PROBLEME ȘI METODE DE PROCESARE A CATALISTELOR VANADIU PROCESATE DE PRODUCȚIE A ACIDULUI SULFURIC
Prof. univ. Dr. Bezrukov I. Prof. KLEYN S.E. Prof. NABOYCHENKO S.S.
Universitatea Tehnică din Ural
Catalizatori vanadiului (VC) aplicate în producerea de acid sulfuric cu 1937 numărul lor pe fiecare plantă este determinată de performanță, r. E. Per 1 tona de acid cu eliberare zilnică trebuie să aibă un contactor 100 kg de catalizator conținând 10% v 2 din 5 [1 ].
Varietatea de materii prime și îmbunătățirile tehnologiei de producere a acidului și a VC au determinat utilizarea diferitelor tipuri de VC [2].
catalizator Bariu-aluminiu-vanadiu (BAV) corespunde formulei n V2 O5 · 12SiO2 · 0,5Al2 O3 · 2K2 O · 3BaO · m KCl și conține, în greutate. fracție,%: 8V205; 11K2O; 35SiO2; 28VaO; 4Al2O3.5C1 și alți 8 compuși.
Sulfonanadatul pe silicagel (SHS) conține, în greutate, fracție,%: 8 V2O5; 12K2O; 55-60 Si02; mai puțin de 3A1 203; 10-15-sulfați (în termeni de SO 3).
Catalizatorii de IR 1-6 (Catalysis Institute) conțin, în greutate, fracție,%: 9V205; 30K2S04; 55-60 Si02.
Catalizatorul cu strat fluidizat (CS) conține, în greutate, fracție,%: 7V205; 7K20; 4-6 Al2O3; 55-60 Si02; 16% - sulfați (în termeni de SO 3). În procesul de lucru, este zdrobit și îndepărtat sub formă de praf.
Durata de viață a catalizatorilor este de 1-2 ani pe rafturile superioare ale dispozitivului de contact și de 4-5 ani pe straturile inferioare. Reducerea activității catalitice se datorează tranziției de o parte considerabilă a vanadiului în stare tetravalentă și schimba structura porilor medie încălcând modul termic VC, și ca urmare a acumulării de otrăvuri de contact - arsenic, sulfat de fier (II), ceață de acid sulfuric, pierde o parte din vanadiu sub forma de volatile compușii formați cu anumite componente ale gazului în cazul unei purificări necorespunzătoare a gazului.
Catalizatori de vanadiu uzate (HVAC) conțin compuși foarte toxici sunt vanadiu bine solubili, acid sulfuric, arsenic și astfel încât acestea trebuie să fie eliminate în cimitire sigilate. Compoziția HVAC depinde de mulți factori, tipul de catalizator utilizat, de compoziția materiei prime, calitatea de curățare a gazelor, localizarea și durata șederii în aparatul de contact, durata și condițiile de depozitare după descărcare din unitatea de contact. Compoziția aproximativă a HVAC din regiunea Ural este prezentată în tabel.
Valoarea mare a componentelor principale ale HVAC este incontestabilă, iar utilizarea este eficientă. Lipsa procesării HVAC provoacă mari daune mediului în regiune, unde sunt adesea îngropate în încălcarea normelor sau chiar aruncate.
utilizare HVAC în industriile de bază de vanadiu - Chusovoy metalurgice și ONG „Tulachermet“ - este imposibil de stadiul pyro datorită conținutului ridicat de sulf și de potasiu și hidrometalurgie - din cauza acidității foarte mare. În plus, sărurile de potasiu vor fi pierdute iremediabil, iar transportorul aproape gata - silice.
În unele cazuri este posibilă restabilirea activității catalitice a HVAC prin operații destul de simple. De exemplu, în 1939, GK Boreskov și MA Guminskaya au propus să fiarbă sau să le arde cu diferite săruri de potasiu - K2CO3, K2Si03 sau KC1. Activitatea catalizatorului ca urmare a regenerării este semnificativ crescută, dar se dovedește a fi mai mică decât activitatea catalizatorului proaspăt. Prin urmare, în unele fabrici pentru producerea de catalizatori sunt adesea folosite ca HVAC de aditivi. O măsură mai radicală este de a extrage componente valoroase din HVAC și de a le folosi pentru a pregăti un catalizator proaspăt. Acest lucru este necesar în special pentru catalizatorul îndepărtat de pe rafturile superioare ale dispozitivului de contact.
