ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ РЕАКЦИОННЫХ МАСС ЛЮИЗИТА

Полезная модель относится к процессам переработки реакционных масс люизита в мышьяк, оксид мышьяка и хлорид натрия.
Реакционные массы люизита являются продуктами гидролиза люизита, причем они производятся в виде жидкой реакционной массы (ЖРМ) и сухих солей, получаемых упариванием жидкой формы. Последние получили название «арсенит натрия гидролизный» (АНГ). Их общей характерной особенностью является наличие достаточно больших количеств мышьяксодержащих соединений. По этой причине они могут рассматриваться как новый вид мышьяксодержащего сырья для получения наиболее значимых товарных продуктов.
Известно устройство для переработки жидких реакционных масс в сульфид мышьяка (см. патент РФ на изобретение №2099116, МПК A62D 3/00). Устройство содержит набор реакторов, фильтрующих систем и сушилок, обеспечивающих процесс перевода арсенита натрия в сульфид мышьяка. Сущность процесса основана на введении ЖРМ в реактор с футерованным покрытием, последующем подкислении раствора серной кислотой до рН равным 1-4 и осаждении нерастворимого осадка сульфидом натрия. Основным преимуществом данного одностадийного процесса является то, что в ходе его образуется малотоксичное вещество - сульфид мышьяка, который после фильтрации и осушки может долго храниться для последующей переработки. Фильтрат, после стадии отделения осадка, подвергается специальной обработке для удаления остаточного мышьяка и выводится на биологическую очистку.
Достоинством применяемого устройства является простое аппаратурное оформление, высокие технологические показатели процесса, исключение возможности образования высокотоксичных, пожаро- и взрывоопасных побочных соединений. Однако установка эффективна только для переработки жидких реакционных масс, она не содержит составных частей, позволяющих выводить из перерабатываемых систем многие дополнительные компоненты (водорастворимые полимеры, соединения кремния, соли мышьяка (V)).
Известна установка электрохимического восстановления реакционных масс до мышьяка (см. Петрунин В.А. и др. Математическое моделирование процесса щелочного гидролиза люизита. - РХЖ, 1995, Т. XXXIV, 4, с.15-16). Установка содержит блок начальной подготовки реакционных масс, электролизер, печь пиролиза арсина, устройство для сушки и растаривания мышьяка.
Однако сами авторы отмечают, что предложенный способ и установка электролиза имеют ряд недостатков: энергоемкость, сложность технического оформления процесса электролиза из-за образования высокотоксичных и взрывоопасных соединений - арсина, хлора, водорода и кислорода; формирования больших количеств отработанного католита с высоким содержанием арсенита натрия; наличие большого количества жидких стоков.
Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для переработки арсенита натрия гидролизного, во многом устраняющее недостатки ранее описанных изобретений (см. Демахин А.Г. и др. Технологические аспекты переработки реакционных масс, получаемых при детоксикации люизита, в мышьяксодержащую товарную продукцию. - РХЖ, 2007. Т L1. вып.2, с.29-31). Указанная технологическая линия содержит следующие составные части: блок подготовки реакционных масс к переработке, блок переработки реакционных масс, блок очистки раствора хлорида натрия, блок очистки оксида мышьяка. Вся совокупность технических решений позволяет перерабатывать как жидкие реакционные массы, так и арсенит натрия гидролизный.
Вместе с тем разработанный подход имеет ряд недостатков и нереализованных возможностей по повышению эффективности процесса.
Так, блок предварительной подготовки реакционных масс не содержит устройств, позволяющих провести выделение основной части хлорида натрия уже на первой стадии процесса. Операции растворения АНГ и отделения хлорида натрия проводятся на 2-х типах оборудования - реакторе и фильтре. В технологической линии отсутствуют устройства, обеспечивающие отделение примесей органических соединений и арсената натрия. В блоке очистки раствора хлорида натрия операция вакуумной выпарки проводится дважды, что приводит к значительным энергетическим затратам. В технологической линии отсутствует блок концентрирования раствора арсенита натрия.
