Процессы получения фторида водорода из фторсодержащих отходов алюминиевой промышленности

• Автор: Петлин, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 .Сырьевая база фторидных производств

1.2.0сновные способы получения фторида водорода

1.3 .Классификация и причины образования фторсодержащих отходов

алюминиевой промышленности

1.4.0сновные способы переработки фторсодержащих отходов алюминиевой

промышленности

1.5.Обоснование цели и задач исследований

Глава 2. Материалы, оборудование, методы исследования, синтеза и
расчетов
2.1. Материалы и реактивы
2.2. Приборы и методы анализа
2.3. Методика проведения расчетов и исследований
2.3.1. Термодинамические расчеты
2.3.2. Кинетические исследования
2.3.3. Методика проведения исследований по определению оптимальной
температуры обжига фторсодержащих отходов
Глава 3. Исследование процесса производства фторида алюминия
3.1.Термодинамический расчет сернокислотного разложения флюоритового концентрата с добавкой фторида натрия
3.2.Исследование кинетики процесса сернокислотного разложения флюоритового концентрата с добавкой фторида натрия
3.3.Идентификация продуктов сернокислотного разложения флюоритового концентрата с добавкой фторида натрия
3.4. Апробация процесса сернокислотного разложения флюоритового концентрата с добавкой фторида натрия
3.5.Выводы к главе 3...,

Глава 4. Исследование процесса получения фторида водорода из
фторсодержащих отходов производства металлического алюминия
4.1 .Удаление углеродной составляющей из фторсодержащих отходов
4.2.Термодинамический расчет сернокислотного разложения
фторсодержащих отходов
4.3 .Исследование кинетики процесса сернокислотного разложения фторсодержащих отходов
4.4. Апробация процесса сернокислотного разложения фторсодержащих отходов
4.5.Технико-экономическое обоснование технологии получения фторида водорода из фторсодержащих отходов
4.6. Выводы к главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Список использованной литературы

Введение
Актуальность работы. Являясь одним из основных потребителей минерального фтористого сырья, алюминиевая промышленность несет потери фтора, в размере около 80 тыс. тонн в год в виде твердых, жидких и газообразных отходов [1].
Потребление плавикового шпата предприятиями алюминиевой промышленности обусловлено необходимостью синтеза искусственного криолита и фторида алюминия, используемых в процессе электролиза металлического алюминия [2]. Технологический цикл производства фторида алюминия на отечественных предприятиях осуществляется через стадию получения фтористоводородной кислоты сернокислотным разложением плавикового шпата с последующим взаимодействием с гидроксидом алюминия [3].
Данная схема не позволяет комплексно использовать сырье, продуцируя тем самым большое количество отходов производства [4]. Одним из таких отходов является фторид натрия, образующийся на участке очистки плавиковой кислоты.
Кроме стадии синтеза фтористых солей основным источником образования фторсодержащих отходов является сама технология металлического алюминия. В результате работы системы очистки анодных газов, выделяющихся в процессе электролиза, образуются фторсодержащие отходы, такие как пыль электрофильтров и шлам газоочистки, которые складируется на шламонакопителях без перспектив дальнейшей переработки, при этом содержание фтора в таких отходах достигает 25 % мас. [1].
В то же время в России наблюдается устойчивый дефицит потребления фтористого минерального сырья, перекрываемого российскими источниками лишь на 55...60 % [5]. Низкое качество российской минерально-сырьевой базы плавикового шпата не позволяет наладить в необходимых объемах добычу сырья и производство плавиковошпатовой продукции [6].

Теплоты фазовых переходов вычислялись как площадь под измеренным пиком согласно норме ISO 11357-1 DIN 51007.
Теплоемкости образцов измеряли методом дифференциальной сканирующей калориметрии согласно норме ASTM Е 1269 (стандарт-синтетический сапфир) [106-108].
Теплота перехода вычисляется как площадь под измеренным пиком:
(2.1)
АН = | (HeatFlow-Cp • p)dt
Тип базовой линии для определения энтальпии - тангенциальная пропорциональная площади.
Для расчета эффективной энергии активации был выбран один из аппроксимационных методов, поскольку разложение твердых веществ является топохимической реакцией, протекающей со скоростью, сложно изменяющейся во времени. Расчет кинетических параметров проводили по обобщенному кинетическому уравнению Ерофеева - Колмогорова:
1-а=ехр(-ктт), (2.2)
где ш - кинетический параметр, величина которого позволяет различать кинетическую область протекания реакций (т>1) и диффузионную (т<1); к-константа скорости реакции.
Если учесть, что гп при разложении вещества остается постоянной то, приняв к = к0е~ЕЖТ, уравнение (1) можно записать:
- 1п(1—сх) = -ктт = кОехр ( -Е/11Т)тт, (2.3)
Прологарифмировав, продифференцировав для случая линейного нагрева и решив уравнение (2) относительно Е, получаем:
(2.4)
Е =.„а-л ~
Если обозначить Е= Ео - тК.Т, т.е. энергия активации - результат разности двух ее составляющих, и принять, что в некотором интервале от Т1 до Т2 энергия активации неизменна, то внутри этого интервала можно оценить величину кинетического параметра т: