весового % относительно общего содержания железа

Согласно заявленному способу по окончании этапа г) происходит агломерация твердого вещества моногидрата сульфата железа.

Согласно заявленному способу при агломерации применяет неорганическое или органическое вяжущее средство.

Согласно заявленному способу раствор II, по крайней мере, частично возвращается в емкость этапа а).

Согласно заявленному способу котором по окончании этапа г) осуществляют д) подачу раствора II в окислительный реактор, подачу воздуха или кислорода и, при необходимости, применение добавок, е) егулирование температуры в диапазоне выше 25°C, предпочтительно - в диапазоне от 70°C до 300°C, наиболее предпочтительно - в диапазоне от 140°C до 160°C, с выпадением в осадок окиси железа и/или гидроксида железа и образования раствора III, практически не содержащего железа, ж) отделение окиси железа и/или гидроксида железа.

Согласно заявленному способу при выполнении этапа д) в качестве добавки используют соли, щелочные вещества или катализаторы окисления.

Согласно заявленному способу окислительный реактор выполняют с герметичной конструкцией и, при необходимости, оснащают системой нагрева.

Согласно заявленному способу моногидрат сульфата железа применяют в следующих областях: производство кормов, производство удобрений, водоподготовка, в качестве восстановителя, например, для соли хромовой кислоты в цементе, или как сырье для производства железоокисных пигментов, для производства серной кислоты с помощью процесса обжига.

Согласно заявленному способу в процессе десульфурации используют окись железа или гидроксид железа, либо окись железа или гидроксид железа используют при получении железоокисных пигментов или при производстве чугуна.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1: Кривая растворимости сульфата железа в воде (согласно справочнику Гмелина по неорганической химии, системный №59 «Железо», Часть В - выпуск 2, издание 8, 1930, стр. 401).

Фиг. 2: Кривая растворимости сульфата железа в воде согласно Фиг. 1, дополненная другими точками измерения, приблизительно до 160°C.

Фиг. 3: Технологическая схема реализации способа в соответствии с изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Все указанные ниже данные, касающиеся температуры, давления, концентрации в весовых процентах и т.д. подразумевают, что охвачены все значения, которые находятся в диапазоне точности измерений, используемом специалистами.

Предлагаемый изобретением способ исходит из знания о том, что растворимость сульфата железа в воде уменьшается при достижении температуры приблизительно 60°C (Фиг. 1). В рамках изобретения проводились опыты по изучению растворимости сульфата железа в воде при температуре в диапазоне приблизительно от 110°C до 160°C при соответствующем давлении. Фиг. 2 демонстрирует соответствующие результаты анализа (точки) и определенную на их основе кривую растворимости в виде пунктирной линии. Из Фиг. 2 следует, что при температуре выше 135°C растворимость сульфата железа ниже, чем при значении температуры 5°C, которое в технических системах является нижней границей практически реализуемой температуры охлаждения. Однако обычно с помощью холодильных испарительных установок с соответствующим расходом энергии достигается минимальная температура лишь порядка 15°C, при которой растворимость сульфата железа составляет прибл. 18 вес.-%, то есть 18 весовых процентов сульфата железа остаются в растворе (в маточном растворе) (см. Фиг. 1).

Согласно представленному изобретению, водные растворы и/или суспензии сульфата железа нагреваются в сосуде под давлением до значения, превышающего температуру кипения, которая наблюдается при атмосферном давлении. При этом растворимость сульфата железа с повышением температуры снижается, и происходит выпадение в осадок моногидрата сульфата железа. Как известно, повышение температуры сопровождается увеличением давления. В специальном варианте осуществления изобретения раствор нагревается до температуры выше 110°C, в частности, до диапазона от 135°C до 300°C, при этом предпочтительный диапазон составляет от 140°C до 160°C. Например, температура 160°C достигалась при давлении прибл. 6 бар, которое обычно в форме водяного пара стандартно наличествует в химических установках. Исследования в рамках данного изобретения показали, что растворимость сульфата железа при 140°C составляет прибл. 10-12 весовых %, а при 160°C - прибл. 4-6 весовых %, что значительно меньше, чем при использовании известных способов, основанных на процессе плавления.

