способ получения фтористого водорода

Формула изобретения

1. Способ получения фтористого водорода, включающий сернокислотное разложение фторсодержащего материала алюминиевого производства при нагревании реакционной смеси, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства, определяют в составе используемых материалов содержание фторидов и оксидов металлов, а оптимальную дозировку серной кислоты рассчитывают по уравнению:

Q _H2SO4=(1,05÷1,15)×(1,4×Q_{криолита} +1,48×Q_{хиолита}+2,88×Q_Al2O3+1,26×Q _CaF2+

0,61×Q_Fe2O3): %H₂ SO₄:100,

где: Q_H2SO4 - оптимальное количество серной кислоты, кг/т фторсодержащего материала;

Q_{криолита} - количество криолита Na₃ AlF₆ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_{хиолита} - количество хиолита Na₅Al ₃F₁₄ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_Al2O3 - количество оксида алюминия Аl₂ О₃ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_CaF2 - количество фторида кальция CaF₂ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_Fе2O3 - количество оксида железа Fе₂O₃ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

%H₂SO₄ - содержание основного вещества в серной кислоте, % вес.;

(1,05÷1,15) - коэффициент, учитывающий необходимый и достаточный избыток серной кислоты;

100 - перевод процентного содержания Н₂SO₄ в серной кислоте в доли единицы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют пыль электрофильтров очистки отходящих газов электролитического производства алюминия и поддерживают весовое соотношение между количеством материала и 100% серной кислотой равным (0,72±0,04):1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют шлам газоочистки электролитического производства алюминия и поддерживают весовое соотношение между количеством материала и 100% серной кислотой равным (0,81±0,05):1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют хвосты флотации угольной пены и поддерживают весовое соотношение между количеством материала и 100% серной кислотой равным (3,00±0,45):1.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют электролитную угольную пену и поддерживают весовое соотношение между количеством материала и 100% серной кислотой равным (0,77±0,05):1.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют оборотный электролит и поддерживают весовое соотношение между количеством материала и 100% серной кислотой равным (0,63±0,04):1.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют флотационный криолит и поддерживают весовое соотношение между количеством материала и 100% серной кислотой равным (0,62±0,04):1.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего материала используют регенерационный криолит и поддерживают весовое соотношение между количеством материала и 100% серной кислотой равным (0,74±0,04):1.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве фторсодержащего материала смеси фторсодержащих отходов и продуктов весовое соотношение между смесью и 100% серной кислотой поддерживают исходя из весового содержания фторидов и оксидов в составе реакционной смеси.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что сернокислотное разложение фторсодержащих материалов проводят при косвенном нагреве реакционной смеси.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что сернокислотное разложение фторсодержащих материалов проводят при прямом нагреве реакционной смеси.

12. Способ по п.п.1, 10 отличающийся тем, что реакционную смесь нагревают до температуры 250÷300°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке вторичных фторсодержащих материалов электролитического производства алюминия и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, использующих газообразный фтористый водород или плавиковую кислоту.

Образующиеся при электролитическом производстве алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами натрий-фтор-углеродсодержащие отходы частично перерабатываются с целью извлечения из них ценных компонентов и получения вторичного фторсодержащего материала в виде флотационного, регенерационного криолита и возврата их в электролиз алюминия.

Происходящее в последние годы изменение технологии электролиза алюминия, связанное с переходом на кислые электролиты и снижением криолитового отношения с 2,7-2,8 до 2,2-2,3, привело к изменению баланса потребления фтористых солей. Если раньше при работе на щелочных электролитах в качестве первичных фторсолей использовались свежий криолит и фтористый алюминий, то в последние годы алюминиевые заводы полностью отказались от свежего криолита. Существующие технологии получения регенерационного и флотационного криолита обеспечивают производство щелочной продукции с криолитовым отношением 2,4-3,5, крупномасштабное использование которой в электролитическом производстве алюминия ограничено.

Кроме того, снижение криолитового отношения электролита алюминиевых электролизеров привело к тому, что в электролизерах начал нарабатываться избыточный электролит. Сырьем для его производства явились, в основном, фтористый алюминий, используемый для корректировки состава электролита, и оксид натрия, поступающий с глиноземом. Избыточный электролит сливается из электролизеров, кристаллизуется и образует еще один вид ограниченно востребованного фторсодержащего материала - оборотный электролит.

