Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор 10
1.1 Обзор методов очистки и утилизации отходящих газов, содержащих хлор и хлористый водород 11
1.2 Обзор методов очистки и утилизации отходящих газов магниевого производства 14
1.3 Обзор применяемых методов очистки и утилизации отходящих хлорсодержащих газов магниевого производства 17
1.4 Обзор методов разрушения гипохлорит-иона 21
1.4.1 Самопроизвольное разложение 22
1.4.2 Химические методы 22
1.4.3 Сорбционные методы 26
1.4.4 Каталитическое разложение гипохлорит-иона 27
Общие выводы и постановка задачи 30
Экспериментальная часть 33
Глава 2 Методы исследования и аналитический контроль 33
2.1 Методы химического анализа состава веществ 33
2.2 Методы физико-химического анализа 34
2.2.1 Метод определения плотности растворов 34
2.2.2 Метод определения удельной поверхности и размера частиц 35
2.2.3 Метод рентгеновского фазового анализа 36
2.2.4 Метод электронного парамагнитного резонанса 37
2.3 Описание методик исследований и установок 37
2.3.1 Описание установки и методика исследования процесса хемосорбции хлора водным раствором карбамида 37
2.3.2 Методика исследования процесса обезвреживания отработанных гипохлоритных пульп карбамидом 39
2.3.3 Описание установки и методика исследования хемосорбции хлора водной суспензией гидроксида кальция и карбамида, водными суспензиями брусита, брусита и карбамида 41
2.3.4 Описание установки и методика обработки хлористым водородом отработанных сорбентов 42
2.3.5 Методика очистки хлоркальциевых щелоков от хлорида магния и тяжелых металлов 42
Глава 3 Исследование физико-химических основ обезвреживания гипохлорита кальция в отработанных растворах газоочистных установок 44
3.1 Исследование процесса обезвреживания отработанных гипохлоритных пульп карбамидом 44
3.2 Исследование хемосорбции хлора водным раствором карбамида и водной суспензией гидроксида кальция и карбамида 45
3.3 Исследование процесса гидрохлорирования отработанных растворов газоочистных установок металлургического производства 64
3.4 Исследование процесса хемосорбции хлора бруситовой суспензией 66
3.5 Исследование хемосорбция хлора водной суспензией брусита
и карбамида 69
Глава 4 Разработка технологии конверсии хлора и хлористого водорода из отходящих газов металлургического производства в товарные продукты 75
4.1 Пилотные и промышленные испытания очистки отходящих газов магниевого производства от хлора с использованием смеси
щелочного сорбента и карбамида 75
4.1.1 Пилотные испытания очистки газов от хлора смесью известкового молока и карбамида 75
4.1.2 Промышленные испытания очистки газов печей обезвоживания, содержащих хлор и хлористый водород, водным раствором карбоната натрия и карбамида 79
4.1.3 Промышленные испытания способа очистки абгазов сантехнического отсоса и хлораторов магниевого производства от хлора
смесью известкового молока и карбамида 88
4.1.4 Промышленные испытания использования отработанных сорбентов известковой газоочистки для улавливания хлористого водорода 97
4.2 Промышленные испытания очистки отходящих газов редкометального производства от хлора и хлористого водорода хемосорбцией водной суспензией гидроксида кальция и карбамида 105
4.3 Получение обезвоженного гранулированного хлорида кальция из отработанных растворов газоочистных установок 121
4.4 Исследование очистки от примесей и осветления растворов газоочистных установок металлургического производства 126
4.4.1 Очистка хлоркальциевых щелоков от хлорида магния и тяжелых металлов 126
4.4.2 Очистка хлоркальциевых щелоков от гидроксида магния и исследование состава осадков 128
4.4.3 Особенности очистки и осветления отработанных растворов газоочистных установок редкометального производства 139
Основные результаты и выводы 141
Библиографический список использованной литературы
- Обзор методов очистки и утилизации отходящих газов магниевого производства
- Метод определения плотности растворов
- Исследование хемосорбции хлора водным раствором карбамида и водной суспензией гидроксида кальция и карбамида
- Промышленные испытания очистки газов печей обезвоживания, содержащих хлор и хлористый водород, водным раствором карбоната натрия и карбамида
Введение к работе