На Фиг. 3 показана технологическая схема одного из вариантов осуществления изобретения.

На первом этапе (этап а) в емкости (1) изготавливают водный раствор и/или суспензия гептагидрата сульфата железа (смесь I). Раствор/суспензия сульфата железа должны быть насыщенными или, предпочтительно, перенасыщенными.

Смесь I поступает в нагреваемый сосуд под давлением (автоклав) (2) (этап б). Здесь смесь I нагревается до температуры Т1, которая выше температуры кипения при атмосферном давлении, предпочтительно, до температуры выше 110°C, в частности, в диапазоне от 135°C до 300°C, при этом наиболее предпочтительным диапазоном является интервал от 140°C до 160°C. Благодаря рассчитанной на восприятие давления конструкции, при достижении температуры Т1 устанавливается соответствующее избыточное давление Р1. Вследствие снижающейся степени растворимости сульфата железа в воде при высоких температурах происходит выпадение в осадок моногидрата сульфата железа. Затем происходит отделение (3) моногидрата сульфата железа (этап в), и остается раствор с малым содержанием сульфата железа, так называемый маточный раствор (раствор II) (5).

Для отделения выпавшего в осадок моногидрата сульфата железа можно использовать различные аппараты, известные специалистам, например, циклон или фильтр, предпочтительным является применение напорного фильтра или барабанного вакуум-фильтра, либо отстойной центрифуги или патронного фильтра, при этом все аппараты для фильтрации могут иметь конструкцию, прочную на давление.

Согласно особенностям технологии на отделяемом твердом веществе моногидрата сульфата железа остается прилипший маточный раствор (раствор II) в форме капиллярной воды и остаточной влаги.

В одном из вариантов осуществления изобретения отделение происходит при температуре Т2 и давлении Р2, при этом Т2 соответствует температуре Т1, а Р2 - давлению Р1; так что повторное растворение выделенного моногидрата сульфата железа не допускается в максимальной степени.

В одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения отделение происходит при температуре Т2 и при давлении Р2, при этом Т2 больше Т1, а Р2 больше Р1. Повышение температуры Т2 может быть достигнуто, например, при использовании перегретого пара и/или горячего газа, подаваемого в аппаратуру для фильтрации. Предпочтительно, чтобы перегретый пар и/или горячий газ подавались через влажную фильтровальную лепешку. На осадке моногидрата сульфата железа в фильтре наблюдаются температура T2 и давление Р2.

Благодаря этому можно регулировать остаточную влажность продукта - моногидрата сульфата железа. Подача перегретого пара и/или горячего газа через влажную фильтровальную лепешку и связанное с этим повышение температуры лепешки приводят к испарению маточного раствора (раствор II) в виде капиллярной воды и остаточной влажности из твердого вещества моногидрата сульфата железа. При уменьшении количества и/или вытеснении в результате испарения прилипшего маточного раствора происходит одновременная кристаллизация соответствующего количества моногидрата сульфата железа вследствие повышения температуры. В результате достигаются увеличение выхода твердого вещества моногидрата сульфата железа и требуемая остаточная влажность получаемой фильтровальной лепешки.

Кроме того, при вводе перегретого пара и/или горячего газа на поверхности уже образовавшегося крупнокристаллического твердого вещества моногидрата сульфата железа в результате продолжающейся кристаллизации растворенного в сопутствующем маточном растворе (раствор II) моногидрата сульфата железа образуются отдельные небольшие кристаллы. Эти кристаллы способствуют склеиванию крупнокристаллического твердого вещества моногидрата сульфата железа, что при дальнейшей переработке продукта приводит к выгодной предварительной агломерации твердого вещества. Положительным моментом является то, что из-за относительно короткого воздействия перегретого пара и/или горячего газа на твердое вещество наряду с твердым веществом нагревается только пространство, заполненное паром или газом, а жидкость или суспензия (маточный раствор), если они находятся в аппаратуре, не нагреваются, что способствует дополнительной экономии энергии.