Задачей полезной модели является разработка такой технологической линии, которая позволяет ликвидировать отмеченные недостатки, уменьшить число и габариты ряда позиций применяемого оборудования при сохранении заданной производительности процесса, увеличить номенклатуру получаемой продукции.
Поставленная задача решается тем, что в состав технологической линии по переработке реакционных масс люизита, включающей блок подготовки реакционных масс к переработке, блок переработки реакционных масс, блоки очистки раствора хлорида натрия и оксида мышьяка, согласно решению, введены дополнительно блок очистки фильтрата от водорастворимых примесей органических соединений, блок выделения из раствоpa арсената лития и его перевода в трихлорид мышьяка, блок концентрирования раствора арсенита натрия. Кроме того, в блок очистки раствора хлорида натрия введено устройство, обеспечивающее предварительную очистку соли от соединений мышьяка химическими реагентами; операция по очистке оксида мышьяка в блоке переработке реакционных масс проводится путем применения другого вида оборудования, сущность которого будет раскрыта ниже.
Изобретение поясняется чертежами, на которых приведена общая схема технологической линии (фиг.1) и деталировка линии, отражающая устройство каждого блока.
Фиг.2 - схема устройства блока подготовки реакционных масс (РМ) к переработке.
Фиг.3 Блок очистки раствора хлорида натрия и получения товарного продукта хлорида натрия марки «промышленный».
Фиг.4 Блок очистки фильтрата от водорастворимых примесей органических веществ.
Фиг.5 Блок выделения арсената лития и его перевода в трихлорид мышьяка.
Фиг.6 Блок концентрирования раствора арсенита натрия.
Фиг.7 Блок переработки реакционных масс, получения и очистки оксида мышьяка.
На чертежах приняты следующие обозначения:
I. блок подготовки реакционных масс к переработке;
II. блок очистки и получения хлорида натрия;
III. блок очистки фильтрата от водорастворимых примесей органических соединений;
IV. блок выделения арсената лития и его перевода в трихлорид мышьяка;
V. блок концентрирования раствора арсенита натрия;
VI. блок переработки реакционных масс, получения и очистки оксида мышьяка.
1. Фильтр типа ЕДМ, обеспечивающий:
- растворение жидких или сухих реакционных масс при заданном перемешивании системы;
- отделение твердого хлорида натрия и нерастворимых веществ и их промывку от соединений мышьяка;
- нерастворимых веществ в сборник 6;
- фильтрование системы с отделением фильтрата в сборник 7;
- растворение хлорида натрия с направлением получаемого раствора на систему очистки.
2. Емкость для РМ (реакционных масс);
3. Емкость для соляной кислоты;
4. Емкость для воды;
5. Дозаторы (мерники) реагентов;
6. Емкость (сборник) для нерастворимых в воде веществ и механических примесей;
7. Емкость для фильтрата;
8. Мешалка (лопастная);
9. Трубопровод для подачи раствора NaCl на очистку;
10. Емкость для осадка арсената железа;
11. Накопительные емкости для раствора NaCl;
12. Колонны сорбентов;
13. Выпарное устройство;
14. Центрифуга;
15. Сушильное устройство;
16 Емкость для сбора отработанного сорбента;
17. Реактор восстановления соединений мышьяка;
18. Насос перекачивающий;
19. Емкость сбора диоксида кремния;
2
3
20. Емкость для AsO;
21. Устройство для растаривания продукции.
Как видно из чертежей, технологическая линия состоит из шести блоков. В блоке I центральной частью является фильтр типа ЕДМ 1, который в единичном виде заменяет несколько спецификаций оборудования, последовательно обеспечивая:
- растворение жидких или сухих реакционных масс при заданном перемешивании системы;
- отделение твердого хлорида натрия и нерастворимых в воде веществ от фильтрата и их промывку от соединений мышьяка;
- отделение нерастворимых веществ в емкость 6;
- фильтрование системы с отделением фильтрата в емкость 7;
- растворение хлорида натрия с направлением получаемого раствора на блок очистки.
Через дозирующие устройства 5 фильтр 1 соединен с емкостями для подачи, соответственно, реакционных масс 2, соляной кислоты 3 и воды 4.
