Метод за получаване на натриев ферат-4 - патентБългария 2149833 - Халемски А
Изобретението е предназначено за химическата промишленост и може да се използва при производството на окислители за обработка на руди, при пречистване на отпадъчни води от арсен, от отпадъчни цианиди. Приготвя се стопилката Na2SO4 и се излива в реактора. Поддържайте температура от 850-1100 o С регулиране на напрежението при промяна на тока. Като вещество, съдържащо желязо, се използва подвижен пакет от стоманени електроди. Сгъстен въздух се барботира през стопилката. ЕФЕКТ: Изобретението прави възможно получаването на натриев ферат-4 в промишлен мащаб, като се използват евтини суровини без дефицит. 3 табл., 3 ил.
Чертежи към патент България 2149833
Изобретението се отнася до химическата технология на неорганични вещества, по-специално до методи за получаване на железни съединения в степени на окисление над три, които могат да се използват например като алкални окислители при преработката на полиметални руди вместо основи, нитрати, хипохлорити, перманганати, пиролузит, пероксиди, персулфати и др., както и в редокс процеси от различно естество, например за третиране на отпадъци вода от арсен при производството на сярна киселина или от отработени цианиди при извличане на благородни метали.
Известен метод за производство на натриев ферат-4 чрез калциниране на натриев ферит Na2Fe2O4 при t = 400-600 o C с трикратен излишък от сода Na2CO3 в инертна атмосфера в продължение на четири часа, последвано от калциниране в продължение на един час в поток от кислород (патент на САЩ N 2835553, клас 23-50, оп. 1958).
Недостатъкът на този метод е неговата двуетапност поради необходимостта от предварително получаване на натриев ферит и произтичащата от това голяма продължителност (5-6 часа) на процеса. Използване на инертен газ иНепродуктивният излишък от скъпа сода също води, заедно с продължителността на процеса, до високата цена на ферат-4.
Известен е и метод за получаване на ферати на алкални метали, при който реакционна смес, състояща се от частици от елементарно желязо и натриев пероксид (Na2O4) в моларно съотношение 1:1,8-1:1,25, се нагрява при t до 500 o C за време, достатъчно за екзотермична реакция между реагентите за образуване на ферат на алкален метал, съдържащ четиривалентно желязо в аниона. Реакцията се провежда в отсъствието на свободен кислород, в атмосфера на инертен газ (US Pat. US N 4385045, C 01 G 49/00, 423-594, Appl. 26.02.81, public. 24.05.83, ISR N 1, 1984).
Недостатъкът на този метод е използването на натриев пероксид Na2O2, който не се произвежда в голям мащаб и има много висока цена. Използването на инертен газ също оскъпява процеса.
Известен метод за производство на натриев ферат-4, приет като прототип, включва калциниране на железен оксид с натриев пероксид или сода каустик при продухване на кислород при t o 400-700 o C (R.Scholder, Herm. S. 1013272, kl.12 n, V.26. 2. 1955, Ch. Zbl, 4, 1114, 1 95 8 години).
Недостатъкът на този метод е невъзможността за прилагането му в голям индустриален мащаб, тъй като натриевият пероксид Na2O2 не се произвежда в големи количества, той е оскъден и скъп. При използване на сода каустик производителността на процеса е много ниска поради ниската скорост на реакцията. Освен това содата каустик е скъп и оскъден продукт в сравнение например с калцинираната сода.
Общ недостатък на съществуващите методи за синтез на натриев ферат-4, включително прототипния метод, е липсата на технологични разработки за промишленото му производство поради основната причинаСледователно, слабо познаване на химичните свойства на приложението.
Проблемът, към който е насочено това изобретение, е разработването и създаването на евтин метод за промишлена технология за производство на натриев ферат-4, използвайки недефицитни натрий-съдържащи суровини с ниска цена, например, натрий-съдържащи отпадъци.
За решаване на проблема в метода за получаване на натриев ферат-4 чрез взаимодействие на натриево съединение с желязосъдържащо вещество в окислителна атмосфера, съгласно изобретението, натриевият сулфат се използва като натриевосъдържащо съединение в стопилката при t o = 850 - 1100 o C, когато през него преминава променлив ток с помощта на подвижен пакет от стоманени електроди.