Подача перегретого пара и/или горячего газа предпочтительно осуществляется при температуре, превышающей температуру кипения маточного раствора при имеющемся давлении. Как правило, достаточно превышения температуры Т1 на 5°C, чтобы достичь положительного эффекта при управлении остаточной влажностью. В целях экономии энергии значение перегрева должно составлять до 100°C, предпочтительно - до 60°C, и наиболее предпочтительный вариант - до 20°C по отношению к температуре Т1.

Особый вариант осуществления изобретения предусматривает использование встроенного отделительного (3) устройства в первом сосуде под давлением (2). В этом случае речь может идти, например, о герметичном и нагреваемом барабанном фильтре, установленном в первом сосуде под давлением (2). Специалистам известна соответствующая аппаратура.

В этом варианте осуществления также имеется возможность управлять уровнем остаточной влажности продукта - моногидрата сульфата железа; для этого во время отделения (3), которое происходит сразу же после законченного образования моногидрата сульфата железа в смеси I (этап б), перегретый пар или горячий газ подается в аппаратуру и контактирует с твердым материалом, таким образом, твердый материал имеет повышенную температуру T2 и соответствующее повышенное давление Р2, которые превышают значения Т1 и Р1.

Отделенный влажный твердый моногидрат сульфата железа по переходному шлюзу поступает в следующий сосуд под давлением (4) для дальнейшего регулирования остаточной влажности (этап г), где установлено давление P3, которое ниже давления, имевшегося на этапе в). Температура твердого моногидрата сульфата железа, поступившего в дополнительный сосуд под давлением (4), выше соответствующей температуры кипения маточного раствора (раствор II) при давлении P3. Вследствие этого при понижении давления происходит выпаривание воды из маточного раствора, оставшегося в твердом веществе, и кристаллизация дополнительного количества моногидрата сульфата железа. После этого производится отбор полученного продукта - моногидрата сульфата железа (6). Посредством контроля понижения давления до значения P3 и соответствующей регулируемой температуры T3 в дополнительном сосуде под давлением (4) можно регулировать остаточную влажность полученного таким образом продукта - моногидрата сульфата железа (6).

В следующем варианте осуществления изобретения дополнительное управление остаточной влажностью моногидрата сульфата железа обеспечивается за счет оснащения дополнительного сосуда под давлением (4) прямой или опосредованной системой нагрева, что позволяет удерживать значение температуры T3 на постоянном уровне либо устанавливать более высокую температуру путем включения нагрева. Благодаря этому маточный раствор, содержащийся в веществе, может испаряться более эффективно при достижении еще меньшего значения остаточной влажности моногидрата сульфата железа (6). При этом так же происходит кристаллизация дополнительного количества моногидрата сульфата железа в соответствии с параметрами растворимости из остаточного маточного раствора, выход материала увеличивается, и происходит описанный выше процесс предварительной агломерации.

Продукт - моногидрат сульфата железа (6), полученный описанным выше способом, преимущественно имеет остаточную влажность макс. 20 вес.-%, предпочтительное значение составляет макс 10 вес.-%, а наиболее предпочтительное - макс. 5 вес.-% по отношению к общей массе продукта. Влажность определяется как свободная вода в процессе сушки при 105°C до достижения постоянства массы.

Затем опционально полученный продукт - моногидрат сульфата железа (6) может быть подвергнут агломерации с применением стандартных способов. При необходимости можно использовать известные вяжущие средства, такие как вода или раствор сульфата железа, и/или органические вяжущие средства, например, на основе сахаридов или карбоксиметилцеллюлозы.

Альтернативно способ, представленный в изобретении, реализуется таким образом, что полученный продукт - моногидрат сульфата железа имеет минимальное содержание трехвалентного железа. Трехвалентное железо может образовываться в ходе процесса при наличии соответствующих условий для окисления. Кроме того, продукт - моногидрат сульфата железа может содержать трехвалентное железо, если исходное вещество гептагидрат сульфата железа уже содержит трехвалентное железо. Образование трехвалентного железа может наблюдаться, например, при изготовлении смеси I (1), при кристаллизации моногидрата сульфата железа в первом сосуде под давлением (2), при выделении моногидрата сульфата железа из маточного раствора (3) или при переработке в дополнительном сосуде под давлением (4).