Кроме того фильтр ЕДМ 1 позволяет выводить твердые отходы в емкость 6, фильтрат в емкость 7 и раствор хлорида натрия по трубопроводу 9 в блок очистки II.
Еще раз подчеркнем, что только такая компоновка оборудования позволяет решать необходимые задачи по минимизации технологического оборудования.
Блок II также содержит фильтр типа ЕДМ 1, позволяющий обеспечить выполнение ряда функций:
- последовательное смешение реагентов для очистки от соединений мышьяка химическим методом;
- фильтрацию получаемой системы;
4
- отделение получаемого осадка FeAsO
3
Через систему дозаторов (5) фильтр (1) соединен с емкостями, содержащими различные необходимые реагенты - HCl, FeCl, NaOCl и трубопроводом 9, по которому подается раствор хлорида натрия для очистки. Кроме того, фильтр 1 соединен с емкостью 10 для сбора осадка арсената железа и накопительной емкостью 11, в которую поступает раствор хлорида натрия, очищенный химическим методом.
Из емкости 11 раствор хлорида натрия поступает в колонны адсорбентов 12 для дополнительной очистки методом адсорбции.
Очищенный раствор хлорида натрия поступает в выпарное устройство 13, откуда после удаления основного количества воды суспензия хлорида натрия направляется для отделения соли от маточного раствора в центрифугу 14. Отделенная соль направляется на сушку в сушильное устройство 15 и далее, после растаривания, на склад хранения.
Таким образом, из реакционных масс получается товарный продукт - хлорид натрия марки «промышленный», который содержит не менее 96% основного вещества (табл.1).
Таблица 1
Характеристика качества хлорида натрия, получаемого из различных промышленных партий продукции
Показатель № партии АНГ
Массовая доля NaCl, %
Массовая доля влаги, %
Массоваядоля нерастворимого в воде остатка, %
Массовая доля сульфатов, %
Массовая доля железа, %
Массовая доля мышьяка, %
10
98,1±1,2
0,6±0,1
0,3±0,05
0,040±0,006
0,10±0,01
0,0030±0,00 03
22
98,4±1,1
0,4±0,1
0,1±0,02
0,030±0,005
0,06±0,02
0,0020±0,00 02
32
96,8±1,3
0,8±0,2
0,2±0,03
0,040±0,006
0,05±0,01
0,0040±0,00 04
38
97,3±1,2
0,7±0,1
0,2±0,03
0,020±0,003
0,07±0,01
0,0040±0,00 04
Фильтрат из емкости 7 блока подготовки реакционных масс I поступает в блок очистки фильтрата от водорастворимых примесей органических веществ III.
Дозаторы 5 позволяют направить заданное количество фильтрата и сорбента в фильтр ЕДМ 1 блока III, обеспечивающий последовательно:
- проведение сорбции водорастворимых органических соединений;
- отделение фильтрата;
- промывку сорбента и его отделение в емкость 16;
- подачу воды от промывки сорбента в реактор 17.
Реактор 17 футерован стеклянной эмалью. В нем промывные воды очищаются от соединений мышьяка путем их восстановления боргидридом натрия, подаваемого дозатором 5. После прохождения процесса восстановления (методы химического контроля) суспензия мышьяка подается в центрифугу 14, где мышьяк отделяется от маточного раствора и адсорбированных газов. Маточный раствор с помощью перекачивающего насоса 18 возвращается в реактор 17, а мышьяк направляется на сушку в сушильное устройство 15 и далее после растаривания на склад хранения готовой продукции.
Из описания видно, что в блоке III получается второй вид товарной продукции - мышьяк марки «технический».
-2
Отработанные условия получения мышьяка гарантируют получение продукта, содержащего не менее 98,0% основного вещества и не более 1,5% примесей воды и оксида мышьяка (III). Что наиболее значимо, получаемый продукт содержит не более 5·10 масс.% металлов (главным образом железа).
Фильтрат раствора арсенита натрия после очистки от примесей водорастворимых органических соединений в блоке III через дозатор 5 поступает в блок IV для отделения соединений мышьяка V - арсенатов.