Кроме того, при электролизе алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами образуется значительное количество высокодисперсных фторуглеродсодержащих отходов в виде пыли элекрофильтров, шлама газоочистки, хвостов флотации угольной пены.

Таким образом, появляется избыток вторичных фторсодержащих материалов и высокодисперсных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, содержащих значительное количество фтора, а следовательно, и необходимость переработки или утилизации этих видов материалов, в том числе и в смежных отраслях промышленности.

Одним из направлений переработки этих фторсодержащих материалов является получение фтористого водорода.

Общепринятый и широко распространенный способ получения фтористого водорода - обработка фторсодержащего материала серной кислотой при нагревании реакционной смеси.

Известен способ получения фтористого водорода сернокислотным разложением плавикового шпата при 160-280°С, в котором реакционную массу после сернокислотного разложения подвергают термической обработке при 280-1000°С (предпочтительно при 700°С) (А.с. СССР № 176263, C01b, 1965 г. [1]). Основной недостаток известного решения - необходимость дополнительной высокотемпературной обработки реакционной массы для обеспечения увеличения выхода фтористого водорода и снижения расхода серной кислоты за счет возврата части ее обратно в процесс. Дополнительная термообработка требует дополнительного оборудования, увеличивает энергетические затраты и снижает технико-экономические показатели процесса.

Известен способ получения фтористого водорода, включающий сернокислотное разложение фторсодержащих продуктов, в котором в качестве фторсодержащих продуктов используют высокодисперсные отходы электролитического производства алюминия и выдерживают массовое соотношение между отходами и серной кислотой (0,65÷0,75):1 (патент РФ № 2110470, С01В 7/19, 1998 г. [2]).

По технической сущности, наличию сходных признаков это решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Известное решение позволяет перерабатывать высокодисперсные отходы электролитического производства алюминия, содержащие фториды с использованием сернокислотной технологии и получением фтористого водорода. К высокодисперсным фторуглеродсодержащим отходам производства алюминия относятся три основных вида отходов: пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации угольной пены.

Известная технология позволяет перерабатывать только часть фторсодержащих материалов алюминиевого производства, ограниченную высокодисперсными отходами. Кроме того, при переработке отходов не учитывается в полной мере компонентный состав перерабатываемого материала, что не обеспечивает точную дозировку серной кислоты в реакционную смесь. Это снижает эффективность процесса и требует дополнительных затрат для получения качественного продукта с высоким извлечением фтора из исходного материала.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса получения фтористого водорода.

Техническими результатами являются расширение сырьевой базы для производства фтористого водорода, утилизация вторичных фторсодержащих продуктов и отходов электролитического производства алюминия, оптимизация процесса сернокислотного разложения фторсодержащих материалов.

Технические результаты достигаются тем, что в способе получения фтористого водорода, включающем сернокислотное разложение фторсодержащего материала электролитического производства алюминия, в качестве фторсодержащего материала используют высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства, определяют в составе используемых материалов содержание фторидов и оксидов металлов, а оптимальную дозировку серной кислоты рассчитывают по уравнению:

Q_H2SO4=(1,05÷1,15)×(1,4×Q _{криолита}+1,48×Q_{хиолита}+2,88×Q _Al2O3+1,26×Q_CaF2+0,61×Q_Fe2O3 ):%_H2SO4:100,

где Q_H2SO4 - оптимальное количество серной кислоты, кг/т фторсодержащего материала;

О_{криолита} - количество криолита Nа₃АlF₆ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_{хиолита} - количество хиолита Na ₅Al₃F₁₄ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_Al2O3 - количество оксида алюминия Аl₂О₃ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_CaF2 - количество фторида кальция CaF₂ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_Fе2O3 - количество оксида железа Fе₂О₃ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

%Н₂SO₄ - содержание основного вещества в серной кислоте, % вес.;

100 - перевод процентного содержания Н₂SO₄ в серной кислоте в доли единицы;

(1,05÷1,15) - коэффициент, учитывающий необходимый и достаточный избыток серной кислоты.

При этом поддерживают следующие весовые соотношения между количеством фторсодержащего материала и 100% серной кислотой при использовании:

- пыли электрофильтров	(0,72±0,04):1
- шлама газоочистки	(0,81±0,05):1
- хвостов флотации угольной пены	(3,00±0,45):1
- электролитной угольной пены	(0,77±0,05):1
- оборотного электролита	(0,63±0,04):1
- флотационного криолита	(0,62±0,04):1
- регенерационного криолита	(0,74±0,04):1

При использовании в качестве фторсодержащего материала смеси фторуглеродсодержащих отходов и вторичных фторсодержащих продуктов весовое соотношение между смесью и серной кислотой поддерживают исходя из весового содержания фторидов и оксидов в составе реакционной смеси и концентрации серной кислоты.