Для минимизации содержания трехвалентного железа в продукте - моногидрате сульфата железа возможно применение различных мер, реализуемых по отдельности или в комплексе:

- Добавление металлического железа и других подходящих восстановителей при изготовлении смеси I (1) и/или образовании твердого моногидрата сульфата железа (2),

- Добавление кислот (например, серной кислоты) или других веществ для замедления окисления при изготовлении смеси I (1) и/или образовании твердого моногидрата сульфата железа (2),

- Подача не окисляющего газа, например, азота, или паров, например, водяного пара, при изготовлении смеси I (1), при образовании твердого моногидрата сульфата железа (2), при отделении (3) или при обработке в дополнительном сосуде под давлением (4).

Например, смесь I, изготовленная на первом этапе (этап а), содержит серную кислоту. Концентрация серной кислоты в смеси I может достигать 60 весовых %. В технологических целях предпочтительно иметь концентрацию серной кислоты в смеси I не более 35 вес.-%, более предпочтительно - до 20 вес.-% или даже до 10 вес.-%, а наилучшим вариантом является содержание от 0,1 до 4,0 вес.-%. Как известно, растворимость сульфата железа при повышении концентрации серной кислоты снижается (смотрите Фиг. 1), поэтому при использовании этого особого варианта исполнения, с одной стороны, повышается выход моногидрата сульфата железа, и, с другой стороны, небольшое количество растворенного железа остается в маточном растворе (раствор II). Кроме того, благодаря присутствию серной кислоты несколько замедляется или полностью исключается нежелательное окисление двухвалентного железа, как при изготовлении смеси I (этап а), так и при образовании твердого вещества моногидрата сульфата железа (этап б), а также при отделении моногидрата сульфата железа.

Кроме того, в смесь I можно дополнительно ввести добавки, предотвращающие окисление, например, сульфит натрия или сернистую либо серную кислоту, дитионит натрия, тиосульфат натрия, гидроксиметан сульфинат натрия, а также, например, аскорбиновую или сорбиновую кислоту. Количество добавок, как правило, не должно превышать 5 вес.-%, предпочтительно - 3 вес.-%, и наиболее предпочтительно - 1 вес.-% относительно общей массы смеси I.

Содержание трехвалентного железа в продукте - моногидрате сульфата железа не должно превышать 10 вес.-%, предпочтительно - 3 вес.-%, и наиболее предпочтительно - вес.-1% относительно общего содержания железа.

В специальном варианте раствор II (5), по крайней мере, частично, может быть возвращен в емкость (1).

В усовершенствованном варианте разработки изобретения обеспечивается так же регенерация большей части железа, оставшегося в растворе II (5). Для этого раствор II (5), который не был возвращен в емкость (1), подается в окислительный реактор. Окислительный реактор имеет специальную герметичную конструкцию и использует при работе воздух или кислород. Кроме того, для поддержания окисления могут вводиться добавки, такие как соли (например, NaCl) и/или щелочные вещества (например, NaOH), и/или катализаторы окисления, например, на основе оксидов (такие как окись церия, оксид марганца). Температура должна быть выше 25°C, предпочтительно в диапазоне от 70°C до 300°C, а наиболее предпочтительно - в диапазоне от 140°C до 160°C. При окислении образуются гидроксиды железа или окись железа в твердой форме и раствор III, который после отделения твердых веществ практически не содержит железа. «Практически не содержит железа» означает в рамках данного изобретения, что общее содержание железа не превышает 0,5 вес.-%.

Моногидрат сульфата железа, полученный в рамках реализации изобретения, может использоваться известным способом, например, в качестве добавок при производстве кормов и удобрений, при очистке воды, в качестве универсального восстановителя, в частности, для снижения содержания хромовой кислоты в цементе. Кроме того, имеется возможность для его дальнейшей переработки с целью получения железоокисных пигментов или для производства серной кислоты путем обжига.

