ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРЕДЕЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОКСИДА ЦИРКОНИЯ

2
Предлагаемая полезная модель относится к области химической технологии и, в частности к применяемым в технологии неорганических веществ технологическим переделам, установкам, отделениям и комплексам для производства оксидов металлов, в частности оксида циркония ZrO, используемого при получении материалов для радиоэлектроники.
Известен технологический передел для производства оксидов металлов (И.П.Мухленов, Е.И.Добкина, В.И.Дерюжнина и др. Технология катлизаторов: Химия, ЛО, 1989, с.92-120), включающий емкость с исходными растворами, реактор для осаждения гидроксидов металлов, емкости с щелочными реагентами, декантатор, фильтровальное оборудование, сборник фильтрата, сушильную камеру, прокалочную печь, устройства для гранулирования и/или таблетирования, сборники готового целевого продукта - катализаторов на основе оксидов металлов различного назначения.
Недостатком известного технологического передела является тот факт, что он не позволяет производить диоксид циркония для радиоэлектронной промышленности. Другим недостатком известного технологического передела является отсутствие в составе передела оборудования для переработки, обезвреживания и утилизации отходов производства.
Известен технологический предел для осаждения из водных растворов труднорастворимых соединений, в том числе гидроксидов металлов и получения оксидов металлов (С.С.Набойченко, Н.Г.Агеев, А.П.Дорощенко и др. Процессы т аппараты цветной металлургии. Екатеринбург, Изд. УГТУ, 1997. с.414-418).
Известный технологический передел включает в себя сборник исходного раствора, реактор для осаждения, фильтр-сгуститель, сборник осветленного раствора, сборник сгущенной пульпы, фильтр, сборник фильтрата, репульпаторы кека, сборник промвод и емкость для металлосодержащего осадка (кека).
Недостатком данного известного технологического передела является то, что в нем отсутствует необходимое оборудование для производства диоксида циркония, пригодного при получении материалов радиоэлектронной техники и оборудования для обезвреживания и утилизации образующихся отходов и промпродуктов производства.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение условий получения диоксида циркония, пригодного для производства материалов радиоэлектронной техники, и обеспечения условий переработки обезвреживания и утилизации образующихся газообразных отходов производства.
Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели заключается в повышении чистоты целевого продукта - диоксида циркония и предотвращения загрязнения окружающей среды высокотоксичными отходами производства.
Известный технологический передел включает в себя сборник исходного раствора, реактор осаждения, фильтр-сгуститель, сборник осветленного раствора, сборник сгущенной пульпы, фильтр, сборник фильтрата, репульпаторы кека, сборник промвод и емкость для металлосодержащего осадка (кека).
Недостатком данного известного предела является то, что в нем отсутствует необходимое оборудование для производства диоксида циркония, пригодного при получении материалов радиоэлектронной техники и оборудования для обезвреживания и утилизации образующихся отходов и промпродуктов производства.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой в настоящей заявке полезной модели является известный технологический передел для производства диоксида циркония (Исследования и разработка технологических процессов и их аппаратное оформление по получению неорганических материалов специального назначения // Журнал «Фундаментальные исследования», 2006, №1, с.81) - принят за ПРОТОТИП.
2
4
4
Технологический передел по прототипу включает в себя бак с мешалкой и загрузочным люком для приготовления исходного водного раствора хлорида циркония; бункер-дозатор ZrOCl и/или ZrCl, имеющий герметичное соединение через запорно-регулирующую арматуру с загрузочным люком бака с мешалкой; реактор для осаждения оксигидрата циркония (реактор-нейтрализатор) на верхней крышке реактора имеются патрубки, соединенные с баком для приготовления исходного раствора хлорида/оксихлорида циркония и с емкостью для приготовления раствора щелочи (NaOH, NHOH и др.); слив из реактора направлен на фильтр-пресс для отделения осадка оксигидрата циркония от маточного раствора; корыто фильтр-пресса имеет соединения с последовательно соединенными между собой сушильной камерой и прокалочной печью.
2
4
Данный аппаратурно-технологический передел обеспечивает получение из ZrOCl и/или ZrCl неорганических сорбентов, коллекторов и носителей для последующего производства катализаторов широкого назначения.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение условий получения диоксида циркония, пригодного для производства материалов радиоэлектронной техники, и обеспечения условий переработки, обезвреживания и утилизации образующихся отходов и промпродуктов производства.
Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в повышении чистоты целевого продукта -
диоксида циркония и предотвращения загрязнения окружающей среды высокотоксичными отходами производства.
Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Технологическим переделом для производства оксида циркония», включающим (рис.1) бак (1) с мешалкой и загрузочным люком для приготовления исходного водного раствора хлорида циркония, бункер-дозатор (2) хлорида и/или оксихлорида циркония, имеющий герметичное соединение через запорно-регулирующую арматуру с загрузочным люком бака (1) с мешалкой, реактор-нейтрализатор (3) для осаждения из оксигидрата циркония, фильтровальное оборудование, сушильную камеру (4) и прокалочную печь (5). Новым в предлагаемой модели является то, что между баком (1) для приготовления исходного раствора хлорида/оксихлорида циркония и обогреваемым реактором (3) с мешалкой дополнительно установлен обогреваемый реактор (6), снабженный обогреваемой рубашкой, диспергатором (7) аммиачно-воздушной смеси, соединенным через трубопровод (8) с обогреваемой емкостью (9) в которую помещен барботер (10) сжатого воздуха, в реакторе (6) для очистки исходного раствора от примесей установлена штанга (11) с электродами, соединенными с рН метром (12), имеющим сопряжение через запорный клапан (13) с линией-трубопроводом (8) подачи в реакторы аммиачно-воздушной смеси, на верхней крышке реактора (6) для очистки исходного раствора хлорида/оксихлорида циркония от примесей имеется загрузочный люк (14) для подачи в реактор (6) части (3-10%) осадка оксигидрата циркония с поверхности нутч-фильтра-II (27), патрубок нижнего слива (15) из реактора очистки исходного раствора от примесей соединен через запорную арматуру (16) с нутч фильтром-I (17), слив из которого маточных растворов хлорида циркония очищенных от примесей направлен через запорную арматуру (18) в реактор-нейтрализатор (3) для осаждения из очищаемого раствора осадка оксигидрата циркония, нутч-фильтр I (17)
имеет соединения с гранулятором осадка (19), выход из которого направлен в один из сборников продуктов (гранулированных товарных неорганических сорбентов и/или «носителей» для последующего производства катализаторов, например, катализаторов органического синтеза, катализаторов для крекинга нефти и т.п., на крышке обогреваемого реактора-нейтрализатора (3) с мешалкой для нейтрализации очищенного от примесей раствора и осаждения оксигидрата циркония имеется патрубок (21) для соединения с фильтр-прессом II (17), патрубок для подачи в нижнюю зону реактора (3) через диспергатор (22) аммиачно-воздушной смеси, в реактор (3) помещена штанга (23) с электродами, соединенная с рН метром (24), имеющим сопряжение через запорный клапан (25) с трубопроводом (8) для подачи аммиачно-воздушной смеси, выходящей из емкости (9) с водным раствором аммиака, патрубок (26) нижнего слива оксигидратной пульпы из реактора (3) имеет соединение с нутч-фильтром II (27) выход маточного раствора хлорида аммония из которого направлен в сборную емкость (28) - для последующей отгрузки этого раствора потребителям, выход твердой фазы - влажного осадка оксигидрата циркония с нутч-фильтра II (27) направлен в сушильную камеру (4), прокалочную печь (5) и сборник (23) целевого продукта - высокочистого оксида циркония (>99.99%), пригодного для производства материалов специального назначения, например для радиодиокерамики.
2
Совокупность вышеперечисленного оборудования, входящего в состав «Технологического передела для производства оксида циркония» по предлагаемому техническому решению обеспечивает, как показали результаты опытных и промышленных испытаний, решение поставленной задачи и достижение технического результата, заключающихся, в частности, в обеспечении условий получения диоксида циркония, пригодного для производства материалов радиоэлектронной техники, обеспечении условий переработки, обезвреживании и утилизации отходов промпродуктов производства, в повышении чистоты получаемого целевого продукта (ZrO) и
предотвращении загрязнения окружающей среды токсичными отходами производства.
Реализация полезной модели.