Кроме того, сернокислотное разложение фторсодержащих материалов можно проводить как прямым нагревом топочными газами, так и косвенным нагревом реакционной смеси (без контакта с топочными газами). При этом реакционную смесь нагревают до 250÷300°С.

Сравнительный анализ предлагаемого решения с решением по ближайшему аналогу показывает следующее.

Известное решение и предлагаемое характеризуются сходными признаками:

- способ получения фтористого водорода;

- сернокислотное разложение фторсодержащего материала электролитического производства алюминия;

- в качестве фторсодержащего материала используют высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства;

- сернокислотное разложение фторсодержащего материала электролитического производства алюминия ведут при нагревании реакционной смеси.

Предлагаемое решение отличается от решения по ближайшему аналогу следующими признаками:

- в качестве фторсодержащего материала используют высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства и вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства;

- в качестве фторсодержащего материала используют вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства;

- определяют в составе используемых материалов содержание фторидов и оксидов металлов;

- оптимальную дозировку серной кислоты рассчитывают по уравнению:

Q _H2SO4=(1,05÷1,15)×(1,4×Q_{криолита} +1,48×Q_{хиолита}+2,88×Q_Al2O3+1,26×Q _CaF2+0,61×Q_Fe2O3): %H₂SO ₄:100,

где Q_H2SO4 - оптимальное количество серной кислоты, кг/т фторсодержащего материала;

О_{криолита} - количество криолита Nа ₃АlF₆ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

О_{хиолита} - количество хиолита Nа₅ Аl₃F₁₄ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_Al2O3 - количество оксида алюминия Аl₂О₃ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_CaF2 - количество фторида кальция CaF₂ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

Q_Fe2O3 - количество оксида железа Fе₂O ₃ в 1 тонне фторсодержащего материала, кг;

%H₂SO₄ - содержание основного вещества в серной кислоте, % вес.;

100 - перевод процентного содержания H₂SO₄ в серной кислоте в доли единицы;

(1,05÷1,15) - коэффициент, учитывающий необходимый и достаточный избыток серной кислоты.

При этом поддерживают следующие весовые соотношения между количеством фторсодержащего материала и 100% серной кислотой, при использовании:

- пыли электрофильтров	(0,72±0,04):1
- шлама газоочистки	(0,81±0,05):1
- хвостов флотации угольной пены	(3,00±0,45):1
- электролитной угольной пены	(0,77±0,05):1
- оборотного электролита	(0,63±0,04):1
- флотационного криолита	(0,62±0,04):1
- регенерационного криолита	(0,74±0,04):1

При использовании в качестве фторсодержащего материала смеси фторуглеродсодержащих отходов и продуктов весовое соотношение между смесью и 100% серной кислотой поддерживают, исходя из весового содержания фторидов и оксидов в составе реакционной смеси.

Сернокислотное разложение фторсодержащих материалов можно проводить как прямым нагревом топочными газами, так и косвенным нагревом реакционной смеси (без контакта с топочными газами) до 250÷300°С.

Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков решения по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Использование в технологии производства фтористого водорода традиционного вида сырья в виде концентрата плавикового шпата требует значительных затрат на подготовку исходного материала: добычу, измельчение и обогащение флюоритовой руды. Во всех случаях использования в качестве сырья концентрата плавикового шпата требуется дополнительный передел по обескремниванию (удаление тетратфторида кремния) получаемого фтористого водорода для обеспечения требуемого качества продукта. Недостаточно высоким является извлечение фтора в целевой продукт.

Известное решение (патент РФ № 2110470, С01В 7/19, 1998 г. [2]) по использованию высокодисперсных фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия для получения фтористого водорода сернокислотным разложением отходов также недостаточно эффективно, так как не охватывает весь спектр фторсодержащих материалов алюминиевого производства, не учитывает в полной мере компонентный состав перерабатываемого материала, не обеспечивает оптимальный расход серной кислоты, что снижает эффективность процесса.

