Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки твердых отходов производства кальцинированной соды аммиачным методом

Изобретение относится к способу переработки твердых отходов производства соды, который может найти применение в химической промышленности при решении экологических, технологических и экономических проблем содового производства.

В процессе производства кальцинированной соды образуется большое количество твердых отходов (250-300 кг на 1 тонну кальцинированной соды).

Дистиллерная жидкость (ДЖ) образуется после обработки фильтровой жидкости, содержащей хлористый аммоний, гидратом оксида кальция и сбрасывается в шламонакопители вместе с солями CaCl₂, NaCl и твердым остатком (шлам) без предварительной обработки.

Наиболее близким по совокупности признаков является получение вяжущего для белитового тампонажного цемента (см. А.с. СССР №1689321, кл. 3. E21B 33/138. Опубл. 24.10.1991. Бюл. №41) с использованием сырьевых компонентов в смеси: твердого остатка отходов содового производства 73-80%, кремнеземистой добавки 14-24%, хлорида кальция 3-6% и обжигом при температуре 1000-1100°C. Недостатками указанного способа получения вяжущего являются использование продуктов обжига только в одном направлении - получение вяжущего для белитового тампонажного цемента, а также проведение процесса в присутствии высокого содержания (3-6%) хлорида кальция CaCl₂ и при высокой температуре.

Задача изобретения - разработка способа переработки твердых отходов (кек) содового производства с получением вторичного сырья для производства соды.

Технический результат при использовании изобретения выражается в фильтрации ДЖ с использованием известных способов, отделении твердого остатка и обжига его с получением продуктов для содового производства.

Вышеназванный результат переработки твердых остатков (шлам) содового производства достигается тем, что твердый остаток, полученный фильтрацией ДЖ с использованием современных промышленных мембранных фильтр-прессов производства немецкой фирмы Andritz, состава, мас. %: карбонат кальция (CaCO₃) 38,4-40,0; гидрат оксида кальция (CaO⋅H₂O) 29,0-31,0; сульфат кальция (CaSO₄) 6,5-7,0; неактивные и нерастворимые в воде оксиды металлов (R₂O₃), а также оксиды тяжелых металлов и двойные, тройные оксиды кальция, магния, алюминия и кремния (5CaO⋅6SiO₂⋅5,5H₂O; 7CaO⋅5Al₂O₃⋅MgO; 3СаО⋅Al₂O₃⋅CaCO₃⋅11H₂O) 22,0-22,5; хлористый кальций (CaCl₂) 0,10-2,77; хлористый натрий (NaCl) 0,20-1,23, подают в печь обжига (состав приведен в расчете на сухой вес отхода производства). Обжиг твердого остатка ведут при температуре 900-950°C. При обжиге твердого остатка, полученного фильтрацией ДЖ, происходит разложение его с образованием соединений по следующей схеме:

CaCO₃→CaO+CO₂;

Са(OH)₂→CaO+H₂O;

CaSO₄→CaO+SO₂ (частично).

До настоящего времени твердые отходы содового производства не находят применения и накапливаются в шламонакопителях («белые моря»). Последние занимают сотни гектаров земельных угодий и наносят значительный экологический и экономический ущерб. Действующие производства кальцинированной соды постоянно нуждаются в новых площадях для размещения образующихся шламов (отходов содового производства). По прогнозу экспертов ООН уже в первой половине XXI века до 55% потребностей в природном сырье будут удовлетворяться за счет производственных отходов.

До настоящего времени разделение ДЖ на твердую фазу (шлам, кек) и осветленную часть происходило в шламонакопителях (за счет отстоя). Основное технологическое оборудование - современные мембранные фильтр-прессы - уже поставлены крупным производителем отдельных машин и целых систем оборудования немецкой фирмой Andritz.

Преимуществами предложенного изобретения при обжиге твердого остатка (кек) являются:

1) получение оксида кальция (негашеная известь), используемого в процессе выделения аммиака при действии известкового молока на хлористый аммоний;

2) получение углекислого газа в количестве 167 кг CO₂ на 1 тонну кека, который возвращается в процесс получения соды;

3) получение дополнительного количества оксида кальция в результате разложения гидроксида кальция при обжиге;

4) неразложившиеся оксиды металлов, включая оксиды тяжелых металлов, могут найти применение в дорожном строительстве и получении вяжущих материалов, применяемых в цементном производстве и т.д.

Способ поясняется следующими примерами:

Пример 1. В печь обжига (барабанная горизонтальная вращающаяся печь) подают отход содового производства (кек) (в пересчете на сухой остаток), полученный фильтрацией ДЖ состава, мас. %: карбонат кальция (CaCO₃) 38,4; гидрат оксида кальция (Са(OH)₂) 29,0; сульфат кальция (CaSO₄) 6,5; неактивные и нерастворимые в воде оксиды металлов (SiO₂, CaO, Mg), включая оксиды тяжелых металлов, двойные и тройные оксиды Са, Mg, Al и Si (5CaO⋅6SiO₂⋅5,5H₂O; 7CaO⋅5Al₂O₃⋅MgO; 3CaO⋅Al₂O₃⋅CaCO₃⋅11H₂O) 22,0; хлористый кальций (CaCl₂) 0,1; хлористый натрий (NaCl) 0,2.

Процесс осуществляется непрерывно при температуре 900-920°C в течение 2-3 часов и получают продукты обжига, мас. %: оксид кальция 50,66; углекислый газ 16,89; оксид магния 5,00; сульфат кальция 5,36; оксид кремния 2,42; хлористый натрий 0,11; неактивные оксиды тяжелых металлов, а также неразложившиеся двойные и тройные оксиды Са, Mg, Al и Si 19,50.

Пример 2. В условиях примера 1 в печь обжига подают кек, полученный фильтрацией ДЖ состава, мас. %: карбонат кальция 40,0; гидрат оксида кальция 31,0; сульфат кальция 7,0; оксиды металлов, включая оксиды тяжелых металлов и двойные и тройные соли Са, Mg, Al 22,5; CaCl₂ 2,27; NaCl 1,23.

Обжиг твердого остатка (кек) ведут при температуре 930-950°C. Получают продукты обжига, мас. %: оксид кальция 53,50; углекислый газ 17,60; оксид магния 5,30; сульфат кальция 5,82; оксид кремния 2,76; хлористый натрий 1,18; оксиды тяжелых металлов и двойные и тройные соли Са, Mg, Al 14,00.

Пример 3. В условиях примера 1 в печь обжига подают кек, полученный фильтрацией ДЖ состава, масс. %: карбонат кальция 39,20; гидрат оксида кальция 30,00; сульфат кальция 6,75; оксиды металлов, включая оксиды тяжелых металлов и двойные и тройные оксиды Са, Mg, Al, Si 21,25; хлорид кальция 1,18; хлорид натрия 0,71.

Обжиг твердого остатка (кек) ведут при температуре 940-950°C. Получают продукты обжига, мас. %: оксид кальция 52,21; углекислый газ 17,24; оксид магния 5,78; сульфат кальция 5,44; оксид кремния 2,59; хлористый натрий 0,68; оксиды тяжелых металлов и двойные и тройные оксиды Са, Mg, Al и Si 16,00.

Нерастворимый в воде осадок после обжига - оксиды тяжелых металлов и двойные и тройные оксиды Са, Mg, Al и Si - могут найти применение в дорожном строительстве, а также в цементном производстве для получения цемента и вяжущих материалов.