Полученные с помощью изобретенного способа окись железа и гидроксид железа могут использоваться для десульфурации, а также для получения железоокисных пигментов или при производстве чугуна.

Примеры:

Ниже приводятся примеры применения данного изобретения с учетом материального баланса, при этом область изобретения не ограничивается:

Пример 1:

Сначала изготавливают перенасыщенный водный раствор гептагидрата сульфата железа из 1000 кг гептагидрата сульфата железа и 180 кг воды, при этом содержание сульфата железа составляет прибл. 41 весовых %, а расчетное содержание железа составляет прибл. 180 кг (смесь I). Концентрация серной кислоты составляет 0,6 вес. %.

Смесь I нагревают до 65°C и подают в сосуд под давлением с системой нагрева. В сосуде под давлением температура увеличивается до 160°C, при этом устанавливается давление прибл. 6 бар. Во время нагревания моногидрат сульфата железа выпадает в осадок, согласно кривой растворимости, в количестве прибл. 522 кг, что соответствует прибл. 172 кг железа.

Моногидрат сульфата железа вместе с сопутствующим маточным раствором отделяется в виде фильтровальной лепешки на вращающемся барабанном фильтре при повышенных значениях давления и температуры. При этом остается раствор с малым содержание железа в количестве 658 кг и с содержанием железа прибл. 8 кг (раствор II). Остаточная влажность отделенного моногидрата сульфата железа составляет 15 весовых %, а содержание трехвалентного железа - менее 1,7 вес. %.

При последующем сбросе давления до давления окружающей среды и при использовании нагреваемого паром смесительного шнека остаточная влажность во время выпаривания при пониженном давлении снижается до 8 вес. %.

Для того чтобы на последующем этапе продолжить сокращение содержания железа в растворе II, в раствор добавляется 36%-й раствор NaCl. Добавляемое количество 85 кг NaCl получено в результате стехиометрического расчета относительно содержания сульфата в маточном растворе плюс 10%. После этого раствор II с содержанием NaCl подается в герметичный окислительный реактор с системой нагрева. Благодаря подаче нагретого воздуха имеющиеся в растворе II компоненты железа окисляются. При температуре прибл. 140-160°C, давлении 5-6 бар и степени превращения прибл. 80% образуются гидроксид железа и оксид железа (Fe203) в виде твердого вещества в количестве 10 кг (в пересчете на окись железа), что соответствует 6 кг железа.

Остается отработанная вода в количестве прибл. 796 кг (раствор III), в которой растворены 2 кг железа, что соответствует содержанию железа 0,25 вес.-%.

Способ, предлагаемый в изобретении, позволяет преобразовать в моногидрат сульфата железа прибл. 96 вес.-% железа из первоначально используемого гептагидрата сульфата железа, а при использовании специальной технологии можно получить дополнительные 3 вес.-% железа из оксида железа или гидроксида железа.

Пример 2:

В том случае, если условия, описанные в примере 1, изменяются таким образом, что концентрация серной кислоты в исходной суспензии устанавливается на уровне 2,2 вес.-%, то достигается содержание трехвалентного железа в моногидрате сульфата железа на уровне менее 0,9 вес.-%.

Пример 3:

В условия, указанные в примере 1, вносят изменения, которые заключаются в том, что осадок на вращающемся барабанном фильтре обрабатывается перегретым на 15°C паром. Благодаря этому остаточная влажность отделенного моногидрата сульфата железа перед сбросом давления уменьшается до 9 вес.%. При последующем сбросе до давления окружающей среды в шнековом смесителе остаточная влажность вследствие выпаривания при понижении давления сокращается до 4% веса.