Актуальность работы. Существующая технология производства магния электролизом хлорида связана с образованием большого количества хлорсодержащих отходов (хлорсодержащие газы, отработанные растворы установок очистки газов, шламы и т.д.), загрязняющих окружающую среду. Так, при очистке газов металлургического производства от хлора и хлористого водорода водной суспензией гидроксида кальция (известковым молоком) образуются содержащие гипохлорит кальция высокотоксичные пульпы, при обезвреживании которых образуется не менее токсичный хлорат кальция, сбрасываемый в водоемы. В результате очистка воздушного бассейна от хлора и хлористого водорода одновременно приводит к загрязнению водного хлоридами и хлоратами. Применяемые методы разложения гипохлорита кальция в пульпах весьма длительны и сопряжены с большим расходом тепловой энергии и реагентов. Затраты на обезвреживание стоков газоочистных установок магниевого производства, без учета платы за загрязнение окружающей среды, составляют до 10 % от себестоимости магния. Утилизация обезвреженных растворов газоочистных установок в товарный хлористый кальций неэффективна вследствие низкой концентрации в них хлорида кальция (менее 200 г/дм3), высокого содержания карбоната и оксида кальция (до 60 г/дм3) и присутствия хлората кальция. Это обстоятельство существенно снижает конкурентоспособность российского магния на мировом рынке, что особенно важно в условиях реализации международных проектов по увеличению производства этого металла в Австралии, Исландии, Конго и Нидерландах [1-3].
В связи с этим, совершенствование методов очистки газов от хлора, решение проблемы переработки отработанных растворов газоочистных установок в товарные продукты и создания бессточной технологии производства
6 является на сегодняшний день актуальной задачей как с экологической, так и с экономической сторон.
Цель работы. Целью диссертационной работы явилась разработка технологии конверсии хлора и хлористого водорода из отходящих газов магниевого и редкометального производств в товарные продукты, обеспечивающей создание практически бессточного производства и повышение его эффективности. Достижение поставленной цели включало в себя решение следующих задач:
изучение процесса восстановления гипохлорита кальция карбамидом в пульпах газоочистных установок металлургического производства;
исследование хемосорбции хлора водным раствором карбамида, а также водной суспензией гидроксида кальция и карбамида, водными суспензиями брусита, брусита и карбамида;
изучение процесса очистки отходящих газов от хлористого водорода отработанными сорбентами, полученными после улавливания хлора;
опытно-промышленную и промышленную проверку результатов;
изучение химического состава полученных растворов и определение условий их переработки в товарные продукты;
разработку технологии производства хлорида кальция и продуктов, содержащих более 50 % СаСЬ, переработкой растворов газоочистных установок.
Научная новизна диссертации состоит в разработке физико-химических основ технологии конверсии хлора и хлористого водорода из отходящих газов металлургического производства в товарные продукты.
Впервые использованы для улавливания хлора хемосорбенты на основе растворенного карбамида и суспензий гидроксидов кальция и магния. Показана их высокая эффективность в процессах обезвреживания хлорсодержа-
7 щих газов, обеспечивающая практически полное удаление и перевод активного хлора в неактивное состояние.
На базе исследований по взаимодействию гипохлорит-иона с растворенным карбамидом и улавливанию хлора с использованием содержащей растворенный карбамид суспензии гидроксида кальция предложена схема химических взаимодействий, включающая реакции гидролиза хлора, окислительно-восстановительные реакции взаимодействия продуктов гидролиза карбамида с гипохлорит-ионом. Проанализировано влияние физических факторов (температура, рН среды) на равновесные характеристики процесса и состав получаемых растворов. Предложенная схема химических взаимодействий подтверждена результатами термодинамического анализа и экспериментальными данными по составам конечных растворов. На основании экспериментальных данных исследования хемосорбции хлора водным раствором карбамида при температурах 293, 313, 333 и 353 К определена энергия активации процесса, что позволило установить оптимальный температурный диапазон его проведения.
