Курсовая работа: Способы очистки газообразных выделений при электролизе алюминия
На заводах, расположенных в местах с жарким и сухим климатом прямая утилизация отработанного раствора от скрубберов иногда практикуется с помощью откачки сточных растворов в бассейны - солнечные испарители. В данной концепции отвода стоков используются башни - оросители для поглощения SО2 . Для снижения потерь воды от испарения концентрация отводимой жидкости контролируется, обеспечивая содержание растворенного сульфата натрия 10% масс., а рН поддерживается в пределах 7-8. Этот способ требует по меньшей мере стехиометрической добавки щелочи перед утилизацией для того, чтобы избежать повторного выброса двуокиси серы в атмосферу при испарении.
Прибрежные заводы могут использовать морскую воду для удаления фтористого водорода и диоксида серы. Морская вода слегка щелочная, имеет рН 8 и содержит 2.3 мг/л щелочи вследствие наличия бикарбоната. Поглощение и нейтрализация идут по реакциям :
SO2 (г) + HCO- 3 (p-p) = HSO- 3 (p-p) + СО2 (г)
и
HF(г) + HCO- 3 (p-p) = F- (р-р) + H2 O(ж) + СО2 (г)
Насыщение раствора кислородом приводит к тому, большая часть сульфита окисляется до сульфата до утилизации. Для обеспечения полного окисления может использоваться активация. Сброс слабокислых сточных морских вод в океан осуществляется достаточно широко, поскольку безвреден для местной морской среды. Морская вода уже содержит сульфатные и фтористые ионы как природные составляющие.
1.1.3 Извлечение уловленных фторидов из растворов мокрой газоочистки
Процессы производства из растворов мокрых скрубберов разработаны как для получения фтористого алюминия, так и криолита. Эффективность производства фтористого алюминия может достигать 60%, если мокрая газоочистка осуществляется после удаления твердой пыли с помощью электрофильтров. Водный раствор фтористого водорода реагирует с гидроокисью алюминия по реакции:
3HF + Al(OH)3 = AlF3 *3H2 O
После кристаллизации гидратированный фтористый алюминий сушится при температуре 500О С с образованием 95% чистого безводного продукта. Раствор реагирует с сульфатом алюминия с образованием криолита согласно реакции:
12NaF + Al2 (SO4 )3 = 2Na3 AlF6 + 3Na2 SO4
Поскольку это реакция количественного определения, образованные в ее результате продукт всегда будет загрязнен сульфатом. Другим ее недостатком является то, что количество произведенного криолита всегда далеко превосходит его потребление производителями, снижая таким образом экономическую выгоду.
1.1.4 Эффективность мокрой газоочистки
Оборудование для мокрой газоочистки современной конструкции очень эффективно для улавливания фтористого водорода и материала в виде крупных частиц даже при падении давления в системе газосбора. Однако удаление субмикронных фторидных частиц значительно более сложно, и это также приводится как сравнение сложности конструкций систем газоочистки.
Эффективность улавливания фторидов мокрыми скрубберами становится выше, если очищается газ, отходящий от электролизеров Содерберга. Конструкция электролизеров с верхним токоподводом в этом плане особенно удачна, поскольку большинство фторидов выделяется в виде легко улавливаемого фтористого водорода. Более того, гранулометрический состав содержит повышенную долю крупных частиц, чем сравнимая пыль из электролизеров с обожженными анодами.
Выбор подходящих коррозионно устойчивых конструкционных материалов для электролизеров с мокрой газоочисткой приобретает особое значение вследствие высокой концентрации газовых компонентовна выходе. Они выше чем в корпусных газах в 10-1000 раз, тогда как концентрация в жидкой фазе также соответственно выше. Корпуса скрубберов обычно выполняются из фибергласса или бетона, футеруются полимерными смолами. Наиболее предпочтительным материалом для различных внутренних компонентов скруббера является термопластик.
1.2Сухая газоочистка
Из предыдущего обсуждения видно, что мокрая газоочистка имеет ряд присущих ей недостатков. К ним относятся:
· или низкая эффективность улавливания, или высокие потери давления, приводящие к повышенному расходу энергии
· серьезные проблемы коррозии, связанные с наличием агрессивных составляющих выбросов и растворов газоочистки
· лишь небольшое количество фтора восстанавливается в форме, приемлемой для возврата в электролизеры
· проблемы утилизации отводимых и загрязненных растворов
Поэтому процесс сухой газоочистки, основанный на хемосорбции газообразного фтористого водорода глиноземом стал более популярным, хотя он и не удовлетворяет всем критериям идеальной системы. Одним из наиболее крупных его недостатков является рециркуляция примесей, что приводит к уменьшению выхода по току и снижению качества продукции. Промышленные системы сухой газоочистки находятся в эксплуатации с конца 60-х годов, и все внедренные на заводах различные конструкции работают с высокой эффективностью улавливания фтора.
1.2.1 Химизм процесса сухой газоочистки
На ранних этапах разработки для сорбции фтористого водорода использовался активный (гамма) глинозем. Когда хемосорбированный продукт нагревается, вода из него испаряется, давая в итоге обогащенный по фтористому алюминию остаток. Для пояснения процесса использовалась следующая реакционная схема:
nHF(г) + Al2 O3 = Al2 O3 *nHF(адсорб)
нагрев
6/nAl2 O3 * HF ®2AlF3 + 3H2 O + 6-n/n Al2 O3
Сегодня установлено, что это процесс не так прост, как представляется вышеуказанными уравнениями, а активная форма глинозема необязательна. Последние данные показывают, что испарение воды играет главную роль в реакционном механизме, и далее, в сорбционной емкости. Установлено также, что активные места создаются гидроксильными группами типа
Количество гидроксильных групп иногда бывает неожиданно велико. В зависимости от типа глинозема образуется до 8 гидроксильных групп на кв. метр поверхности. Существует пропорциональная зависимость между адсорбционной емкостью глинозема и его удельной поверхностью (м2 /г), измеренная согласно изотермы адсорбции азота (ВЕТ).
Не полностью ясно, каким образом комбинируются вода, фтористый водород и гидроксильные группы. Неизвестным является и число сорбированных молекул воды на сорбированную молекулу фтористого водорода для предела содержания влаги в газе и температур, которые могут существовать в реальных заводских условиях. Один из механизмов предполагает образование комплекса типа