В предлагаемом решении в качестве фторсодержащего материала используют высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства, при этом определяют в составе используемых материалов содержание фторидов и оксидов металлов, а оптимальную дозировку серной кислоты рассчитывают с учетом состава используемого материала по уравнению:

Q_H2SO4=(1,05÷1,15)×(1,4×Q _{криолита}+1,48×Q_{хиолита}+2,88×Q _Al2O3+1,26×Q_CaF2+0,61×Q_Fe2O3 ): %_Н2SO4:100, в котором количественно учитываются фтористые соединения и оксиды металлов, входящие в состав используемого материала и участвующие в процессе сернокислотного разложения.

В составе фторуглеродсодержащих отходов и вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства, таких как пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации угольной пены, электролитная угольная пена, оборотный электролит, флотационный криолит, регенерационный криолит, присутствуют, в основном, 5 соединений, участвующих в сернокислотном разложении: криолит Na₃AlF₆, хиолит Nа₅Аl₃ F₁₄, оксид алюминия Аl₂О₃, фторид кальция CaF₂, оксид железа Fе₂O₃ .

Качественный состав фторуглеродсодержащих отходов, образующихся в электролизерах с самообжигающимися анодами, и вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства на разных алюминиевых заводах практически одинаков. Количественный состав этих материалов изменяется в небольшом диапазоне. Усредненные составы некоторых вторичных фторсодержащих продуктов производства алюминия приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состав фторсодержащих продуктов производства алюминия
Материал	NaF	А1F3	CaF 2	MgF2	Аl2О3	Fе2 О3	Na2O	SiO2	Прочие
Оборотный электролит
	45,54	39,26	7,50	0,99	5,00	0,15	-	0,11	1,45
Флотационный криолит
	39,61	34,16	6,01	0,80	12,01	0,25	-	0,15	7,01
Регенерационный криолит
	53,47	35,65	0,50	0,30	1,96	0,11	1,21	0,14	6,66
Примечание. 1.Оборотный электролит представлен кусками неправильной формы, размером 0-150 мм; флотационный и регенерационный криолит - порошок со средним размером частиц 30-45 мкм. 2. Влажность всех материалов не превышает 1,5% вес. На практике составляет 0,5-1,0% вес.

Относительное постоянство состава позволяет, исходя из вида

фторсодержащего материала, конкретизировать оптимальную добавку серной кислоты для:

- пыли электрофильтров	(0,72±0,04):1
- шлама газоочистки	(0,81±0,05):1
- хвостов флотации угольной пены	(3,00±0,45):1
- электролитной угольной пены	(0,77±0,05):1
- оборотного электролита	(0,63±0,04):1
- флотационного криолита	(0,62±0,04):1
- регенерационного криолита	(0,74±0,04):1

Приведенные выше оптимальные соотношения (с учетом доверительного интервала) - фторсодержащий материал: 100% серная кислота - рассчитаны теоретически и экспериментально подтверждены в лабораторных условиях.

При использовании в качестве фторсодержащего материала смеси фторсодержащих материалов весовое соотношение между смесью и 100% серной кислотой поддерживают исходя из весового содержания фторидов и оксидов в составе реакционной смеси, с учетом оптимальных соотношений - фторсодержащий материал: 100% серная кислота, в рамках доверительного интервала.

Реакционную смесь нагревают, предпочтительно, до температуры 250÷300°С. Поддержание этого температурного интервала обеспечивает эффективное взаимодействие реагентов, не требует непроизводительного повышения энергетических затрат на реализацию процесса. Выбор конкретной температуры в рамках указанного интервала зависит от вида фторсодержащего материала, его гранулометрического состава, концентрации серной кислоты. При этом сернокислотное разложение фторсодержащих материалов можно проводить как прямым нагревом топочными газами, так и косвенным нагревом реакционной смеси. Косвенный нагрев реакционной смеси, без прямого контакта реакционной смеси с компонентами нагревателя и побочными продуктами нагревающего теплового потока обеспечивает чистоту получаемого фтористого водорода, предотвращает дополнительные затраты на его очистку от серной кислоты.

Использование наряду с высокодисперсными фторуглеродсодержащими отходами вторичных фторсодержащих продуктов алюминиевого производства позволяет увеличить концентрацию фтористого водорода в продукционном газе, снизить количество твердых продуктов разложения (печного отвала) благодаря более высокому содержанию фтора в оборотном электролите (50-53% F), флотационном (44-47% F) и регенерационном (44-49% F) криолите.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области выявил следующее:

1. Известен способ получения фтористого водорода взаимодействием фторида кальция с серной кислотой (патент ФРГ № 2544572, С01В 7/19, 1978 г. [3]). Природный плавиковый шпат перед обработкой серной кислотой измельчают до крупности не более 150 мкм и обрабатывают кислотой при температуре более 340°С.