In TSNIICHERMET NIIUIFe propus și tehnologia de prelucrare metalurgică HVAC [H], oferind HVAC ardere pentru îndepărtarea și eliminarea dioxidului de sulf, urmată de topirea într-un aliaj de vanadiu-siliciu cuptor electric și obține liant pe bază de oxizi ai metalelor alcaline sublimează și siliciu.
TP Sirina și TI Krasnenko [4] recomandă arderea HVAC și utilizarea dioxidului de sulf, apoi din reziduuri primește concentrat de vanadiu-calciu și din soluții se prepară îngrășăminte. Până în prezent, niciuna dintre aceste recomandări nu a fost implementată.
A propus mai multe tehnologii de prelucrare hidrometalurgică HVAC, dintre care unele au fost testate în scară pilot și chiar a construit atelier de lucru în Ucraina pe tehnologia propusă JV Vinarova co-lucrătorilor [5, 6]. Tehnologia sa dovedit a fi foarte complicată. Se asigură o leșiere primară de H 2 So 2M la 105-110 ° C și trei spălări apoase ale unui purtător insolubil. După uscare la 200 ° C și calcinare la 600 ° C, purtătorul este returnat la producerea unui catalizator proaspăt. Soluțiile acide conținând vanadiu sunt neutralizate cu amoniac la pH = 2,8 pentru cimentarea arsenului pe așchii de cupru pentru a se separa. Soluția purificată se neutralizează cu amoniac până la pH = 8,5, vanadiu este oxidat cu peroxid de hidrogen, la o temperatură de 90 ° C, a precipitat concentrat primar, care după uscare și calcinare a conținut 40% V2 O5. Se fierbe cu apă la J. T = 2 timp de 1 oră, se spală de două ori și se usucă. Produsul finit conține pentoxid de vanadiu 90%. Această tehnologie sa dovedit a fi neprofitabilă, deși vă permite să obțineți produse curate. Sulfatul de potasiu și de amoniu rezultat sunt adecvate numai ca îngrășăminte.
Conform datelor KA Kiselev și alții [7], Ukrmekhanobrom a testat încă două tehnologii. Tehnologia propusă de Institutul Central de Cercetare din fier și oțel face posibilă extragerea a 50-65% din vanadiu. Aceasta implică leșierea reductive în prezența metalic precipitarea fierului vanadiu tetravalent cu, oxidare vanadiu alcaline sau amoniac cu peroxid de hidrogen în pulpa, îndepărtarea impurităților, precipitarea hidrolitică a pentaoxid de vanadiu, uscare și calcinare acestuia. Vanadiul se pierde în stadiul de purificare a impurităților datorită formării de vanadate de fier, foarte puțin solubile. Utilizarea peroxidului de hidrogen ca oxidant (durează 2-3 exces ori) este greu de justificat economic.
In ILSA NAS RK (Almaty) a fost dezvoltat și implementat la tehnologia de reciclare „Vostokredmet“ HVAC [8] permite obținerea mărcii comerciale oxid de vanadiu și fertilizatori lichizi. În plus, aceleași [9] au propus două direcții pentru prelucrarea HVAC. Conform primului exemplu de realizare levigat: apă - sulfat de potasiu, acid sulfuric, o parte din „otrăvuri de contact“ soluție de hidroxid de potasiu într-o autoclavă - silice și oxid de vanadiu. Procesarea ulterioară a soluțiilor mamă este asigurată prin metode de sorbție sau de contact galvanic. Produsele finale sunt silice fibroase, oxid de vanadiu, sulfat de potasiu și îngrășăminte lichide de potasiu.
Numai prin tehnologii avantajoase din punct de vedere economic se poate rezolva problema utilizării HVAC. Prin urmare, recomandarea prelucrării aproximării la locul de CV și producția lor de a reduce dramatic costul materiilor prime, de căldură de proces, apă și, operații, cel mai important, va fi exclus, pentru a pregăti produsele finite pentru transportul și livrarea acestuia. Odată cu aceasta, tehnologia propusă ar trebui să fie fiabilă, simplă, cu un cost minim de materii prime.