Эта операция (отделение арсенатов) проходит в фильтре типа ЕДМ 1 блока IV, который традиционно позволяет в одном устройстве последовательно проводить ряд процессов:
- осаждения арсената лития;
- отделения фильтрата арсенита натрия с направлением на блок упаривания; растворения выпавшего осадка в соляной кислоте;
- восстановления образующейся мышьяковой кислоты в трихлорид мышьяка;
- перекачивания раствора трихлорида мышьяка в блок V для осаждения оксида мышьяка (III).
Шнековое устройство фильтра ЕДМ позволяет отделять выпадающий осадок диоксида кремния в емкость сбора 19.
Фильтрат арсенита натрия перекачивающим насосом 18 направляется из блока IV в блок V на упаривание с целью получения концентрированного раствора соли при одновременном удалении части хлорида натрия, выпадающего в осадок.
Удаление воды при выпаривании раствора проходит в выпарном устройстве 13. По достижении концентрации соли арсенита натрия на уровне 25-30% процесс упаривания заканчивается и концентрированный раствор с помощью насоса 18 перекачивается в блок переработки VI, а выпавший осадок хлорида натрия растворяется путем добавления заданного количества воды, и полученный раствор насосом 18 перекачивается в блок очистки хлорида натрия II.
Как отмечалось, концентрированный раствор арсенита натрия поступает на фильтр ЕДМ 1 блока VI, который обеспечивает протекание ряда последовательных процессов:
- осаждения оксида мышьяка;
- отделения осадка от фильтрата;
- репульпирование оксида мышьяка для очистки от хлорида натрия;
- сушку осадка оксида мышьяка;
- дозирования сухого продукта в емкость 20.
Осаждение оксида мышьяка (III) в реакторе фильтра 1 блока VI проходит при соединении концентрированного раствора арсенита натрия с раствором трихлорида мышьяка и, если необходимо, раствором соляной кислоты. Эти реагенты из соответствующих емкостей дозаторами 5 подаются в реактор фильтра 1 блока VI. После окончания процесса осаждения, который проводится при перемешивании соединяемых растворов мешалкой 8 осадок оксида мышьяка отделяется от конечного фильтрата на фильтрующем устройстве фильтра ЕДМ 1, подвергается процессу очистки методом репульпирования, сушится горячим сжатым воздухом и переносится в емкость 20.
2
3
Далее осадок ASO растаривается и направляется на склад готовой продукции. Таким образом, получается третий вид товарной продукции - оксид мышьяка марки «технический» (табл.2).
Таблица 2
Характеристика качества оксида мышьяка, получаемого из различных промышленных партий продукции
Показатель № партии АНТ
Массовая доля As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %
Массовая доля остатка, растворенного в водном растворе аммиака, %
Массовая доля As<sub>2</sub>S<sub>3</sub>, %
Массовая доля воды, %
Массовая доля хлоридов, %
10
93,5±1,0
2,5±0,4
0,15±0,02
0,6±0,08
1,0±0,2
22
94,7±1,2
1,5±0,3
0,10±0,01
0,5±0,06
0,7±0,1
32
95,1±1,1
2,0±0,3
0,18±0,03
0,7±0,09
1,6±0,2
38
93,0±1,0
3,0±0,4
0,15±0,02
0,6±0,08
1,8±0,3
Конечный фильтрат, а также промывные воды от оксида мышьяка насосом 18 направляются в блок V, где они соединяются с раствором, идущим на выпарку с целью концентрирования.
Сформированная технологическая линия по переработке реакционных масс люизита позволяет:
- получить из продуктов детоксикации люизита три вида товарной продукции
- мышьяк, оксид мышьяка и хлорид натрия;
- осуществлять проведение процесса в экологически и технически безопасном варианте;
- сформировать принцип замкнутого технологического цикла, что минимизирует количество образуемых жидких стоков;
- осуществлять процесс переработки реакционных масс в периодическом режиме с заданной величиной производительности процесса;
- осуществлять процесс переработки реакционных масс, содержащих различные количества исходных компонентов;
- минимизировать количество оборудования, необходимого для получения указанной товарной продукции.