На основе анализа экспериментальных зависимостей установлено, что для достижения высокой степени улавливания хлора и получения конечных растворов, содержащих минимальное количество гипохлорит- и хлорат-ионов необходимо обеспечить: массовую концентрацию оксида кальция в исходной суспензии от 100 до 120 г/дм3, температуру суспензии от 60 до 80 С, концентрацию хлора в абгазах в диапазоне от 0,2 до 0,8 об. %, внесение стехиомет-рического количества карбамида рассчитанного на диапазон изменения концентрации оксида кальция в процессе хемосорбции.
Изучена возможность вторичного использования полученных после поглощения хлора сорбентов для улавливания хлористого водорода или обработки соляной кислотой с целью получения растворов хлорида кальция и
8 хлорида магния, что в конечном итоге обеспечивает безотходность технологии.
Определены условия очистки растворов хлорида кальция от примесей хлорида магния и тяжелых металлов. Установлено, что обработка раствора хлорида кальция с температурой 52-60 С гидроксидом кальция при коэффициенте избытка 1,05 от стехиометрии (по Са(ОН)2), обеспечивает практически полную очистку от хлорида магния и тяжелых металлов. Впервые описаны ЭПР-спектры осадков гидроксида магния, полученных в результате осаждения магния гидроксидом кальция из растворов хлорида кальция, и установлены основные закономерности в изменении спектральных характеристик в зависимости от температуры и времени обработки осадителем.
Практическая значимость работы заключается в разработке технологии переработки отработанных растворов установок очистки отходящих газов магниевого и редкометального производств в товарные продукты, фрагментами которой являются:
- конверсия хлора из отходящих газов в хлорид кальция (магния)
сорбцией водной суспензией гидроксида кальция (брусита) и карбамида;
- технология использования отработанных сорбентов, полученных по
сле улавливания хлора, для очистки от хлористого водорода отходящих газов
печей обезвоживания карналлита и установок парофазного гидролиза тетра-
хлорида титана;
- обезвоживание осветленных отработанных растворов газоочистных установок и получение товарных продуктов.
Новизна и практическая ценность отдельных технических решений защищена патентом Российской Федерации. Технология прошла промышленные испытания на ОАО «Соликамский магниевый завод». Данные проведенных теоретических и экспериментальных исследований послужили основой для разработки новой технологии переработки отработанных растворов газо-
9 очистных установок магниевого и редкометального производств в товарные продукты.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технических советов ОАО "Соликамский магниевый завод" (Соликамск, 2001 и 2002 год) и "Российского института титана и магния" (Березники, 2001 год), на 4-ой международной научно-технической конференции молодых учёных алюминиевой магниевой и электродной промышленности (Всероссийский алюминиево-магниевыи институт (ВАМИ, Санкт-Петербург, 2003 год).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 9 печатных работах, в том числе 1 тезисах к докладам на международной конференции в Санкт-Петербурге. По результатам диссертации получен 1 патент Российской федерации на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, трех глав экспериментальной части, выводов и библиографического списка использованной литературы. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, включает 42 рисунка и 51 таблицу, 3 приложения. Список литературы содержит 127 работ зарубежных и отечественных авторов. В приложении представлены 3 акта, подтверждающие проведение промышленных испытаний и практическое применение результатов работы.
Обзор методов очистки и утилизации отходящих газов магниевого производства
В производстве магния принята раздельная схема очистки отходящих газов от хлора и хлористого водорода. Отходящие газы печей обезвоживания карналлита, содержащие до 10 г/м3 хлористого водорода и до 0,3 г/м3 хлора, подвергаются очистке от хлористого водорода в абсорбере первой ступени, работающем на речной воде (расход 150-180 м3/ч). В абсорберах второй ступени происходит поглощение хлора раствором кальцинированной соды или известкового молока. Отходящие газы сантехнического отсоса от электролизеров обрабатываются водной суспензией гидроксида кальция в 3-х ступенчатой известковой газоочистке. В процессе очистки газов производства обезвоженного карналлита образуется на 1 т магния 80-90 м3 кислых стоков с массовой концентрацией хлористого водорода от 5 до 7 г/дм3 и карналлита от 5 до 7 г/дм3, вследствие пылеуноса печей обезвоживания. Последние нейтрализуются известняком с эффективностью очистки от 90 % до 93 % и сбрасываются в водный бассейн. Попытка извлечь хлор из кислых стоков в виде соляной кислоты путем рециркуляции растворов [52] не увенчалась успехом, так как высокая температура и большой объем газов не позволили получить кислоту с массовой долей более 12 % -15 %.