2. Известен способ получения фтористого водорода сернокислотным разложением отработанной футеровки электролизера для производства алюминия при массовом соотношении футеровки и серной кислоты 0,25-0,33:1 при температуре не более 250°С (патент Англии № 2056422, С01В 7/19, 1989 г. [4]).

3. Известен способ получения фтористого водорода, включающий обработку плавикового шпата серной кислотой в количестве 105-110% от стехиометрически необходимого, содержащей фтористоводородную и кремнефтористоводородную кислоты, при 180-220°С, очистку фтористого водорода, его конденсацию и ректификацию, в котором обработку плавикового шпата ведут сначала при массовом соотношении плавикового шпата, серной кислоты, фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислоты и воды, равном 1:(0,25-0,60):(0,02-0,01):(0,01-0,07):(0,06-0,15) соответственно, а затем к смеси добавляют остальное количество серной кислоты, предпочтительно в виде олеума (патент РФ № 1621378, С01В 7/19, 1995 г. [5]).

4. Известен способ получения фтористого водорода и ангидрита, включающий разложение плавикового шпата фторсульфоновой кислотой на фторсульфонат кальция и фтористый водород с последующим разложением фторсульфоната кальция, в котором процесс разложения плавикового шпата проводят газофазной фторсульфоновой кислотой, а разложение фторсульфоната кальция - парами воды в интервалах температур 165,5-260°С, при этом фтористый водород, образующийся в процессе разложения плавикового шпата, направляют на дробную конденсацию и очистку, а газообразную фторсульфоновую кислоту, полученную при разложении фторсульфоната кальция, используют для разложения плавикового шпата (патент РФ № 2161121, С01В 7/19, C01F 11/46, 2000 г. [6]).

5. Известен способ получения безводного фтористого водорода с низким содержанием мышьяка и диоксида серы, включающий обработку плавикового шпата серной кислотой, конденсацию сырца фтористого водорода и его ректификацию, обработку полученного безводного фтористого водорода смесью солей перманганата калия и бифторида калия и ректификацию обработанной смеси, в котором для обработки плавикового шпата используют серную кислоту, предварительно обработанную водородом, а при обработке безводного фтористого водорода смесью солей их добавляют в количестве, обеспечивающем остаточное содержание на 1 т исходного HF перманганата калия 22-30 г, бифторида калия 33-44 г, при этом серную кислоту, используемую для обработки плавикового шпата, предварительно обрабатывают водородом (патент РФ № 2246444, С01В 7/19, 2005 г. [7]).

6. Известен способ получения фтористого водорода, включающий разложение плавикового шпата серной кислотой при нагревании, сернокислотную очистку образующегося реакционного газа и выделение целевого продукта из газовой смеси, в котором процесс разложения плавикового шпата проводят в печах внутреннего обогрева с прямоточной подачей топлива и сырья, полученный реакционный газ подвергают очистке олеумом, а выделение первого целевого продукта - безводного фтористого водорода из газовой смеси - осуществляют путем избирательной олеумной абсорбции фтористого водорода при температуре от -10 до +10°С с последующей его десорбцией при температуре 90-130°С и конденсацией. При этом отработанные растворы с предыдущих стадий направляют во вторую печь разложения плавикового шпата, реакционные газы из которой укрепляют на стадии последующей водной абсорбции несконденсировавшимся фтористым водородом со стадии десорбции с получением второго целевого продукта - плавиковой кислоты, при этом концентрация SO₃ в олеуме составляет 19-25 мас.%, а несконденсировавшийся фтористый водород подают в первую колонну водной абсорбции (патент РФ № 2287480, С01В 7/19, 2006 г. [8]).

7. Известен способ разложения фторапатита, заключающийся в том, что измельченное минеральное сырье подвергают обработке кислотой, в котором измельченный до размеров частиц менее 160 мкм фторапатит сушат от остаточной влаги, смешивают со стехиометрическим количеством измельченной пятиокиси фосфора, полученную смесь нагревают до температуры выше 170°С и обрабатывают газообразной фторсульфоновой кислотой, при этом газообразные вещества, образовавшиеся в результате реакции, - метафосфорную кислоту и фтористый водород - отбирают как товарный продукт, а на полученное твердое вещество - фторсульфонат кальция - воздействуют парами воды при температуре выше 170°С, причем полученные фторсульфоновую кислоту и фтористый водород используют в технологическом процессе разложения фторапатита, а твердое вещество - ангидрит представляет собой товарный продукт (патент РФ № 2214963, С01В 25/32, 2003 г. [9]).

