Результат интеллектуальной деятельности: Способ выделения из золы содержащихся в ней компонентов

Изобретение относится к способу выделения из золы, образующейся в результате сжигания органического топлива (уголь каменный или бурый, торф, лигниты, горючие сланцы, древесина, отходы животноводства, птицеводства, сельского хозяйства), содержащихся в ней компонентов SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и др.

Известен способ /SU 1668301, C01F 7/50, 1991/ переработки золы экибастузского угля, в котором золу от сжигания высокозольных углей прокаливают при +550-750°С в закрытом реакторе, после чего подвергают магнитной сепарации. Немагнитную фракцию обрабатывают фторидом аммония в количестве 100-120% от стехиометрически необходимого для фторирования оксидов кремния и алюминия при +300-600°С. Образующиеся газы: тетрафторсилан (SiF₄), аммиак (NH₃), фтороводород (HF) и пары воды абсорбируют в поглотителях с водой для получения диоксида кремния (SiO₂) и фторида аммония (NH₄F). Диоксид кремния отфильтровывают, а оставшийся раствор упаривают. Выделяющийся фторид аммония возвращают в цикл.

К недостаткам известного способа можно отнести, во-первых, его технологическую сложность, связанную с необходимостью использования высоких температур и, во-вторых, значительную нагрузку на окружающую среду, связанную с образованием большого количества (55% от исходного сырья) не утилизируемого отхода - магнитной фракции с низким содержанием оксида железа 8-10%.

Известен способ /RU 2324746, С22В 7/00, 2006/ разделения минеральной оксидной смеси на индивидуальные компоненты, который включает операции гидрофторирования при температуре 150-200°С с помощью фторида аммония, сублимационное отделение летучих фторидов при 350-400°С, пирогидролиз, выщелачивание из профторированной массы растворимых фторидов, аммиачное осаждение - нерастворимых гидроксидов, фильтрационное разделение, гидрохлорирование при температуре 200-250°С с помощью хлорида аммония. Предложенное изобретение позволяет разделить минеральное сырье на индивидуальные компоненты с возможностью повторного использования реагентов. Недостатком способа являются применение двух реагентов - фторида аммония и хлорида аммония и повышенные энергозатраты, обусловленные наличием технологических стадий с использованием повышенных температур.

Известен способ /RU2363742, С22В 7/00, 2008/выделения ценных компонентов из угольных золошлаков, который включает смешивание исходного сырья с реагентом, нагрев смеси, водное выщелачивание и выделение компонентов из растворов. В качестве реагента при смешивании используют фторид аммония, гидродифторид аммония или их смесь. Нагрев смеси проводят при температуре от 130 до 240°С для гидрофторирования. Из нагретой профторированной массы проводят сублимационное отделение фторидных летучих соединений при температуре 320-600°С с последующей десублимацией их на поверхности, температура которой 100-270°С, и разделением методом пирогидролиза путем обработки десублимата парами воды. Водному выщелачиванию подвергают остаток после гидрофторирования и сублимационного отделения. Нерастворимый остаток после водного выщелачивания подвергают сернокислотному выщелачиванию с последующим фильтрационным отделением нерастворимых сульфатов. Выделение компонентов из растворов сернокислотного и водного выщелачивания ведут методом аммиачного гидролиза. Технический результат заключается в возможности разделения золошлака на индивидуальные компоненты. Недостатком способа является получение одного из продукта - сульфата аммония, загрязненного гидрооксидом калия, а также энергетические затраты на выпаривание для получения сульфата аммония в твердом виде. Данный способ принят за прототип.

Целью настоящего изобретения является сокращение числа технологических стадий без образования побочных продуктов - сульфата аммония и энергозатрат.