Предлагаемая полезная модель - «Технологический передел для производства оксида циркония» работает следующим образом:
2
2
8
2
2
8+
В бак (1) с мешалкой заливают из линии «раздачи» определенное (не более 70-80% от объема бака) дистиллированной воды, затем при включенной мешалке в бак (1) через бункер-дозатор (2) загружают расчетное количество ZrCl и/или ZrOCl. Перемешивание ведут до полного растворения с получением исходного раствора хлорида циркония (оксихлорида, цирконил-хлорида циркония), после чего из бака (1) исходный раствор заливают в обогреваемый реактор (6), снабженный обогреваемой рубашкой, и диспергатором (8) аммиачно-воздушной смеси. Исходный раствор в реакторе нагревается (преимущественно до 60-90°С) при перемешивании, что приводит к дальнейшему гидролизу ионов циркония и образованию в растворе полиядерных гидроксокомплексов [Zr(OH)] и др. и выделению в раствор соляной кислоты. В нагретый гидролизованный цирконий -содержащий раствор затем при включенной мешалке загружают через загрузочный люк (14) влажную (50-80% вл.) пасту оксигидрата циркония, полученную в реакторе (3) в предыдущей операции (в предыдущем цикле процесса получения ZrO) - из фильтра II (27). Количество загружаемой в раствор (6) пасты составляет 5-10% от общего объема (или массы) влажной пасты оксигидрата циркония, полученной в результате нейтрализации (рН 5-8) цирконий-содержащего раствора в реакторе (3) и отфильтрованной на нутч-фильтре (27) в предыдущей операции - в предыдущем технологическом цикле переработки исходного цирконий-содержащего раствора с получением целевого продукта - ZrO. Образующуюся в реакторе (6) пульпу (суспензию) перемешивают при нагревании (60-90°С) в течении 0,5-1 часа. При этом происходит
2
частичное растворение пасты в результате взаимодействия свободной соляной кислоты, находящейся в растворе вследствие гидролиза соли циркония, с осадком оксигидрата циркония, кроме того, происходит сорбционное поглощение микропримесей посторонних металлов, присутствующих в исходном цирконий-содержащем растворе осадком оксигидрата циркония. Для более полного удаления этих микропримесей из раствора и более глубокой очистки раствора от микропримесей (преимущественно тяжелых цветных металлов) в реактор (6) через барботер (7) из трубопровода (8) подают - при включенной мешалке аммиачно-воздушную смесь. Подачу аммиачно-воздушной смеси ведут в течение 0,5-1 часа до достижения величины рН в пульпе 1,0-2,5. Величину рН в пульпе контролируют рН метром (12), имеющим «сопряжения» с запорным клапаном (13), установленным на трубопроводе (8) подачи аммиачно-воздушной смеси. При достижении заданной величины рН в пульпе, клапан (13) «срабатывает» и подача аммиачно-воздушной смеси в реактор (6) прекращается. После чего пульпу в реакторе перемешивают 0,5-1,0 часа и выдерживают без перемешивания в течении 1-3 часов. В результате осуществления этих операций в реакторе (6) происходит очистка исходных цирконий-содержащих растворов от микропримесей (до чистоты 99,99%) - благодаря совокупности процессов сорбции, осаждения и соосаждения. После отстаивания пульпу из реактора (6) подают (самотеком или с помощью насоса - на рис. не показан) на нутч-фильтр I (17), маточный раствор - раствор хлорида (оксихлорида, цирконил-хлорида) циркония, очищенного от микропримесей через запорную арматуру (18) направляют в реактор-нейтрализатор для последующего осаждения из очищенного раствора осадка оксигидрата циркония - промпродуктов для получения целевого ZrO. Осадок на нутч-фильтре I (17) промывают водой и выгружают в гранулятор (19), в котором с использованием известных технологических приемов, приспособлений и устройств, например, путем экструзии, совмещенной с термообработкой осадка, получают гранулированный товарный продукт -
4
4
неорганический сорбент для очистки различных технологических растворов и сточных вод от токсичных веществ, для извлечения радионуклидов и т.д.; либо получаемый гранулированный продукт используют затем в качестве носителя для производства различных катализаторов, используемых, например, в тонком органическом синтезе и др. Очищенный от микропримесей цирконий-содержащий раствор в реакторе (3) нейтрализуют до рН 5-8 путем подачи при включенной мешалке в нижнюю зону реактора через диспергирующее устройство (22) аммиачно-воздушной смеси - из трубопровода (8), выходящего из обогреваемой емкости (9) аммиачной водой - водным раствором NHOH, в нижнюю зону которого помещен барботер (10) сжатого воздуха, подачу аммиачно-воздушной смеси в реактор (3) ведут до достижения величины рН в пульпе 5-8. Величину рН измеряют и контролируют рН метром с помощью электродов, находящихся в штанге (23), соединенной с рН метром (24). При достижении в пульпе - в реакторе (3) заданной величины рН (в пределах от 5 до 8) на линии - трубопроводе (8) срабатывает запорный клапан (25), сопряженный с рН метром (24); подача аммиачно-воздушной смеси в реактор при этом прекращается. После этого для получения химически- однородной пасты оксигидрата циркония пульпу в реакторе (3) перемешивают 0,5-2 часа, и затем через патрубок нижнего слива (26) оксигидратную пульпу подают на нутч-фильтр-II (27), маточный раствор (раствор NHCl), направляют в сборник (28), откуда его отгружают потребителям.
2
Осадок оксигидрата циркония на нутч-фильтре-II (27) отмывают от маточного раствора дистиллированной водой и помещают сначала в сушильную камеру (4), а затем в прокалочную печь (5). Готовый целевой товарный продукт - высокочистый оксид циркония ZrO выгружают из прокалочной печи (5) в сборник (29) для охлаждения и последующей фасовки и отгрузки потребителям - для производства материалов специального назначения, например, материалов радиоэлектроники.