способ получения хлорида бария из шлама после выщелачивания плава сульфида бария

Формула изобретения

1. Способ получения хлорида бария из шлама после водного выщелачивания плава сульфида бария путем взаимодействия солей бария, содержащихся в шламе, с хлоридом кальция и извлечения хлорида бария в раствор, отличающийся тем, что водную суспензию шлама обрабатывают жидкостью после второй стадии обработки шлама в присутствии диоксида углерода при 95-104^oС, разделяют полученную суспензию, направляют шлам на вторую стадию обработки дистиллерной жидкостью - отходом производства кальцинированной соды при вышеуказанной температуре, разделяют суспензию и направляют жидкость на первую стадию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при взаимодействии реагентов на обеих стадиях соблюдают принцип противотока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения водорастворимых солей бария из твердых отходов после водного выщелачивания плава сульфида бария и может найти применение в химической промышленности.

Известен способ получения хлорида бария из твердых отходов после выщелачивания плава сульфида бария, включающий взаимодействие водной суспензии твердых отходов с газообразным сероводородом для превращения кислоторастворимых соединений бария в водорастворимую форму, отделение нерастворимого остатка от жидкой фазы, содержащей гидросульфид бария, обработку раствора соляной кислотой и отдувку образовавшегося сероводорода из раствора хлорида бария (патент ФРГ 2034065, кл. 12 М 11/00, MКл. C 01 F, опубл. 05.11.72).

Недостатком известного способа является использование токсичного, взрывоопасного сероводорода. Для достижения степени извлечения бария кислоторастворимого из шлама 94,8% необходима пятикратная обработка шлама сероводородсодержащим газом, что является нетехнологичным.

Известен также способ получения хлорида бария из шлама после водного выщелачивания плава сульфида бария путем прокалки смеси шлама с хлоридом кальция и углеродсодержащим агентом при молярном соотношении хлорида кальция к барию, содержащемуся в шламе, 1,05-1,2:1. Массовая доля вводимого в смесь углерода составляет 4-16%. Смесь выдерживают в течение 10-60 мин при температуре 100-400^oС, с последующей прокалкой при 600-1100^oС и выщелачиванием продуктов водой.

При получении хлорида бария из шлама по вышеописанному способу степень извлечения бария составляет 87-93% (А.С. СССР 272290, Кл. 12 М 11/24, C 01 F, опублик. 03.06.70).

Данный способ является наиболее близким по технической сущности и выбран в качестве прототипа.

Недостатками способа-прототипа являются значительные затраты энергоресурсов (природного газа, электроэнергии) для проведения процесса взаимодействия шлама с хлоридом кальция при температуре 100-400^oС, а также необходимость использования дорогостоящих сырьевых компонентов хлорида кальция и кокса.

Целью предполагаемого изобретения является снижение энергозатрат и уменьшение расхода сырьевых компонентов.

Поставленная цель достигается в способе получения хлорида бария из шлама после водного выщелачивания плава сульфида бария путем взаимодействия солей бария, содержащихся в шламе, с хлоридом кальция и извлечения хлорида бария в раствор, при этом водную суспензию шлама обрабатывают жидкостью после второй стадии обработки шлама в присутствии диоксида углерода при 95-104^oС, разделяют полученную суспензию, направляют шлам на вторую стадию обработки дистиллерной жидкостью - отходом производства кальцинированной соды при вышеуказанной температуре, разделяют суспензию и направляют жидкость на первую стадию. Обработку проводят в две стадии, соблюдая при взаимодействии реагентов принцип противотока.

Отличительными признаками заявляемого способа являются обработка водной суспензии шлама в две стадии, на первой -жидкостью после второй стадии обработки в присутствии диоксида углерода, на второй - дистиллерной жидкостью - отходом производства кальцинированной соды, содержащим хлорид кальция, при температуре 95-104^oС и при взаимодействии реагентов соблюдают принцип противотока.

Из источников патентной и научно-технической литературы нами не обнаружены технические решения, имеющие сходные признаки с заявляемыми отличиями, на основании чего мы делаем вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна" и "существенные отличия".

Нашими исследованиями определены параметры технологического режима, а также установлена последовательность осуществления стадий процесса.

Водную суспензию шлама на первой стадии обрабатывают жидкостью после второй стадии обработки шлама в присутствии диоксида углерода и обработку шлама на второй стадии дистиллерной жидкостью ведут в интервале температур 95-104^oС, т. к. при более низкой температуре уменьшается степень извлечения бария в раствор за счет снижения скорости реакции. При температуре 104^oС реакционная масса вскипает и далее ее температура остается постоянной. На первой стадии шлам обрабатывают жидкостью, содержащей хлорид кальция, возвращаемой в цикл после вторичной обработки щлама. Одновременно проводят карбонизацию суспензии шлама газом, содержащим диоксид углерода.

Карбонизация необходима для удаления сульфидов из реакционной смеси:

BaS + CO₂ + H₂O = BaCO₃ + H₂S (1)

Хлорид бария образуется по реакции:

BaCO₃ + CaCl₂ = BaCl₂ + CaCO₃ (2)

Степень извлечения бария в раствор по заявляемому способу составляет 82-94%. Для достижения степени извлечения бария из шлама 82-94%, что находится на уровне данных, представленных в способе-прототипе, по заявляемому способу реакционную смесь достаточно нагреть до 95-104^oС, а по способу-прототипу процесс превращения в хлорид бария осуществляют сначала при 100-400^oС, а затем проводят прокаливание при 600-1100^oС.