Указанная цель реализуется в способе выделения из золы, содержащихся в ней компонентов, включающий смешивание золы с фторидом аммония - NH4F, нагрев смеси, выдержку в нагретом состоянии до завершения фторирования компонентов золы, смешивание профторированной смеси с водой и получением суспензии, фильтрование суспензии с получением раствора гексафторсиликата аммония -(NH₄)₂SiF₆ и нерастворившегося остатка, обработку фильтрата аммиачной водой для образования осадка SiO₂ и раствора NH₄F, отделение осадка SiO₂ от раствора NH₄F, направляемого на регенерацию, смешивание нерастворившегося остатка с водой и получением суспензии, фильтрование суспензии с получением раствора гексафторалюмината аммония - (NH₄)₃AlF₆ и гексафторферрата аммония - (NH₄)₃FeF₆ и нерастворившегося остатка, обработку фильтрата аммиачной водой с получением осадка - смеси гидрооксидов Al(ОН)₃ и Fe(OH)₃ и раствора NH₄F, отделение осадка - смеси гидрооксидов Al(ОН)₃ и Fe(OH)₃ от раствора N₄F, направляемого на регенерацию. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что смесь гидрооксидов Al(ОН)₃ и Fe(OH)₃ обрабатывают водным раствором гидразина - N2H4 с получением суспензии, состоящей из Al(ОН)₃, N₂, H₂O и осадка Fe₃O₄, который с помощью магнитной сепарации отделяют от гидрооксида Al(ОН)₃.

Изобретение поясняется примерами.

Пример 1.

Берем 100 г золы ТЭЦ-22 г. Москвы, содержащей (% масс.): SiO₂=56,72, Al₂O₃=24,22, Fe₂O₃=4,35, CaO=3,99, MgO=1,35, K₂O=2,01. Смешиваем ее с 350 г фторида аммония, выдерживаем смесь при +180°С в течение 2 часов, смешиваем профторированную смесь с водой и получаем суспензию, фильтруем с получением раствора гексафторсиликата аммония и нерастворившегося остатка. Раствор гексафторсиликата аммония обрабатываем водным раствором аммиака и получаем осадок диоксида кремния и раствор фторида аммония, направляемого на регенерацию.

Нерастворившийся остаток смешиваем с 1000 г воды и получаем суспензию, фильтруем с получением раствора гексафторалюмината аммония и гексафторферрата аммония и нерастворившегося остатка. Обрабатываем фильтрат 110 г 25% аммиачной воды с получением осадка - смеси гидрооксидов 37 г Al(ОН)3 и 5,73 г Fe(OH)3 и раствора NH4F, отделяем осадок - смесь гидрооксидов Al(ОН)3 и Fe(OH)3 от раствора N4F, направляемого на регенерацию.

В качестве гидразина используется технический гидразин-гидрат по ГОСТ 19503-88. Для безопасного проведения такой обработки берем 1% водный раствор гидразина. Гидразин очень удобен, поскольку одним из свойств гидразина является его взаимодействие с кислородом по реакции:

N₂H₄+O₂→N₂+2H₂O,

а для проведения этих реакций необходима безкислородная среда, поскольку свежеосажденный Fe3O4 может окисляться по реакции:

Fe3O4+0,25O2+4,5H2O=3Fe(OH)3.

Смесь гидрооксидов Al(ОН)3 и Fe(OH)3 обрабатывают 44 г водного раствора, содержащего 0,48 г гидразин-гидрата N2H4xH2O (количество гидразин-гидрата взято с 10% запасом по сравнению со стехиометрическим значением 0,44 г для удаления растворенного кислорода) и получают суспензию, состоящей из 37 г Al(ОН)3, 45,32 г H2O и 4,14 г осадка Fe3O4, который с помощью магнитной сепарации отделяют от гидрооксида Al(ОН)3. При этом выделяется 0,25 г N2. Эти взаимодействия описываются следующими реакциями:

2Fe(OH)₃+N₂H_{4 х} H2O →N₂+3H₂O+2Fe(OH)₂,

Fe(OH)₂+2Fe(OH)₃=Fe3O4+4H2O.

Затем с помощью магнитной сепарации отделяют 4,14 г осадка Fe3O4 от суспензии, из которой фильтрованием выделяют 57 г гидрооксида алюминия Al(ОН)3.

Таким образом, достигается цель изобретения:

- сокращение технологических стадий;

- выделение соединений алюминия и железа в виде их гидрооксидов Al(ОН)3 и Fe(OH)3 реализовано без образования побочных продуктов;

- снижение энергозатрат, поскольку стадия упаривания сульфата аммония отсутствует.