В работе [53] предложено утилизировать хлор в виде хлорида кальция путем хемосорбции хлористого водорода увлажненным известняком. Результаты исследования показали, что при скорости газа 0,32 м/с, массовой концентрации в нем хлористого водорода 13,5 г/ м3 и повышении содержания хлорида кальция в орошающей жидкости до 100-150 г/дм3 эффективность очистки газа от хлористого водорода составила от 53 % до 76 %. Этот результат хорошо согласуется с данными по тройной системе СаСЬ-НСІ-НгО [53]: рост концентрации хлорида кальция вызывает пропорциональное снижение содержания НС1 в растворе. Кроме того, для осуществления способа получения безводного хлорида кальция прямым воздействием паров хлористого водорода с карбонатом кальция [54], необходима температура увлажненного газа порядка 300С.
В работах [55-59] описаны исследования по использованию шламов магниевого производства в качестве сорбента для улавливания хлористого водорода из газов печей обезвоживания карналлита с целью последующей конверсии хлорида магния в бишофит или получения хлормагниевых продуктов (цемента Сорреля, карналлита и т.д.). Результаты исследований показали принципиальную возможность использования шламов в качестве сорбента для поглощения хлористого водорода из отходящих газов дачей обезвоживания. К недостаткам предложенного метода следует отнести низкую степень очистки газов от хлора и необходимость добавки в циркулирующий раствор магнезита для обеспечения требуемой степени очистки газов. Так как работы имели поисковый характер, в них не приведены данные по химическому составу растворов, содержанию примесей, сушке и обезвоживанию растворов. Отсутствуют сведения по влиянию содержания хлоридов калия, натрия и магния на степень очистки от хлора и хлористого водорода.
В исследованиях институтов ВАМИ и РИТМ [60-65] приведены результаты работы газоочисток с использованием в качестве сорбента брусита и магнезита. Однако приведенные в работе сведения имеют ограниченный характер и требуют уточнения. Так, в работе [64], не указан химический состав очищаемых газов. Авторы работы утверждают, что эффективность очистки газов от хлора и хлористого водорода водой, известковым молоком и бруси-товой суспензией не зависит от химического состава сорбента и составляет 20 % от хлора и 90 % от хлористого водорода, что противоречит имеющимся литературным данным и результатам промышленной практики. По данным источника [65] не ясно, до какой степени происходит очистка от хлора и хлористого водорода, не приведены данные по температурному режиму процесса очистки, химическому составу очищаемых газов, не проанализированы причины низкого извлечения оксида магния из магнезита в раствор, не указан химический состав образующихся хлормагниевых растворов.
В работе [66] предложен метод извлечения хлора и хлористого водорода из низко концентрированных хлорсодержащих газов сорбцией лигнином с последующей переработкой продуктов хлорирования в ионообменные смолы. Опытно-промышленное опробование этого способа показало: процесс очистки газов сопровождался интенсивным вспениванием растворов, что приводило к неудовлетворительной работе насосов и прекращению подачи сорбента на орошение и, следовательно, к прекращению очистки.
Метод определения плотности растворов
Анализ химического состава веществ проводили по стандартизованным методикам и по методикам, аттестованным в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96 «Методики выполнения измерений».
Определение массовой концентрации оксида кальция, карбоната кальция, хлорида, хлората, гипохлорита кальция и нерастворимого в воде остатка в водной суспензии гидроксида кальция, в хлорированных и обезвреженных растворах, в хлоркальциевых щелоках проводили титриметрическим методом в соответствии с [109, 110]. Концентрацию калия и натрия измеряли эмиссионным методом фотометрии пламени согласно [111].
Массовую концентрацию оксида, карбоната, хлорида, хлората, гипохлорита магния и нерастворимого в воде остатка в водной суспензии брусита, хлорированных хлормагниевых растворах определяли титриметрическим методом по методике [112].
Для определения концентрации хлора и хлористого водорода в газовой смеси применяли методику [113].
Для выполнения измерений массовой концентрации железа (II и ПІ) в растворе использовали фотометрический и атомно-абсорбционный методы анализа согласно методике [114].
Содержание тяжелых металлов (Си, Mn, Ni, Pb, Cd, Zn, Co) определяли ІСР-спектрометрическим методом. ІСР - плазменно-спектрометрическое исследование раствора СаСЬ и обезвоженного хлорида кальция проводили на параллельном спектрометре индуктивно-связанной плазмы (ІСР) типа Plasma-2000 производства «Perkin Elmer» с использованием двух термостатированных по первому порядку дифракционных голографических решеток размером 84 84 мм каждая с 1800 и 3600 линий/мм, позволяющих получить разрешение 0,009 и 0,018 нм соответственно. В качестве детектора использовалось ФЭУ в сочетании с тремя фильтрами, системой компенсации Майер-са-Трейси (MTSC) и сканированием по методу MOM. В качестве генератора применялся 27,12 МГц RF- генератор мощностью 1,8 кВт регулируемый компьютером. В системе программного обеспечения использовали библиотеку из 50000 спектральных линий на базе многозадачной операционной системы XENIX. Определения проводили по методике [115].
Средства измерений, применяемые для анализа: атомно-абсорбционный спектрофотометр "Сатурн", ICP-спектрометр PLASMA-2000 «Perkin Elmer», пламенный анализатор жидкостей ПАЖ-2, фотоколориметр типа КФК-2. Все приборы подвергались государственной и ведомственной поверке, а нестандартизованные средства измерений прошли метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ Р 8.568-97 «Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения» и ПР 50.2.009-94 «Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений».
Плотность растворов хлорида кальция и хлорида магния определяли пикнометрическим методом. Для этого использовали пикнометр Шпренгеля-Оствальда. Действительную плотность растворов с учетом плотности воды и воздуха при 20 С рассчитывали по уравнению: ри20 = (0,99823 - 0,0012) р2020 + 0,0012, (2.1) где ри - действительная плотность раствора, г/см ; 0,99823 - плотность воды при 20 С, г/см3; 0,0012 - плотность воздуха при 20 С и 0,1 мПа, г/см ; Р2о - видимая плотность раствора, г/см . Видимую плотность раствора определяли по формуле: (2 2) где Рго - видимая плотность раствора при 20 С, г/см3; Рн2о - плотность воды при 20 С, г/см3; Мз - масса пикнометра с раствором, г; Mi - масса пикнометра, г; Мг - масса пикнометра с водой, г. Для измерения кинематической вязкости растворов использовали вискозиметр Пилкевича. Расчет проводили по формуле: У = с т 10 6, (2.3) где V - кинематическая вязкость, іс(Ст ; с - постоянная вискозиметра сСт/с ; т - среднее значение времени истечения раствора, с; 10 6 - коэффициент пересчета м/с в м2/с. При измерении вязкости учитывали только отсчёты времени, которые отличались не более чем на 2,5 % от среднего арифметического значения.
Исследование хемосорбции хлора водным раствором карбамида и водной суспензией гидроксида кальция и карбамида
Изучение процесса обезвреживания гипохлорита кальция карбамидом показало, что состав образующихся продуктов реакции восстановления в значительной мере обусловлен концентрацией гипохлорит-иона в суспензии. Можно предположить, что использование карбамида в качестве сорбента позволит исключить образование гипохлорита уже в процессе поглощения хло pa при очистке газовых смесей. Целью следующего этапа исследований было изучение процесса хемосорбции хлора растворами карбамида: оценка степени очистки и определение состава продуктов реакции.
