СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИДА ВОДОРОДА ИЗ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА
METHOD OF PRODUCING HYDROGEN FLUORIDE FROM ALUMINIUM PRODUCTION WASTES

Изобретение относится к производству фторида водорода сернокислотным разложением фторсодержащих соединений.
Известен наиболее распространенный способ получения фтористого водорода обработкой флюорита серной кислотой в прямоточных или противоточных печах при 180-220°C. При этом флюорит и серная кислота предварительно смешиваются в шнеках-смесителях в соотношении 0,70-0,75:1. Степень разложения флюоритового концентрата составляет 93-95%. [Гузь С.Ю. Производство криолита, фтористого алюминия и фтористого натрия. - М.: Металлургия, 1964. - 238 с.].
Недостатком данного способа является низкая степень разложения плавикового шпата, большая длительность процесса, образование настылей на внутренней поверхности барабана.
Известен способ получения безводного фтороводорода пирогидролизом фторуглеродсодержащих отходов алюминиевых производств [Патент РФ №2022914, опубликован 15.11.1994]. Основой этого способа является извлечение фтора из углеродистых материалов, согласно которому отходы подвергают пирогидролизу во вращающихся печах.
Недостаток получения фтороводорода пирогидролизом в том, что для мелкодисперсных отходов способ является непригодным, поскольку сопровождается большим пылеуносом, то есть значительная часть мелких частиц выносится газовым потоком из технологических агрегатов раньше, чем протекают и завершаются процессы окисления углерода и пирогидролиза фторидов.
Также известен способ получения фтористого водорода сернокислотным разложением фторсодержащих продуктов (способ прототип) [Патент РФ №2110470, опубликован 10.05.1998]. В качестве фторсодержащих продуктов используют высокодисперсные отходы электролитического производства алюминия (шлам газоочистки и пыль электрофильтров) с развитой поверхностной структурой. Отходы и серная кислота смешиваются в шнековом смесителе и вместе подаются в печь, массовое соотношение между отходами и серной кислотой - 0,65-0,75:1. Процесс проходит при 260-320°C. Время процесса составляет 3,5-4 часа.
Недостатками данного способа являются: большой расход серной кислоты, обусловленный ее интенсивным испарением при заданных температурах, а также связанный с проблемой ее диффузии сквозь слой углеродной составляющей отходов к поверхности фторсодержащих частиц; малое время контакта реагентов, и как следствие, низкая степень вскрытия фторуглеродсодержащих отходов.
Задачей изобретения являлась разработка способа получения фторида водорода сернокислотным разложением фторсодержащих соединений с большей степенью реагирования и, как следствие, с большим выходом фторида водорода, чем заявлено в прототипе.
3
6
5
3
14
3
2
2
2
3
2
4
2
3
2
Эта задача решена следующим способом. В соответствии с прототипом в качестве исходного сырья используются отходы алюминиевого производства, а именно пыль электрофильтров, усредненного фазового состава: NaAlF - 12,1; NaAlF - 11,0; NaF -2,91; AlF - 1,68; CaF - 1,48; MgF - 1,36; KF - 1,34; AlO - 30,19; NaSO - 4,08; FeO - 2,0; SiO - 0,45; C (графит) - 26,73; смола (органические компоненты) - 4,68. Данные отходы измельчают до размера частиц - 0,2 мм, помещают на поддоны слоем, высотой не более 0,5 см, далее прокаливают при 800-850°C в подовых печах, в которых установлена система подачи воздуха и отвода образующихся газов. При прокаливании отходов происходит выгорание углеродной составляющей, которая окружает фторсодержащие частицы и препятствует контакту серной кислоты с поверхностью таких частиц. Также устранение углеродной составляющей снижает расход серной кислоты, необходимой для смачивания угля.
Образующийся таким образом криолит-глиноземный концентрат подается в барабанно-вращающуюся печь вместе с серной кислотой в соотношении 0,9:1 соответственно. Температура процесса сульфатизации концентрата составляет 240-260°C, данная температура является оптимальной для вскрытия криолит-глиноземного концентрата и предотвращения чрезмерного испарения серной кислоты. Время протекания химической реакции составляет 2 часа.
Пример: навеску пыли электрофильтров, массой 120 г размещают в выпарную чашу слоем высотой не более 0,5 см и прокаливают в подовой печи при 800-850°C. Образующийся криолит-глиноземный концентрат, массой 80 г, смешивают с 93%-ной серной кислотой, массой 215 г, и помещают смесь в стальной агитатор с плотно прикрепленной крышкой. Герметизируют систему отвода отходящих газов. Для сорбции реакционных газов готовят емкость с 5%-ным раствором аммиака. Нагревают смесь до 240-260°C. Окончанием процесса считается прекращение выделения пузырьков газа в абсорбционной емкости. Степень извлечения фтора рассчитывается исходя из данных потенциометрического определения концентрации фтор-иона в абсорбционном растворе в соответствии с ГОСТ 4386-89 и по количеству нерастворимого остатка сульфатизации. Степень реагирования составляет 97-99%.
Техническим результатом изобретения является снижение количества серной кислоты, необходимой для проведения реакции сернокислотного разложения отходов алюминиевого производства, а также снижение температуры процесса путем устранения отжигом углеродной составляющей отходов.