Căutarea acestei tehnologii a fost efectuată la USTU-UPI [10, 11]. Pe baza compoziției HVAC și luând în considerare numeroasele studii de leșiere, apă a fost aleasă ca solvent. Atunci când interacționează cu apă pirosulfat de potasiu, se formează acid sulfuric, care promovează tranziția nu numai a sulfatului de vanadil, ci și a vanadiului parțial pentavalent. Deoarece vanadiul pentavalent este slab solubil în acizi, adăugarea unui agent reducător pentru vanadiu va crește recuperarea acestuia. Împreună cu aceste procese, sulfatul de potasiu trece în bisulfat, iar solubilitatea acestuia crește de cinci ori. Prin urmare, prima etapă levigare apoasă care urmează să fie efectuată într-o astfel respect J. T și temperatură la o soluție de vanadiu și maxim mutat virtual complet sulfat.
Pentru o spălare mai completă a purtătorului, se repetă operația de leșiere apoasă, dar filtratul este utilizat la prima scurgere.
Acidul rezultat (pH <1) почти насыщенный сульфатами раствор содержит до 20 г/л ванадия и большую часть (около 80 % находящегося в ОВК) мышьяка. Наиболее рациональный способ окисления ванадия в кислом растворе — это электролиз. Чтобы избежать возможности образования арсина (Нз Аs), рекомендована оригинальная конструкция трехкамерного электролизера. В нем две катодные камеры, заполненные 5 %-ным раствором сульфата калия, отделены от анодной ионитовыми мембранами типа МА-41. Анодом служит либо платиновая сетка, либо платинированный титан. Катоды из нержавеющей стали.
Acest mod de oxidare a vanadiului este economic. Ecologic, permite păstrarea în soluție a acidului și a sulfatului și permite precipitarea vanadiului prin încălzire simplă. Pentru a obține precipitat mai pură în soluția a fost însămânțată - cristalin pentaoxid de vanadiu și precipitare - cristalizare - a fost realizată la un pH scăzut = 1-1,5 pentru a precipita arsenicul nu este trecut în soluție sub formă de Hg AS0 4 nedisociat de acid arsenic.
Soluția alcalină este neutralizată la pH = 3 cu o soluție mamă acidă după separarea precipitatului de vanadiu. În același scop, se folosește catolitul uzat. Precipitatul rezultat conține hidroxizi și arzenați, adică principalele impurități nocive, precum și o cantitate mică de acid silicic. Dacă există mult sulfat de potasiu în acest depozit, acesta trebuie spălat cu apă caldă pe filtru. Se elimină o cantitate mică de precipitat care conține arsen.
Reziduurile soluției alcaline și cationul uzat sunt combinate cu o soluție de acid purificat pentru a transfera resturile de bisulfat de potasiu într-un sulfat de potasiu mult mai puțin solubil. Amestecul este apoi răcit și sulfatul de potasiu cristalizează, care este separat și utilizat pentru a prepara catolitul și catalizatorul proaspăt.
În acest caz, în cazul în care tehnologia este implementată departe de catalizatori de fabricație, pregătirea funcționare a soluției de impregnare poate fi înlocuit reziduu mume după uscare cristalizarea K 2 SO4. Reziduul solid rezultat este adecvat pentru prepararea unui catalizator proaspăt, iar condensatul va fi utilizat pentru leșiere în această tehnologie.
Schema tehnologică de bază este prezentată în Fig. 1. În general, tehnologia este practic nealimentată. Nămolul care conține arsen în formă de arsenat slab solubil este atât de nesemnificativ încât nu provoacă probleme de îngropare.
Fig. 2. Calcularea profilului financiar al proiectului întreprinderii
1. Boreskov GK Cataliză în producerea de acid sulfuric - M. Goskhimizdat, 1954.- p. 175.
2. Tehnologia catalizatorilor / Mukhlenov IP Dobkina EI Deryushkina V, I. Soroko V.E. - L. Chimie, 1989.
5. A. cu. 1162093 URSS. MKI IN 01 F 23/92. Metoda de extracție a V 2 O 5 din HVAC / Aut. din invenție. IV Vinarov, RG Yankelevich, OV Vladimirova, IV Pochinok .- Opobl. 05.23.90. Bull. 19.