1. Способ переработки гептагидрата сульфата железа, заключающийся в а) подготовке водного раствора или суспензии гептагидрата сульфата железа в емкости (смесь I), б) перемещении смеси I в первый сосуд под давлением и нагревание смеси I до температуры Т1, которую задают выше температуры кипения смеси I при атмосферном давлении, с установлением давления Р1 и образованием моногидрата сульфата железа в виде твердого вещества и раствора II, в) отделении твердого вещества моногидрата сульфата железа из раствора II во втором сосуде под давлением при температуре Т2, которая, по меньшей мере, соответствует Т1, и давлении Р2, которое, по меньшей мере, соответствует Р1, с образованием выделенного твердого вещества моногидрата сульфата железа, состоящего из моногидрата сульфата железа и остаточного количества раствора II, г) подачу выделенного твердого вещества моногидрата сульфата железа в третий сосуд под давлением Р3, которое задают ниже давления Р2, при этом температуру твердого вещества моногидрата сульфата железа, который подают в третий сосуд под давлением, задают выше температуры кипения раствора II при давлении Р3, в результате чего на этапе г) температура твердого вещества моногидрата сульфата железа снижается до температуры Т3, которая соответствует давлению Р3.

2. Способ по п. 1, в котором на этапе б) осуществляют нагревание до температуры выше 110°C, предпочтительно до температуры в диапазоне 135°C-300°C, наиболее предпочтительно - до температуры в диапазоне от 140 до 160°C.

3. Способ по п. 1, в котором на этапе в) подают перегретый пар или горячий газ при температуре не ниже Т1.

4. Способ по п. 3, в котором температура перегретого пара или горячего газа является большей, чем температура Т1 на 100°C, предпочтительно - на 60°C, наиболее предпочтительно - на 20°C.

5. Способ по п. 1, в котором второй сосуд под давлением снабжают системой нагрева.

6. Способ по п. 1, в котором третий сосуд под давлением снабжают системой нагрева.

7. Способ по п. 1, в котором первый сосуд и второй сосуд под давлением являются одним и тем же сосудом.

8. Способ по п. 1, в котором в конце этапа г) остаточная влажность твердого вещества моногидрата сульфата железа не превышает 20 вес.%, предпочтительно - 10 вес.%, наиболее предпочтительно - 5 вес.% относительно общей массы твердого вещества.

9. Способ по п. 1, в котором в конце этапа г) содержание трехвалентного железа в твердом веществе моногидрата сульфата железа не превышает 10 вес.%, предпочтительно - 3 вес.%, наиболее предпочтительно - 1 вес.% относительно общего содержания железа.

10. Способ по п. 1, в котором по окончании этапа г) происходит агломерация твердого вещества моногидрата сульфата железа.

11. Способ по п. 11, в котором при агломерации применяет неорганическое или органическое вяжущее средство.

12. Способ по п. 11, в котором раствор II по крайней мере частично возвращается в емкость этапа а).

13. Способ по п. 1, в котором по окончании этапа г) осуществляют д) подачу раствора II в окислительный реактор, подачу воздуха или кислорода и, при необходимости, применение добавок, е) регулирование температуры в диапазоне выше 25°C, предпочтительно - в диапазоне от 70 до 300°C, наиболее предпочтительно - в диапазоне от 140 до 160°C, с выпадением в осадок окиси железа и/или гидроксида железа и образования раствора III, практически не содержащего железа, ж) отделение окиси железа и/или гидроксида железа.

14. Способ по п. 14, в котором при выполнении этапа д) в качестве добавки используют соли, щелочные вещества или катализаторы окисления.

15. Способ по п. 14, в котором окислительный реактор выполняют с герметичной конструкцией и, при необходимости, оснащают системой нагрева.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения фосфатных соединений и может найти широкое применение при производстве огнеупорных изделий для получения шлакостойких, чугуностойких, сталестойких материалов, применяемых для изготовления и ремонта огнеупорной футеровки доменных, мартеновских и электросталеплавильных печей и других агрегатов.
Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении железокремниевых флокулянтов-коагулянтов и способу обработки с его помощью сточных вод промышленных предприятий, а также ливневых вод, содержащих нефтепродукты.
Изобретение относится к способу обработки насыщенной тяжелыми металлами отработанной серной кислоты с получением сульфата железа. .
Изобретение относится к способу приготовления сульфата железа (3) (Fe2(SO4)3) путем образования суспензии, которая содержит сульфат железа (2) (FeSO4) и серную кислоту, при этом суспензия содержит двухвалентное железо и в фазе раствора, и в твердой фазе и путем окисления этой суспензии до формы сульфата железа (3).

