Разработка экстракционной технологии регенерации серной кислоты в производствах цветных металлов и диоксида титана

• Автор: Тюремнов, Александр Вадимович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Основные источники образования отработанных сернокислых

растворов

1.2 Термические методы регенерации.

1.3 Регенерация отработанной кислоты с использованием твердых

поглотителей

1.4. Очистка отработанных растворов высаливанием осадительный

способ.

1.5 Регенерация отработанных сернокислых растворов с помощью

окислителей.
1.6 Другие способы регенерации серной кислоты.
1.7 Экстракционные методы очистки.
я 1.8 Задачи и объект исследования
2. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСТРАКЦИИ СЕРНОЙ
КИСЛОТЫ ИЗ РАСТВОРОВ.
2.1 Основные вещества и методики проведения эксперимента
2.2 Методика построения равновесных кривых экстракции серной
кислоты и расчет экстракционных характеристик.
2.3 Экстракция серной кислоты из е чистых растворов
2.4 Механизм экстракции серной кислоты октанолами.
3. ЭКСТРАКЦИЯ КИСЛОТЫ ИЗ РАСТВОРОВ СОДЕРЖАЩИХ
СУЛЬФАТЫ МЕТАЛЛОВ
4. РАЗРАБОТКА ЭКСТРАКЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
РЕГЕНЕРАЦИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.
9 4.1 Экстракция серной кислоты из раствора обезмеженного
электролита ЦМ АО Комбинат Североникель ОАО КГМК
4.2 Экстракция серной кислоты из раствора гидролизной кислоты
производства диоксида титана АО Химпром.
4.3 Методика расчета экстракционной схемы с рециклом части
рафината и различным способом промывки.
5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
5.1 Опытнопромышленная установка ОПУ регенерации серной
кислоты из упаренных растворов цеха меди комбината Североникель.
5.2 Основное технологическое оборудование. Конструкция ящичного экстрактора типа смесительотстойник
5.3 Определение графической и аналитической зависимости высоты слоя эмульсии от удельной производительности отстойника
5.4 Участок регенерации серной кислоты экстракционным способом из гидролизной кислоты производства пигментного диоксида титана.
6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
8. ПРИЛОЖЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ
Процессы экстракции широко применяются при гидрометаллургической переработке цветных и редкометалльных руд, а также во многих других металлургических производствах. Использование экстракционного метода для регенерации серной кислоты из отработанных растворов металлургических производств достаточно широко описано в литературе. Однако, как и во многих других аналогичных случаях, при развитии промышленных экстракционных процессов образовался значительный разрыв между результатами исследовательских работ и практическим применением этих результатов. В данной работе сделана попытка показать реальную возможность исправления такой ситуации.
Актуальность


Иногда растворы нейтрализуют аммиаком и полученный фильтрат, в виде раствора сульфата аммония упаривают и используют как удобрение. Однако с ограниченным спросом на (№) этот способ не решает проблемы в целом. Регенерация кислоты из сернокислых растворов способом термического разложения всесторонне исследована и широко применяется при очистке отработанной серной кислоты и кислых гудронов нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, которые содержат -мас. НгЗС^ и 5- мас. Единственным технически приемлемым методом переработки таких растворов является их термическое расщепление [3]. На ряде предприятий бывшего СССР в своё время были созданы установки по переработке сульфата железа путем его термического разложения с получением товарной продукции — красного железооксидного пигмента и серной кислоты [4]. Утилизация ГСК для промышленных производств до сих пор представляет значительные трудности. Это объясняется как большим объёмом данного отхода (при переработке ильменитовых концентратов на 1 тТЮ2 получается до 5 м3 гидролизной кислоты), так и тем, что все известные методы переработки связаны с большими дополнительными затратами, которые лишь частично компенсируются стоимостью полученных продуктов. Наиболее практичным вариантом было бы возвращение ГСК в производственный цикл и следовательно сокращение её общего потребления [5]. Термический метод регенерации ГСК предполагает одноступенчатое (с до %) или двухступенчатое (до %) её концентрирование в аппаратах с погружным горением, освоенное на отечественных установках [6]. Однако увеличение концентрации Н более мас. Поэтому, как правило, ГСК концентрируется до - мас. Н. После фильтрации упаренная ГСК имеет следующий усредненный состав мас. Н-; Ге4Н-1,; 1^8О4-0,; ТЮ4-0,; А(4)з- 2,0; Мп8О4-0,; Н-остальное. Как отмечали авторы в работе [7], такая кислота может быть использована в основном только для производства фосфорсодержащих удобрений. Выделенный фильтрованием из упаренной ГСК осадок состава, мас. НсВоб. Ге4 - -; Ге2(4)з - 2-6 необходимо либо утилизировать, либо использовать, но применение этого отхода в промышленности крайне ограничено. Регенерацию отработанной серной кислоты с примесями сульфатов металлов предлагается проводить путем разложения сульфатов без промежуточного образования 2. После концентрирования в теплообменнике серной кислоты и сульфатов до состояния азеотропной смеси её переводят в безводные сульфаты и з в испарителе, обогреваемом топочными газами при температуре 0-°С. В работе [8] указывается, что после разложения сульфатов на з и при 0°С, серный ангидрид абсорбируют с получением концентрированной серной кислоты. В другом способе [9] разбавленные растворы серной кислоты с примесями Ре4 упаривают в две стадии. На второй стадии полученный концентрат смешивают с горячей -% серной кислотой при этом происходит испарение воды и осаждение солей металлов. В результате получают -%-ную Н, часть которой концентрируют до -% для использования в обороте на второй стадии. Авторы в работе [] предлагают отработанные сернокислые растворы, содержащие сульфаты, упаривать в аппаратах при непосредственном контакте сернокислых растворов и теплоносителя. В результате выпаривается -% воды без выпадения кристаллов Ыа. При охлаждении до 0°С степень извлечения сульфата натрия составляет -%. После обезвоживания и обессоливания отработанных растворов серную кислоту можно возвратить в технологический цикл. Известно достаточно много способов переработки сернокислых растворов, позволяющих извлекать из них ценные компоненты и проводить частичную или полную очистку серной кислоты от примесей. Используемая в процессе травления металлов серная кислота практически полностью выделяется в виде низкоконцентрированных травильных растворов, представляющих собой многотоннажный отход производства, требующий переработки с целью утилизации или регенерации кислоты. Регенерацию серной кислоты из травильных растворов проводят путем окисления Ре2+ до Ре3+. После чего кислотную смесь выпаривают для кристаллизации и осаждения Ре3+. Далее к полученному раствору прибавляют катионит для извлечения остаточного количества Ре3+.