Натриевият сулфат е страничен продукт от много индустрии, например от хромни съединения, който рядко се използва в промишлеността и употребата му е възпрепятствана от замърсяването му с шествалентен хром. Без предварителна обработка такъв "жълт" натриев сулфат се превръща в голям тонажен производствен отпадък, чието обезвреждане е изключително трудно поради високата му разтворимост под въздействието на валежите. Следователно използването на натриев сулфат като суровина за производството на натриев ферат-4 позволява да се елиминира вредното му въздействие върху околната среда и също така намалява производствените разходи, когато замества скъпите сода (каустик, калциниран) материали или натриев пероксид.
В процеса на получаване на ферат, натриевият сулфат, заедно с реакционните продукти, се поддържа в разтопено състояние в диапазона t o = 850 - 1100 o C, тъй като при по-ниски температури стопилката се втвърдява, а по-високите температури допринасят за разлагането на ферата. Необходимата температура на стопилката се поддържа чрез преминаванепрез него промишлен променлив ток с помощта на пакет от стоманени електроди. Тъй като стоманените електроди се използват като суровини за производството на ферат-4 при взаимодействие с разтопен натриев сулфат, за да се намали цената на процеса, като стоманени електроди се използва вторичен метален скрап (тръби, релси, ъгли, Т-образни греди и др.). Конструкцията на пакетите, както и броят на електродите в него, се изчисляват на базата на конкретна производителност, поддържане на стопилката в течно състояние и използваното входно промишлено напрежение (силови трансформатори).
Методът се осъществява по следния начин.
В началния период стопилката от натриев сулфат се приготвя отделно и се излива в електрическия реактор с включени електроди. Топилката се поддържа в температурен диапазон 850 - 1100 o C чрез регулиране на общото напрежение на електрическия реактор при промяна на тока. Едновременно с изливането на стопилката в електрическия реактор се подава сгъстен въздух под налягане, така че да се наблюдава бълбукане на въздух (бълбукане) през стопилката и се създава псевдокипене (движение на стопилката) в околоелектродното пространство.
В стопилката протичат няколко електрохимични и химични процеса.
1. Взаимодействие на стопен натриев сулфат с метално желязо Fe + Na2SO4 ---> Na2Fe2O4 + SO2.
2. Анодно разтваряне на желязо, последвано от окисляване 3. Електролиза на натриев сулфат Катод: Анод: Na2SO4 ---> SO4-2 ---> SO2 + 0,5O2.
4. Образуване на натриев ферат-4 в Na2Fe2O4 + Na2O2 + O2 стопилка ---> Na2FeO3 Така, при идеални условия, цялостният процес е превръщането на натриев сулфат и стоманени електроди в натриев ферат-4.
При разтоварване стопилката не се източва напълно, дозира се в останалата частреактор, количеството прахообразен натриев сулфат, докато се топи, за да се осигури непрекъснатост на процеса без спиране. Получената стопилка от натриев ферат-4 (смес от ферат-4, пероксид и натриев сулфат) може да се излее в реактор тип стопилка директно в течно състояние за преработка, например, хромитна руда вместо сода и пълнител, или също да се използва вместо сода (вече под формата на охладена и натрошена стопилка) в тамбурни пещи на "окислително калциниране" с пълнител (обикновено доломит). , варовик или съдържащи желязо оксидни отпадъци).
Газово-въздушната смес, съдържаща серен диоксид SO2, се препоръчва да се компресира и доставя като течен търговски продукт в резервоари до потребителите, особено в много химико-органични индустрии, а именно: фармакология - сулфопрепарати; почистващи препарати; повърхностно активно вещество; йонообменни смоли и др.
Газообразен и течен серен диоксид може също да се използва директно на място за производство на бихромати и хромов анхидрид вместо вносна сярна киселина.
Процесът за промишлено производство на натриев ферат-4 може да се извърши в устройства, които се различават по форма, производителност и инфраструктура за последваща употреба.