Изобретение относится к способу получения гептагидрата сульфата железа (П), используемого главным образом в производстве железосодержащих пигментов и в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта.

Изобретение относится к способу окисления соединений двухвалентного железа и может быть использовано в гидрометаллургии для выщелачивания редких металлов из руд, в водоочистке, а также для получения соединений трехвалентного железа.

Изобретение относится к технологии электрохимических производств. .

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ улучшения качества титансодержащего сырья включает окисление титансодержащего сырья с использованием газообразного кислорода и одновременное селективное хлорирование примесных металлов в титансодержащем сырье.

Изобретение относится к металлургии и может быть применено для комплексной переработки пиритсодержащего сырья. Осуществляют безокислительный обжиг, обработку огарка с растворением железа, цветных металлов, серебра и золота и получение их концентратов.

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной промышленности. Способ получения красных железоокисных пигментов включает получение раствора нитрата железа (II) и первого содержащего оксид азота потока путем реакции железа с азотной кислотой.

Изобретение может быть использовано для установления подлинности или верификации взрывчатых веществ, ценных бумаг, дорогостоящего оборудования, ювелирных изделий.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения сульфата магния и железооксидных пигментов из отходов производств осуществляют взаимодействие тонкодисперсного магнийсодержащего сырья с сернокислым отработанным травильным раствором, содержащим сульфат железа.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения нанодисперсных оксидов металлов включает формирование реакционной смеси путем внесения нитратов металлов и карбамида в водную среду в стехиометрическом соотношении.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. При переработке исходного титансодержащего минерального сырья его увлажняют и смешивают с гидродифторидом аммония в стехиометрическом соотношении.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для концентрирования и отделения хлоридов металлов в/из содержащего хлорид железа (III) раствора соляной кислоты хлорид железа (III) превращают путем гидролиза в гематит и осаждают его из указанного раствора.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к методам синтеза композиционных материалов на основе соединений железа, содержащим его одновременно в различных степенях окисления: (0), (+2), (+3) и выше, и может быть использовано: в технологических решениях кондиционирования поверхностных и грунтовых вод бытового назначения; очистки и дезинфекции сточных вод; изготовления катодных материалов для химических источников электрического тока; ингибирования коррозии изделий из стали и сплавов, содержащих железо; в качестве окислительного реагента; катализатора в органическом синтезе; автономного источника теплоты, выделяющейся в результате образования материала.

Изобретение может быть использовано при получении контрастирующих веществ в магниторезонансной диагностике, суспензий для магнитной сепарации белков и фрагментов молекул ДНК и РНК, для адресной доставки лекарственных средств.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии при переработке гептагидрата сульфата железа в моногидрат сульфата железа. Способ переработки гептагидрата сульфата железа включает подготовку водного раствора или суспензии гептагидрата сульфата железа в емкости, перемещение смеси I в первый сосуд под давлением и нагревание смеси I до температуры Т1 с установлением давления Р1 и образованием моногидрата сульфата железа в виде твердого вещества и раствора II. Температуру Т1 задают выше температуры кипения смеси I при атмосферном давлении. Отделяют моногидрат сульфата железа из раствора II во втором сосуде под давлением при температуре Т2, которая, по меньшей мере, соответствует Т1, и давлении Р2, которое, по меньшей мере, соответствует Р1, с образованием выделенного твердого вещества моногидрата сульфата железа, состоящего из моногидрата сульфата железа и остаточного количества раствора II. Выделенный моногидрат сульфата железа подают в третий сосуд под давлением Р3, которое задают ниже давления Р2. Температуру моногидрата сульфата железа, подаваемого в третий сосуд под давлением, задают выше температуры кипения раствора II при давлении Р3. При этом температура моногидрата сульфата железа снижается до температуры Т3, которая соответствует давлению Р3. Изобретение позволяет энергетически эффективно получать моногидрат сульфата железа с возможностью регулирования остаточной влажности и содержания железа в продукте. 14 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

Наверх