Способ получения фтористого водорода

 

Изобретение заключается в следующем: твердые фторуглеродсодержащие отходы: хвосты флотации угольной пены, шлам и пыль газоочистки с диаметром частиц 0,001 - 1 мм подвергают пиролизу, при этом частицы приводят в движение по замкнутой цилиндрической траектории с фактором разделения, равным (1 - 100)× 10³ . Степень извлечения фтора 97,3 - 98,5%. 2 табл.

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к способам получения фтористого водорода из твердых фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства.

При производстве алюминия электролитическим способом образуется значительное количество твердых фторуглеродсодержащих отходов, которые в настоящее время уходят в отвал. Кроме потерь ценных компонентов происходит ухудшение экологической обстановки вокруг алюминиевых заводов.

В табл. 1 приведены данные по гранулометрическому и химическому составу различных видов тонкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства.

Известен способ переработки твердых фторуглеродсодержащих отходов, согласно которому отходы обрабатывают раствором каустической соды.

Недостаток способа состоит в том, что из-за низкой растворимости фторида натрия образуется большое количество технологических растворов. Кроме того, способ не предусматривает переработку углеродсодержащей части отхода.

Известен также способ извлечения фтора из углеродистых материалов, согласно которому отходы подвергают пирогидролизу во вращающихся печах. Для переработки мелкодисперсных отходов способ является непригодным, поскольку сопровождается большим пылеуносом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому отходы, образующиеся при электролизе алюминия с диаметром частиц 2,0-1,5 мм, подвергают гидролизу в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Однако и в этом способе значительная часть мелких частиц выносится газовым потоком из технологических агрегатов раньше, чем протекают и завершаются процессы окисления углерода и пирогидролиза фторидов.

Целью изобретения является увеличение извлечения фтора из отходов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения фтористого водорода, включающем введение в реакционную зону смеси мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов, водяного пара и окислителя, нагрев, фторуглеродсодержащие отходы подают в реакционную зону в виде частиц 0,001 - 1 мм, которым придают движение по замкнутой циклической траектории с фактором разделения, равным (1-100) х 10³.

Техническая сущность способа поясняется следующим. Как следует из табл. 1, тонкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства представляют собой частицы диаметром 0,001-1 мм.

Скорость витания частиц такого размера соизмерима со скоростями газового потока, которые обычно наблюдаются во вращающихся печах и печах кипящего слоя. Поэтому при переработке тонкодисперсных отходов известными способами имеет место высокий пылеунос. Когда мелкодисперсные частицы приводят в движение по замкнутой циклической траектории, возникает сила, превышающая силу тяжести частиц и удерживающая их в рабочем пространстве реакционной зоны. Установлено, что такая сила возникает при факторе разделения, равном (1-100) х 10³. Под фактором разделения следует понимать отношение центробежного ускорения к ускорению силы тяжести g K_р = .

Осуществление движения частиц и газового потока по замкнутой циклической траектории позволяет не только удерживать частицы в рабочем пространстве агрегата, но и повысить интенсивность и глубину обесфторивания отходов.

В известных способах, проводимых во вращающихся печах и печах кипящего слоя, время пребывания материала составляет десятки и сотни мин и скорости нагрева не превышают нескольких десятков градусов в минуту. В то же время для эффективного обесфторивания необходимо разрушение частиц, представляющих собой конгломераты углерода и фторидов, которое достигается при скоростях нагрева материала 600-900 град/с и полном сгорании углерода в течение 4-5 с. Движение частиц по замкнутой циклической траектории с фактором разделения (1-100) х 10³ обеспечивает интенсивное взаимодействие твердых частиц отходов с газовым потоком и скорости нагрева 600-900 град/с.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в реакционную зону подают фторуглеродсодержащие частицы диаметром 0,001-1 мм и мелкодисперсные частицы приводят в движение по замкнутой циклической траектории с фактором разделения, равным (1-100) х 10³.

Таким образом, совокупность известных ранее и вновь выявленных признаков в предлагаемом техническом решении позволит снизить загрязнение окружающей среды за счет вовлечения в переработку мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов, получить дополнительное количество фтористого водорода.

Проводили испытания на модели циклонной печи, в которую по одному тангенциально расположенному каналу подавали топливо и окислитель-пропан и кислород. По другому, диаметрально противоположному первому, тангенциальному каналу подавали нагретый воздух и мелкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы. Через верхнее отверстие печи подавали водяной пар. Фактор разделения регулировали с помощью изменения скорости подачи пылегазовоздушной смеси. Температуру внутри циклической камеры контролировали пирометром ОППИР 017.

П р и м е р. Тонкодисперсные фторуглеродсодержащие отходы следующего состава, %: фтор 20,8; углерод 26,5, в количестве 1 кг помещали в циклонную печь при температуре 1900^оС и соотношении водяных паров и фтористого водорода 5:1. При факторе разделения 50000 степень извлечения фтора во фтористый водород составила 98,5%.

В табл. 2 приведены результаты испытаний по прототипу и предлагаемому способу.

Как следует из табл. 2, при факторе разделения, равном 900, извлечение фтора во фтористый водород находится на уровне прототипа. При факторе разделения свыше 100 х 10³ величина извлечения не изменяется, но значительно возрастают затраты на обеспечение высоких начальных скоростей потока газов и тонкодисперсных частиц, а также усложняется конструкция технологического агрегата.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить дополнительное количество фтористого водорода и снизить загрязнение окружающей среды.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА из твердых фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, включающий их гидролиз водяным паром при повышенной температуре в присутствии окислителя, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения фтора, фторуглеродсодержащие отходы подают в реакционную зону в виде частиц размером 0,001 - 1,0 мм, которые приводят в движение по замкнутой цилиндрической траектории с фактором разделения (1 - 100) · 10³.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2