Изучение хемосорбции хлора водным раствором карбамида, суспензией гидроксида кальция и карбамида, суспензией брусита, брусита и карбамида проводили на установке, изображенной на рисунке 2.1 по методике, представленной в разделе 2.3.1. Результаты эксперимента по хемосорбции хлора водным раствором карбамида представлены в таблице 3.2 и на рисунке 3.1.
Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности улавливания хлора карбамидом, сравнимой с существующей технологией очистки хлорсодержащих газов магниевого производства. Однако, как и следовало ожидать, степень очистки от хлора снижается с увеличением массовой концентрации соляной кислоты в растворе.
В ходе проведенных опытов установлено, что реакция между растворенным хлором, гипохлорит-ионом и карбамидом является быстрой химической реакцией и протекает практически мгновенно. Очевидно, что наиболее медленной стадией при извлечении компонентов из низкоконцентрированных отходящих газов является диффузия компонентов в газовой фазе к поверхности сорбента, поэтому кинетика процесса может быть описана уравнениями, аналогичными применяемым при конвективной диффузии. Для определения энергии активации процесс хемосорбции хлора водным раствором карбамида изучали в интервале температур от 293 до 353 К. Верхний температурный предел ограничивали исходя из технологических соображений. Экспериментальные данные представлены в табл. 3.3 и на рис. 3.2.
Рассчитанное значение энергии активации составило 4,88 кДж/моль. Величина кажущейся энергии активации 4,88 кДж/моль свидетельствует о том, что лимитирующей стадией рассматриваемого процесса является стадия доставки хлора к реакционной поверхности и отвод газообразных продуктов из реакционной зоны, что отвечает внешней диффузионной области. Во внешней диффузионной области скорость реакции не зависит от природы реагирующих веществ. В этом случае реакция будет тормозиться диффузией хлора к поверхности и через диффузионный слой.
Величину диффузионного слоя можно уменьшить турбулизацией движения в газовой фазе, например, повышением объемной скорости газа. Таким образом, основными путями повышения скорости реакции взаимодействия карбамида с хлором в водном растворе можно считать увеличение реакционной поверхности и увеличение объемной скорости газового потока.
Для связывания образующейся в сорбенте соляной кислоты и повышения степени очистки было бы целесообразным введение в сорбент щелочных агентов, например гидроксидов кальция или магния.
Прежде чем перейти к исследованию хемосорбции хлора водной суспензией гидроксида кальция и карбамида и суспензией брусита и карбамида, необходимо остановиться на рассмотрении особенностей химизма взаимодействия хлора и карбамида в водном щелочном растворе.
Известно, что как кислоты, так и щелочи в водном растворе гидроли-зуют мочевину, причем конечным продуктом в обоих случаях является соответственно аммониевая соль кислоты и углекислота или карбонат щелочного металла и аммиак. Несомненно, что мочевина подвергается гидролизу при добавлении её в водную суспензию гидроксида кальция или гидроксида магния.
Промышленные испытания очистки газов печей обезвоживания, содержащих хлор и хлористый водород, водным раствором карбоната натрия и карбамида
Целью этого этапа работы было получение обезвоженного хлорида кальция из его раствора и оценка качества продукта. Получение обезвоженного хлорида кальция из осветленных отработанных растворов, полученных в результате промышленных испытаний, проводили на установке, аппара-турно-технологическая схема которой представлена на рисунке 4.16.
Опытная установка включает в себя однокамерную печь кипящего слоя (КС) периодического действия, систему подготовки растворов СаСЬ. Печь (7) оборудована воздухо-охлаждаемой газораспределительной решеткой площадью 0,385 м . Высота печи - 8,9 м, диаметр верхней части печи - 3,1 м. Кожух печи изготовлен из стали толщиной 3 мм и футерован изнутри шамотным кирпичом, с наружной стороны теплоизолирован обычным кирпичом. Топка печи длиной 2500 мм и диаметром 560 мм снабжена горелкой. Для улавливания и возврата пыли в печь установка оборудована циклоном (6) с бункером. Система воздухоснабжения состоит из вентилятора подачи воздуха (10) с воздуховодами, на которых установлены диафрагмы и оборудование для регулирования расхода воздуха.
Очистку отходящей газовоздушной смеси от пыли СаСЬ проводили в скруббере (5), орошаемом раствором хлорида кальция с массовой концентрацией 200-350 г/дм3, который подавали при помощи насоса (11) из циркуляционного бака (13). Получаемый в баке раствор с массовой концентрацией СаСЬ 300-350 г/дм3 фильтровали на фильтр-прессе (2) и сливали в промежуточную (19) или накопительную (17) ёмкости. Далее раствор подвергали упариванию в аппарате погружного горения (АПГ) (21) до массовой концентрации 500-800 г/дм3, откуда раствор поступал в приемный бак (16), оборудованный паровой рубашкой. С помощью насоса (12) или монтежю (15) раствор подавали по трубопроводу в печь КС, где с помощью распылительного устройства (7) производили впрыск раствора в кипящий слой.
Распыление раствора осуществляли сжатым воздухом на «подушку» из уже обезвоженного продукта. Исходное сырье для «подушки» доставляли к загрузочному люку, через который проводили загрузку материала. Выгрузку обезвоженного хлорида кальция проводили периодически в контейнер (9), после чего продукт поступал на рассев.
Для испытаний в качестве «подушки» использовали обезвоженный хлорид кальция с массовой долей 95 % массой от 220 до 450 кг. На распыление в печь подавали раствор СаСЬ с массовой концентрацией 500-800 г/дм3 нагретый до температуры 70-80 С. В ходе испытаний отбирали пробы продукта и определяли в них массовую долю СаС12, MgCb, Н20, Са(СЮз)г, нерастворимого в воде остатка. В таблице 4.23 приведены технологические параметры процесса обезвоживания раствора хлорида кальция.
В ходе испытаний установлено, что содержание воды в обезвоженном продукте и пылеунос зависят от температуры кипящего слоя. При температуре слоя 300 С происходило заплавление решетки и нижней зоны печи продуктом. Стабильная работа печи и качество хлористого кальция достигнуты при температуре слоя 400-440 С. В таблице 4.24 представлен химический состав обезвоженного хлористого кальция, полученного в печи «КС».
Сравнение показателей таблицы 4.24 с данными таблицы 4.12 показывает, что хлорид кальций, полученный в печи кипящего слоя, не отвечает требованиям ГОСТ 450-77 по содержанию нерастворимого остатка, а высшим сортам - по содержанию хлорида магния. Исследованиями выявлено, что повышенная концентрация MgCb в отработанных сорбентах обусловлена переходом магния из известняка.
Проведена оценка размера частиц полученного на установке обезвоженного хлорида кальция ситовым анализом по методике, представленной в разделе 2.2.2. В таблице 4.25 приведены результаты ситового анализа обезвоженного продукта.
Отходящие газы магниевого и редкометального производств существенно отличаются друг от друга по химическому составу. Первые содержат значительное количество хлоридов калия, натрия, магния вследствие пыле-уноса из печей обезвоживания карналлита и хлораторов, а вторые - диоксида титана из аппарата гидролиза тетрахлорида титана. Естественно, что и растворы газоочистных установок имеют разный химический состав и, вследствие этого, разные способы переработки в товарные продукты и сферы применения.
Цель настоящего этапа работы - повышение качества растворов хлорида кальция, полученного из сбросных растворов газоочистных установок магниевого и редкометального производств.
Анализ приведенных данных (таблицы 4.9 и 4.24) диктует необходимость очистки сбросных растворов газоочисток магниевого производства от солевых примесей (NaCl, КС1, MgCb) и тяжелых металлов. Одним из основных направлений по снижению солевых примесей в этих растворах является снижение пылеуноса при обезвоживании карналлита во вращающихся печах за счет стабилизации технологического режима, монтажа пылеулавливающих устройств или солевой ректификации.
Повышенная концентрация MgCb в указанных растворах обусловлена также переходом магния из известняка. Так как магний является бракующим элементом, то разработка способа его извлечения из раствора хлорида кальция является актуальной задачей.
Похожие диссертации на Технология конверсии хлора и хлористого водорода из отходящих газов металлургического производства в товарные продукты