В результате сравнительного анализа не выявлено технических решений, в которых в качестве фторсодержащего материала используют высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства; в составе используемых материалов определяют содержание фторидов и оксидов металлов, оптимальную дозировку серной кислоты рассчитывают по уравнению:

Q_H2SO4=(1,05÷1,15)×(1,4×Q _{криолита}+1,48×Q_{хиолита}+2,88×Q _Al2O3+1,26×Q_CaF2+0,61×Q_Fe2O3 ): %H₂SO₄:100.

При этом для каждого используемого вида фторсодержащего материала определены оптимальные весовые соотношения между количеством материала и 100% серной кислотой.

При использовании в качестве фторсодержащего материала смеси фторсодержащих материалов весовое соотношение между смесью и серной кислотой поддерживают, исходя из весового содержания фторидов и оксидов в составе реакционной смеси и концентрации серной кислоты.

Сернокислотное разложение фторсодержащих материалов можно проводить как прямым нагревом топочными газами, так и косвенным нагревом реакционной смеси (без контакта с топочными газами) до 250÷300°С.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемая технология осуществляется следующим образом.

Пример

Высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы и фторсодержащие продукты алюминиевого производства анализируют на содержание основных элементов (Na, Al, F, Ca, Fe) и по результатам рентгенофазового анализа рассчитывают содержание в них криолита (Q_{криолита}), хиолита (Q _{хиолита}), оксида алюминия (Q_Al2O3), фторида кальция (Q_CaF2) и оксида железа (Q_Fe2O3 ). Затем фторсодержащие отходы и продукты в количестве по 100 г каждого смешивают с 92% серной кислотой, количество которой рассчитывают по уравнению:

Q_H2SO4=1,1×(1,4×Q _{криолита}+1,48×Q_{хиолита}+2,88×Q _А12O3+1,26×Q_CаР2+0,61×Q_Fe2O3 ): %H₂SO₄:100.

Продолжительность смешивания реагентов во всех случаях одинакова и составила 10 мин. Полученные смеси помещают в печь сопротивления, нагретую до 290°С. Продолжительность выдержки реакционной смеси в печи во всех случаях составила 2 ч 30 мин с периодическим перемешиванием через каждые 30 мин в течение ~2 мин.

Охлажденные твердофазные продукты сернокислотного разложения взвешивают, измельчают и анализируют на содержание фтора. По количеству фтора в исходных фторсодержащих материалах и продуктах сернокислотного разложения рассчитывают извлечение фтора в газовую фазу.

Исходные данные и результаты опытов представлены в таблице 2.

Сравнение результатов сернокислотного разложения пыли электрофильтров по предлагаемому способу (опыт 2) с ближайшим аналогом (опыт 1) показывает, что предлагаемое решение обеспечивает оптимальную дозировку серной кислоты, повышает извлечение фтора в целевой продукт, снижает содержание фтора в печном отвале.

Использование предлагаемого технического решения значительно расширит сырьевую базу производства газообразного фтористого водорода или плавиковой кислоты. Причем вовлекаемые в производство сырьевые материалы - высокодисперсные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства и/или вторичные фторсодержащие продукты алюминиевого производства с ограниченным потреблением, по сути, являются накапливаемыми материалами электролитического производства алюминия. Эти виды материалов не требуют значительной дополнительной подготовки перед использованием, достаточно доступны как по количеству, так и по цене, что позволит снизить себестоимость товарного продукта (фтористого водорода) без снижения его качества.

Источники информации

1. А.с. СССР № 176263, C01b, 1965 г.

2. Патент РФ № 2110470, С01В 7/19, 1998 г.

3. Патент ФРГ № 2544572, С01В 7/19, 1978 г.

4. Патент Англии № 2056422, С01В 7/19, 1989 г.

5. Патент РФ № 1621378, С01В 7/19, 1995 г.

6. Патент РФ № 2161121, С01В 7/19, C01F 11/46, 2000 г.

7. Патент РФ № 2246444, С01В 7/19, 2005 г.

8. Патент РФ № 2287480, С01В 7/19, 2006 г.

9. Патент РФ № 2214963, С01В 25/32, 2003 г.