Очистка газів від фтору та його сполук.

 

Очищення від сполук фтору. Концентрація фтористих сполук у відведених газах промислових підприємств коливається в широких межах. Наприклад, у виробництві добрив вона становить 30-200 мг/м3, а при отриманні алюмінію може досягати ж 200 г/м3. Абсорбційні прийоми очищення дозволяють знижувати концентрацію сполук фтору в відведених газах в кращому випадку до 10-50 мг/м3. Конкурентне і більш глибоке очищення можуть забезпечувати хемосорбційні і іонообмінні методи. Найбільш доступними твердими хемосорбентами фториду водню є вапняк, алюмогелі, нефелінові сиеніти. Апаратурне оформлення процесів хемосорбційної очистки газів, що відходять, від фтористих сполук характеризується відносною простотою

Результатом реакції, здійснюваної при підвищених температурах (> 350 °С) і часу контакту 7, 6 с, є утворення на поверхні шматків вапняку (6-40 мм) фториду кальцію у вигляді пухкої оболонки. Насичений поглинач піддають грохоченню на ситі з розміром отворів 3,3 мм. Бідний по фториду кальцію надрешетний продукт грохочення (20-40 % CaF2) знову використовують для вилучення з газу HF, багатий подрешітний продукт (80-93 % СаF2) являє собою товарний флюорит. Обробка газу з концентрацією HF 0,58 % (об.) у зазначених умовах забезпечує 95 %-у ефективність його видалення: остаточний вміст HF складає 0,028 % (об.). Використання ряду іонообмінних матеріалів забезпечує більш тонку очистку. Зокрема, дослідно-промислові випробування фільтра, заповненого аніонітом ЛВ-17 х 8, показали можливість досягнення в очищених газах залишкових концентрацій фтору 0,5-1,3 мг/м3 при висоті шару іоніту 130-150 мм і лінійній швидкості газу з концентрацією 32 мг/м3 фтору - 0,32 м/с. Сорбційна здатність іонообмінних волокнистих матеріалів за HF може досягати 12 мг-екв на 1 г сухого сорбенту. Регенерація іонітів проводиться лужними розчинами (NaOH, NH4OH). Для поглинання тетрафториду кремнію використовують біфторид натрію.

Рисунок 5.45 - Схема установки для хемосорбції фториду водню вапняком:

1 - бункер; 2 - корпус контактного апарату; 3 - газорозподільний пристрій, 4 - пневматичний ежектор

 

Очищення газів від фторсод. соед. HF, SiF4. при електролітичному про-ве Al і при переробці природних фосфатів в фосфорні добрива.

абсорбція водою. Фторид водню і тетрафторид кремнію добре розчинні у воді. При розчиненні HF у воді протікають реакції гідратації і дисоціації його розчинених молекул:

O + HF 0 ++ F-, HF +, + HF

Тетрафторид кремнію розчиняється у воді з утворенням кремнефтористоводородной кислоти:

SiF4 + 2H20-4HF + Si02, 4HF + 2SiF4-2H2SiF6, 3SiF4 + 2H2O-2 Si + SiO2.

Насправді механізм абсорбції складніший. Рівноважний тиск SiF4 над розчинами H2SiF6 при невеликих концентраціях розчину мало. При концентрації H2SiF6 вище 32% тиск SiF4 різко зростає, і він практично не вловлюється водою. Введення в розчин добавок у вигляді солей і лугів сприяє більш глибокому очищенню газів. У промисловості при абсорбції SiF4 зазвичай отримують 10-22% -й розчин H2SiF6. Процес проводять в розпилюють, насадок, тарілчастих колонах і скрубберах Вентурі. Ступінь очищення газів досягає 90-95%. Для досягнення більш глибокого очищення застосовують двоступеневі системи очищення.

Розроблено процес очищення фторовмісних газів виробництва екстракційної фосфорної кислоти в багатостадійному протівоточном горизонтальному абсорбере. Після очищення концентрація фтору в відпрацьованих газах становить 0,013 г / м3, т. Е. В абсорбере досягається високий ступінь очищення. Основний недолік процесу полягає в неможливості отримання концентрованої H2SiF6.

При абсорбції фтористих газів вапняним молоком виходить забруднене фтористий кальцій. На практиці здійснено процес уловлювання фтористих газів розчином, що містить амонійні солі (карбонат, гідрокарбонат і фторид амонію). У процесі абсорбції протікають наступні реакції:

2HF + (NH4) 2CO3 > 2NH4F + CO2 + H2O,

HF + NH4HCO3 > NH4F + CO2 + H2O,

HF + NH3 > NH4F, SiF4 + 2NaF > Na2SiF6.

