Способ очистки отходящих газов электролитического производства алюминия

 

Изобретение относится к области адсорбционной очистки газов, отходящих от электролизеров при производстве алюминия. Способ включает контактирование очищаемых газов с адсорбентом, причем в качестве адсорбента используют глинозем, модифицированный карбонатом лития в массовом соотношении 1:0,0015-0,0025. Способ позволяет снизить десорбционные процессы и повысить технико-экономические показатели очистки газов. 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии очистки газов, отходящих от электролизеров при производстве алюминия, с помощью адсорбентов.

Известен способ "сухой" очистки фторсодержащих газов (А.с. СССР 463631, С 01 В 7/22, опубл. 15.03.75 г.) путем пропускания их через ионообменные смолы с последующей десорбцией продукта.

Поскольку продуктом десорбции, как правило, является фтористо-водородная кислота, то возникают проблемы с созданием передела ее гидрохимической переработки.

Известен способ очистки фторсодержащих газов (А.с. СССР 581977, В 01 D 53/02, опубл. 30.11.77 г.) путем пропускания их через слой керамзита или цементного клинкера. Использованный адсорбент непригоден для дальнейшей утилизации, т.к. является экологически небезопасным отходом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки фторсодержащих газов путем контакта их с твердым адсорбентом, в качестве которого используют глинозем (В.Г. Терентьев, А.В. Сысоев, И. С. Гринберг и др. Производство алюминия. - М.: "Металлургия", 1997 г., с.270).

Согласно известному способу продуктом "сухой" очистки газов является фторированный глинозем, который направляют в электролизные корпуса.

Перед загрузкой в электролизер фторированный глинозем помещают на корку электролизной ванны, где он разогревается до ~300^oС для окончательной просушки. В этот период происходит частичная десорбция фтористого водорода из глинозема, за счет чего повышаются расход фтористых солей и ухудшение санитарно-экологического состояния окружающей среды.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей очистки газов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение десорбционных процессов в глиноземе.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки отходящих газов электролитического производства алюминия, включающем контактирование очищаемых газов с глиноземом, контактирование очищаемых газов осуществляют с глиноземом, модифицированным карбонатом лития в массовом соотношении 1: 0,0015-0,0025.

Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Известно (А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М. : "Химия", 1971 г., с.595), что адсорбенты имеют различные по диаметру капиллярные каналы - поры, которые условно можно разделить на макропоры, переходные и микропоры.

Размеры микропор приближаются к размерам адсорбируемых молекул, и адсорбция в микропорах приводит к заполнению их объема.

Микропоры в процессе адсорбции играют роль лишь транспортных каналов, а переходные поры в процессе адсорбции образуют лишь слой адсорбируемого вещества.

Таким образом, сорбционная емкость сорбента зависит главным образом от количеств микропор адсорбента.

В известном способе очистки фторсодержащих газов, предусматривающем их контакт с адсорбентом, в качестве которого используют глинозем, количество фтористого водорода, адсорбированного в единице массы, будет зависеть от количества микропор глинозема.

В предлагаемом способе при модифицировании глинозема карбонатом лития в процессе адсорбции наряду с микропорами будут принимать участие макропоры и переходные, поскольку карбонат лития будет улавливаться именно на них.

А наряду с процессом физической сорбции в микропорах будут происходить процессы хемосорбции в макропорах и переходных по следующим реакциям: 2HF(г)+Li₂CO₃=2LiF+H₂O+CO₂; (1) 2AlF₃(г)+Li₂CO₃=6LiF+Al₂O₃+3CO₂; (2) 6NaAlF₄+3Li₂CO₃=2Na₃Li₃Al₂F₁₂+Al₂O₃+3CO₂. (3) В результате реакции (1)-(3) образуются фторсодержащие термодинамически более стабильные и менее склонные к десорбции литиевые соединения. Кроме того, образование литиевых соединений на поверхности сорбента будет сужать транспортные каналы, препятствуя также процессу десорбции.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в качестве адсорбента используют глинозем, модифицированный карбонатом лития в массовом соотношении 1:0,0015-0,0025.

Таким образом, заявляемое техническое решение отличается от прототипа и соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений, полученных из общедоступных сведений, показал, что модифицирование глинозема для адсорбции фтористого водорода гидроoксидом калия или натрия, а также карбонатом натрия известно (Пат. Великобритании 1281597, C 01 F 7/02, опубл. 12.07.72 г.; приор. США от 05.09.72 г. ; пат. США 3773633, С 22 D 3/12, опубл. 20.11.73 г.; пат. США 3823079, С 22 D 3/12, опубл. 09.07.74 г.).

Однако использование фторированного глинозема, модифицированного гидроокисью калия, в процессе электролиза алюминия невозможно, т.к. ион калия из-за своей повышенной сорбционной активности легко проникает в поры футеровки и легко ее разрушает.

Дополнительное внесение ионов натрия в процесс электролиза приводит к увеличению криолитового отношения, перерасходу фтористого алюминия, и, в конечном итоге, к понижению выхода алюминия по току.

По сравнению с известными модификаторами соли лития образуют термодинамически более стабильные соединения, что приводит к снижению расхода фтористого алюминия и выбросов фтористого водорода в окружающую среду.

Таким образом, в обнаруженной технической информации отсутствуют сведения об обеспечиваемом заявляемым изобретением техническом результате, а отличительные признаки его не совпадают с отличительными известных решений. Это означает, что заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами.

Газ, поступающий на очистку, отсасывают из коллектора и пропускают через модуль "реактор-рукавный фильтр" производительностью 100 тыс. нм³/час.

В реактор, представляющий собой низконапорную трубу Вентури, направляют очищаемый газ, содержащий 600 мг HF/нм³ и поток свежего глинозема (Аl₂О₃) с карбонатом лития (Li₂СО₃) в массовом соотношении 1:0,0020.

Продолжительность контакта очищаемого газа с адсорбентом осуществляют в течение 3 сек, затем фторированный адсорбент направляют в рукавный фильтр, а оттуда - в электролизер. В реактор при этом загружают свежую порцию адсорбента.

Десорбция фтористого водорода на корке электролита составила 1,1 кг HF/т Al, эффективность очистки по фтористому водороду 99,17%.

В таблице представлены результаты экспериментов по прототипу и предлагаемому способу.

Как следует из таблицы, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ позволяет снизить процесс десорбции с 10,6 до 1,1 кг HF/т Al, повысить эффективность очистки с 95,0 до 99,17% и снизить расход фтористого алюминия 21,6 до 16,3 кг/т Al.

Изменение соотношения Аl₂О₃/Li₂СО₃ выше заявляемого предела приводит к снижению показателей эффективности очистки и десорбции HF.

При изменении соотношении Аl₂О₃/Li₂СО₃ ниже заявляемого предела улучшение показателей эффективности очистки и десорбции HF не наблюдается.

Формула изобретения

Способ очистки отходящих газов электролитического производства алюминия, включающий контактирование очищаемых газов с глиноземом, отличающийся тем, что контактирование очищаемых газов осуществляют с глиноземом, модифицированным карбонатом лития в массовом соотношении 1:0,0015-0,0025.

РИСУНКИ

Рисунок 1