Очевидно, что по заявляемому способу требуется значительно меньше энергетических затрат, чем по способу-прототипу. Кроме того, по заявляемому способу исключается расход твердого хлорида кальция и кокса, т.к. источником хлорида кальция является дистиллерная жидкость - отход производства кальцинированной соды. Исключается также применение воды для извлечения бария в раствор, т. к. по заявляемому способу процесс сразу ведут в гидрохимическом режиме в результате использования дистиллерной жидкости.

Способ осуществляют следующим образом.

В водную суспензию шлама после выщелачивания плава сульфида бария, содержащую в массовых долях 22-30% водо- и кислоторастворимых соединений бария в пересчете на BaS, вводят жидкость после вторичной обработки шлама с массовой долей СаСl₂ - 9,5-7,5%, ВаСl₂ - 1,5-5,0%, NaCl - 5,4-6,0%. Одновременно в реакционную смесь подают газ, содержащий диоксид углерода или суспензию шлама обрабатывают сначала диоксидом углерода, а затем вводят жидкость после вторичной обработки шлама.

Обработку проводят в реакторе при постоянном перемешивании массы и температуре 95-104^oС до получения pH суспензии 7,5-8. Газовую фазу, состоящую из сероводорода, остаточного диоксида углерода и водяных паров направляют на санитарную очистку.

Суспензию разделяют: раствор хлорида бария (8-10% ВаСl₂) подвергают переработке на кристаллический продукт, а шлам направляют на вторую стадию обработки дистиллерной жидкостью с массовой долей СаСl₂ - 9,5-10,5%, NaCl - 6,5-5,4%.

Дистиллерную жидкость подают в количестве, обеспечивающем коэффициент избытка хлорида кальция по отношению к сумме бария водо- и кислоторастворимого в шламе, равный 1,5, в расчете на две стадии обработки.

Вторая обработка шлама проводится при температуре 95-104^oС в течение 40-60 мин.

Затем суспензию разделяют, шлам направляют на обезвреживание, а раствор используют для обработки новой порции шлама на первой стадии.

Таким образом при 2-стадийной обработке шлама соблюдается принцип противотока.

Пример 1.

117,8 кг водной суспензии шлама выщелачивания сульфида бария, содержащей в массовых долях 25,7% водо- и кислоторастворимых соединений бария в пересчете на BaS, обрабатывают 302,6 кг жидкости после вторичной обработки шлама с массовой долей СаСl₂ 9,05%; NaCl 5,6%; BaCl₂ 1,8%.

Одновременно в реакционную смесь подают газ известковых печей содового производства с объемной долей СО₂ - 40%.

Обработку проводят в реакторе при постоянном перемешивании реакционной массы при температуре 98^oС до получения значения pH суспензии 7,5-8.

Газовую фазу, состоящую из сероводорода, остаточного диоксида углерода и водяных паров, направляют на санитарную очистку.

Суспензию разделяют. Получают 295,6 кг раствора хлорида бария, содержащего в массовых долях, %: ВаСl₂ 8,0; СаСl₂ 4,4; NaCl 4,3 и 70,4 кг влажного шлама. Раствор хлорида бария подвергают переработке на кристаллический продукт специальными методами.

Шлам суспендируют в 410 кг дистиллерной жидкости с массовой долей СаСl₂ 9,85%; NaCl 5,6%.

Вторую обработку шлама проводят при температуре 98^oС в течение 60 мин. Далее суспензию разделяют.

63,8 кг шлама, содержащего 14,6% водо- и кислоторастворимых соединений бария, направляют на обезвреживание, а 385,8 кг раствора, содержащего в мас. долях, %: СаСl₂ 9,5; NaCl 6,1; BaCl₂ 1,45, используют для первой обработки шлама.

Степень извлечения бария в раствор 83,6%.

Экономия твердого хлорида кальция на 1 т ВаСl₂. 2Н₂О - 0,8 т, Экономия кокса - 0,426 т. Уменьшение энергозатрат в 2 раза по сравнению со способом - прототипом.

Пример 2.

107,4 кг водной суспензии шлама после выщелачивания плава сульфида бария, содержащей в массовых долях 23% водо-и кислоторастворимых соединений бария в пересчете на BaS, карбонизуют диоксидом углерода, содержащимся в газе известковообжигательных печей до pH суспензии, равной 7. Газовую фазу, состоящую из сероводорода, остаточного диоксида углерода и водяных паров, направляют на санитарную очистку. Затем шлам обрабатывают 492 кг жидкости после вторичной обработки шлама с массовой долей, %: CaCl₂ 7,7; BaCl₂ 5,3; NaCl 5,4.

Обработку проводят в реакторе при постоянном перемешивании реакционной массы при 102^oС в течение одного часа. Суспензию разделяют. Получают 392,2 кг раствора хлорида бария, содержащего в мас. долях, %: ВаСl₂ 8,3; СаСl₂ 6,4; NaCl -5,8 и 55 кг влажного шлама.

Раствор хлорида бария подвергают переработке на кристаллический продукт специальными методами.

Шлам суспендируют в 508,5 кг дистиллерной жидкости с массовой долей СаСl₂ 9,3%; NaCl 7,2%.

Вторую обработку шлама проводят при температуре 102^oС в течение 60 мин. Суспензию разделяют. 41,7 кг шлама, содержащего 7,1% BaS водо- и кислоторастворимого, направляют на обезвреживание, а 441,8 кг раствора, содержащего в массовых долях, %: CaCl₂ 7,7; ВаСl₂ 5,3; NaCl 7,0, используют для первой обработки шлама.

Степень извлечения бария в раствор составляет 93,7%.

Экономия расхода твердого хлорида кальция 0,8 т, кокса 0,426 т на 1 т хлорида бария. Уменьшение энергозатрат - в 1,7 раза по сравнению со способом-прототипом.