Газ, сприяння з. фтористі з'єднання і частинки пилу, поступ. в абсорбер, де його обробляють циркулює амонійний розчином, що містить розчинений фторид натрію («3,5% NaF), карбонат і гідрокарбонат амонію, аміак і фторид амонію. Основна кількість газу абсорбується в першому абсорбере, у другому відбувається доочищення. Очищений газ проходить сепаратор і видаляється в атмосферу. Абсорбційний розчин після першого абсорбера надходить до збірки, а потім в осаджувальні баки, де відділяється нерозчинна фосфатна пил. після вакуум-фільтра фільтрат надходить в реактори з мішалкою, куди подають соду. реакції:

2NH4F + Na2CO3 > (NH4) 2CO3 + 2NaF,

(NH4) 2CO3 + H2O-NH4OH + CO2 NH4OH-NH3 + H2O

Фторид натрію відстоюють, фільтрують і сушать.

Для абсорбції фтористих газів можна використовувати розчин поташу, насичений фторидом натрію (карбонатно-калійний спосіб):

2HF + K2CO3-> 2KF + CO2 + H2O, 2KF + Na2CO3-> 2NaF + K2CO3.

Після відділення осад NaF є товарним продуктом, а матковий розчин повертають на абсорбцію фтористих газів.

У фторалюмінатном процесі фторид водню вловлюють водним розчином, що містить від 0,5 до 6,0% фториду алюмінію. При цьому відбувається утворення комплексної сполуки змінного складу - фторалюмініевой кислоти:

mHF + AlF3 = HmAlF (m + 3)

З розбавлених газів отримують фторалюмініевую кислоту, яка містить 3-7% загального фтору. Частина цієї кислоти нейтралізують гідроксидом алюмінію з отриманням фториду алюмінію, який повертають на абсорбцію фтористих газів. Другу частину переробляють на кріоліт Na3AlF6.

Якщо в газах присутній елементний фтор (ПДКмр = 0,2 мг / м3), То використовують 5-10% -й розчин їдкого натру при 38-65 ° С. Слід уникати застосування розчинів концентрацією менше 2%, оскільки при цьому утворюється надзвичайно отруйний оксид фтору (F2O). Це з'єднання утворюється в разі, якщо час контакту газу з лугом становить близько 1с, тому рекомендується тривалість контакту близько 1 хв, протягом якого фтор реагує з лугом з утворенням фториду натрію:

F2 + 2Na0H = l / 2O2 + 2NaF + H2O

Фторид натрію має обмежену розчинність в лужних розчинах. Його присутність призводить до утворення пробок в трубопроводах та ерозії обладнання, крім того, він токсичний і не може бути виведений з системи без подальшої обробки. Виходячи з цього, розчин обробляють вапном (з регенерацією утворюється лугу): 2NaF + CaO + H20 > CaF2 + 2NaOH.

Інший метод видалення елементного фтору з газів, що відходять -сжіганіе його з вуглеводнями або з воднем для отримання HF, який потім абсорбують водою. Утворюється в процесі водної абсорбції кремнефтористоводнева кислоту переробляють в кремнефторіди і фториди, включаючи плавиковий кислоту. Основними домішками H2SiF6 є гель SiO2, P2O5, з'єднання заліза і SO3, які ускладнюють переробку. Наїб. важливими продуктами переробки H2SiF6 фторид алюмінію, кріоліт, кремнефторіди, синтетичний фторид кальцію. Отримання фториду алюмінію:

H2SiF6 + 2Al (OH) 3 = 2AlF3 + SiO2 + 4H2O.

Утворений кремнегеля відокремлюють фільтруванням, а растворA1F кристалізують і кристали A1F3-3H2O прокаливают при 550- 600Т.

При очищенні фторосодержащих газів складну проблему представляє вибір конструкційних матеріалів для абсорберов. Зазвичай їх виготовляють або з дерева з дерев'яною латами, або з листів пластмаси. Можна також використовувати графіт або нікель і його сплави. Утвориться плівка фториду нікелю захищає метал від подальшої корозії.

Більш глибоке очищення можуть забезпечувати хемосорбціонние і іонообмінні методи. Найбільш доступними твердими хемосорбентом фториду водню є вапняк, алюмогели, нефелінові сиеніти, фторид натрію. Апаратурне оформлення процесів хемосорбціонних очищення газів, що відходять від фтористих сполук характеризується відносною простотою (рис. 1-44). Результатом реакції, що здійснюється при підвищених температурах (> 350 ° С) і часу контакту 7,6 с, є утворення на поверхні шматків вапняку фториду кальцію у вигляді пухкої оболонки. Обробка газу з концентрацією HF 0,58% (об.) В зазначених умовах забезпечує 95% -у ефективність його видалення: залишковий вміст HF становить 0,028%

Використання ряду іонообмінних матеріалів обеспеч. більш тонке очищення. Зокрема, дослідно-промислові випробування фільтра, заповненого анионитом АВ-17х8, показали можливість досягнення в очищаються газах залишкових концентрацій фтору 0,5-1.3 мг / м3 при висоті шару іоніту 130-150 мм і лінійної швидкості газу, що містить 32 мг / м3 фтору, 0,32 м / с. Сорбційна здатність іонообмінних волокнистих матеріалів по HF може досягати 12 мг-екв на 1 г сухого сорбенту. Регенерація іонітів проводиться лужними розчинами (NaOH, NH4OH). Для поглинання тетрафторида кремнію використовують бифторид натрію.