Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
Вакуум-кристаллизационные установки
' Наиболее эффективным методом выделения сульфата железа ■из травильных растворов является вакуум-кристаллизация50. При остаточном давлении в кристаллизаторе 25—10 мм рт. ст. раствор.
Кипит при 5—10°. Охлаждение раствора достигается за счет его самоиспарения. Вакуум создается в аппаратах при помощи пароструйных эжекторов, в которых смешиваются пар высокого и низкого давлений. Применением многоступенчатых эжекторов повышается их коэффициент полезного действия и значительно сокращается расход пара. Другим способом сокращения расхода пара
Является ступенчатое испарение раствора при разных температурах.
В растворе, поступающем на кристаллизацию из травильных ванн с температурой 63—65°, содержится ~ 10% H2S04 и 18% FeS04. В кристаллизатор добавляют серную кислоту в количестве, необходимом Канализация Для получения маточного раствора с концентрацией ~23% H2S04. Получающийся маточный раствор содержит 6,9—7% FeS04. При этом на 1 т расходуемой на травление 76% - ной серной кислоты получается 8,7— 8,8 т травильного раствора, из которого испаряется при кристаллизации 0,73 г воды. Теоретический выход железного купороса на 1 т перерабатываемой кислоты равен 2,16 г. Вследствие потерь раствора с металлом, с парами воды и других, практический выход составляет 1,8—2 т.
Вакуум-кристаллизационные установки периодического действия позволяют выдерживать раствор в кристаллизаторе в течение любого времени. Их используют в травильных цехах небольшой производительности при расходе на травление металла до.2000 г 76%-ной серной кислоты в год. Каждый кристаллизатор рассчитывают на производительность, соответствующую годовому потреблению 500—750 т 76%-ной серной кислоты. Расход пара на эжек - цию составляет 0,825 г на 1 г железного купороса.
Рис. 195. Вакуум-кристаллизационная установка непрерывного действия: |
/ — мерник отработанного травильного раствора1 2-мерник серной кислоты; 3 — вакуум-кристалд:Г затор; 4 — главный эжектор первой ступени сжатия' 1 — главный конденсатор; 6, 7 и 8 — эжекторы второй, третьей н четвертой ступеней сжатия; 9 — про межуточный сдвоенный конденсатор; 10 — барометрический сборник; 11 — водоотделитель; 12 — конденсационный горшок; 13 — насос; 14 — сборник кристаллической пульпы; 15 — центрифуга. |
При непрерывном процессе вакуум-кристаллизации расход пара значительно сокращается. Он зависит от числа корпусов установки. В четырехкорпусной установке он составляет ~0,5 т на 1 т железного купороса. Однако установки непрерывного действия более сложны в эксплуатации. На рис. 195 показана схема одной из таких установок. Охлаждение раствора происходит в четырех последовательно соединенных кристаллизаторах. Кристаллизаторы
снабжены якорными или пропеллерными мешалками. Аппараты изготовляют из нержавеющей стали, их внутренняя Поверхность гуммируется для защиты от коррозии. Однако защитный слой резины сравнительно быстро изнашивается; эрозия вызывается перемешиванием.
Смесь отработанного травильного раствора и свежей серной кислоты охлаждается в первом корпусе от 60 до 40°, во втором — до 30°, в третьем — до 22° и в четвертом — до 10°. Пары из первого и второго корпусов поступают в главный конденсатор, разделенный по высоте на две части, работающие под разным давлением (45 и 34 мм рт. ст.), что позволяет эффективней использовать охлаждающую воду. В нижнюю часть конденсатора входит пар из первого корпуса, в верхнюю — из второго. Пары из третьего и четвертого корпусов вначале сжимаются до 34 мм рт. ст. в первой ступени сжатия в двух параллельно работающих эжекторах, а затем идут в верхнюю часть главного конденсатора. Несконденси - ровавшаяся часть пара, выходящая из основного конденсатора, после сжатия эжекторами второй ступени направляется последовательно на промежуточную конденсацию, затем на сжатие в третью ступень, на дополнительную конденсацию и, наконец, после сжатия в четвертой ступени выбрасывается в атмосферу. Выходящая из четвертого корпуса кристаллизационной установки пульпа поступает на центрифугирование для отделения железного купороса от маточного раствора.
За рубежом работают несколько установок, на которых выделенный из отработанных травильных растворов железный купорос подвергается термохимическому разложению; получающийся сернистый газ перерабатывают в серную кислоту.
Отработанные травильные растворы предложено52'53 перерабатывать в азотно-железистые удобрения аммонизацией их аммиаком или аммиачной водой. В результате реакции
FeS04 + 2Н20 + 2NH3 = (NH4)2S04 + Fe(OH)2
Получается суспензия, которая может содержать до 300 г/л сульфата аммония. Травильный раствор можно предварительно использовать для улавливания окислов азота из выхлопных нитроз- ных газов, а затем его аммонизировать.
Описан способ обработки кислого травильного раствора коксовым газом, содержащим NH3. Ион железа при этом окисляется кислородом с образованием магнетита, который отфильтровывают— остается раствор сульфата аммония54.