Някои от тях са показани в примерите на фиг. 1; 2; 3.
На фиг. 1 показва правоъгълен електрически реактор (600 х 500 х 700), изработен от магнезит и облицован отвън с лист от неръждаема стомана.
Последният е електрически заземен. Пакет от 20 електрода 1, които се използват като нестандартни (вторичен скрап) стоманени тръбопроводи 60 mm с дебелина на стената 10 mm, поставени в 4 реда (5 всеки) в отворите на азбестоциментовата плоча, която едновременно служи като капак 2 на електрическия реактор. В центъра на чинията ебарботиращ тръбопровод 3 60 mm за подаване на сгъстен въздух, обогатен с кислород. Изходните дюзи на барботера са огънати в една посока, за да придадат на стопилката въртеливо движение от струен поток от изходящ сгъстен въздух.
Електродите 1 се поставят в стопилката от натриев сулфат на дълбочина 500 mm. Първоначалното разстояние между електродите е 50 мм. В периода на тестовия пример той нараства до средно 60 mm в резултат на разтварянето на електродите.
Индустриалното променливо напрежение се подава чрез автотрансформатор само към най-външните редове от 5 електрода. Двата вътрешни реда са биполярни. Разтопен натриев сулфат в количество от около 160 kg се излива в електрически реактор с включени електроди с едновременно подаване на сгъстен въздух с кислород.
На фиг. 2 показва пример на пакет с потопен електрод, в който биполярната част е направена под формата на стоманен перфориран контейнер 1 с поставени в него стоманени чипове 2, смесени със скрап на бучки. Напрежението се прилага към два външни електрода 3, изработени от листова стомана с дебелина 20 mm. Електрическият реактор, в който се намира този електрически пакет, има, както на фиг. 1, правоъгълна форма. Дебелината на стената на перфорирания стоманен контейнер е 10-15 mm. Барботер 3 за такъв електрически реактор е направен под формата на рамка от заварени тръби с отвори за изход на сгъстен въздух, който е поставен на дъното на електрическия реактор.
На фиг. 3 показва цилиндричен електрически реактор, по периметъра на вътрешната стена на който има стоманени електроди, изработени от остарели Т-образни греди (може да се направи и от рециклиран скрап и други подходящи форми, например релси, ъгли и др.).
На фиг. 3 те са показани като паралелепипеди. В центърареактор 1 има барботиращ тръбопровод, от своя страна, поставен в няколко тръби, които са поставени една върху друга, така че общата дебелина на такава рамка (тръба в тръба) е 30-40 mm.
Тази рамка действа като втори електрод. Електрическият реактор на фиг. 3 няма биполярни електроди. Качеството на получения продукт - натриев ферат-4 - и в трите електрически реактора (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) практически се определя само от времето за реакция. Това може да се види от кинетичните стойности на съдържанието на сяра в стопилката (Таблица 1, Таблица 2, Таблица 3).
Предимствата на предложеното техническо решение в сравнение с известните са следните: 1. Разработена е индустриална технология за производство на натриев ферат-4. Това им позволява да заменят скъпите или дефицитни алкали и окислители, използвани в много химически и металургични индустрии, а именно: - преработка на илменитови и хромитни руди (вместо сода и окислители); - пречистване на отпадъчни води от арсен (вместо пиролузит); - в златодобивната промишленост за неутрализиране на отпадъчни цианидни разтвори вместо хипохлорити, което води до вторично опасно замърсяване на водата с тях.
2. Всички съдържащи натрий отпадъци от химическата и металургичната промишленост, например под формата на натриев сулфат, както и скрап от черни метали, се използват като основни суровини.
ИСК
1. Метод за получаване на натриев ферат-4 чрез взаимодействие на натриево съединение с желязосъдържащо вещество в окислителна атмосфера, характеризиращ се с това, че натриевият сулфат се използва като натриевосъдържащо съединение в стопилка при t = 850 o - 1100 o C, когато през нея преминава променлив ток с помощта на подвижен пакет от стоманени електроди.