Спосіб одержання сорбенту для уловлювання благородних металів у виробництві азотної кислоти

Спосіб одержання сорбенту на основі лужноземельних металів для уловлювання благородних металів у виробництві азотної кислоти, який відрізняється тим, що сорбент виготовляють із оксидів або карбонатів та хлоридів кальцію і магнію та вигоряючої добавки – полістиролу у кількості 1 5% формуванням гранул заданої форми, що містять після термообробки оксид кальцію 50-75%, оксид магнію - 20-35% та їх хлориди 5-15%. Винахід відноситься до галузі одержання азотної кислоти і може бути використаний на виробництвах великотонажного хімічного комплексу України для запобігання втрат платиноїдного каталізатора, що використовується на стадії окислення аміаку до оксидів азоту. Відомі способи уловлювання часток платиноїдного каталізатора, що втрачаються у хімічному процесі, за допомогою сіток із сплаву, до складу якого як основний компонент входить палладій, а також інші метали (золото, ніобій, тантал і торій) [1, 2]. Основним недоліком цих способів є висока ціна матеріалу сіток, а також втрати цих металів у процесі експлуатації сіток, що робить використання цих способів економічно недоцільним. Удосконалений спосіб уловлювання втрат платиноїдних часток [3] дозволяє зменшити втрати благородних металів за рахунок використання одночасно шару сіток із сплаву палладія і золота і шару газопроникного поглинача на основі оксиду кальцію й оксиду алюмінію. Однак застосування другого шару поглинача не забезпечує високого ступеня уловлювання часток палладія, платини і золота (ступінь уловлювання не перевищує 65%) за рахунок низького вмісту вільного оксиду кальцію, що є основною поглинаючою речовиною, і не вирішує проблему великих одноразових вкладень при реалізації способу, оскільки перший шар все одно виконується з благородних металів. Спосіб уловлювання втрат платиноїдів природними сполуками, що містять оксиди або карбонати кальцію, магнію, стронцію [4] забезпечує 8896% ступінь уловлювання платини. Недоліками даного способу є мала кислотостійкість сорбенту, неможливість виготовлення з нього часток потрібної форми, нестійкість складу сорбенту, низька вологостійкість, нестабільна пористість і міцність. Найбільш близьким за технічною сутністю до способу, що заявляється, є спосіб зменшення втрат благородних металів, що полягає в застосуванні сорбенту, виготовленого з карбонату кальцію і кордиєриту в масовому співвідношенні 1:(1-3,2) з пластифікатором - олеїновою кислотою і петролатумом, узятих у співвідношенні до карбонату каль (19) UA (11) 77149 (13) (21) 2002031806 (22) 05.03.2002 (24) 15.11.2006 (46) 15.11.2006, Бюл. № 11, 2006 р. (72) Лавренко Антоніна Олександрівна, Лобойко Олексій Якович, Гринь Григорій Іванович, Федорченко Тетяна Викторівна, Козуб Павло Анатолійович, Дейнека Дмитро Миколайович (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) SU 1720706, A1, 23.03.1992 SU 1353501, A1, 23.11.1987 SU 1699597, A1, 23.12.1991 RU 2009995, C1, 30.03.1994 RU 2006285, C1, 30.01.1994 GB 830674, 16.03.1960 US 5122185, A, 16.06.1992 US 3434826, 25.03.1969 C2 1 3 77149 4 цію 1:(0,07-0,2):(0,25-0,6) і вигоряючою добавкою в тійкість і кислотостійкість, простота наступної песпіввідношенні 1:(0,15-0,55) [5]. реробки. Основним недоліком способу-прототипу є неПозитивний ефект, що спостерігається в заможливість одержання високого вмісту благородпропонованому патенті, можна пояснити цілим них металів у відпрацьованому сорбенті, що об'єкрядом взаємозалежних обставин. тивно обумовлено високим вмістом оксиду По-перше, для виготовлення сорбенту викорикремнію в складі сорбенту. Підвищений вміст дастовується суміш із сполук лужноземельних метаного компонента призводить до зв'язування вільлів (оксидів, карбонатів або хлоридів), що мають ного оксиду кальцію в неактивні стосовно благонайбільшу уловлюючу здатність відносно металів родних металів сполуки, а також не дозволяє платинової групи. При цьому склад сорбенту доодержати сорбент із високою пористістю з за зволяє досягти їх максимально можливого вмісту. утворення плівки із силікатів кальцію. У результаті По-друге, введення до складу сорбенту одноцього концентрація благородних металів у відпрачасно сполук магнію і хлоридів призводить до цьованому сорбенті не перевищує 0,5%. утворення в'яжучої композиції, що дозволяє форКрім того, наявність силікатів у складі сорбенмувати частки сорбенту довільної форми, пористу вимагає підвищених температур обпалу, необтості і міцності у вологому стані з наступним їх хідності використання складного устаткування для обпалом. При цьому сполуки магнію, на відміну від гарячого формування і ускладнює наступне вилусполук кремнію не призводять до значного зничення благородних металів із відпрацьованого ження уловлюючої здатності сорбенту, оскільки не сорбенту. зв'язують Їх у неактивні сполуки типу силікатів. Таким чином, зазначені недоліки способуПо-третє, додавання до складу вихідної суміші прототипу об'єктивно закономірні, оскільки вони уловлюючої маси полістиролу сприяє формуванню визначаються хімізмом взаємодії компонентів сорпористої структури сорбенту з утворенням пор бенту між собою і з благородними металами і їх не заданого розміру, що відповідає розмірам платиможна усунути в рамках прототипу. ноїдних часток, що втрачаються платиноїдними В основі запропонованого винаходу поставлесітками - 1000-40000Å. но задачу шляхом використання сорбенту, сфорУ такому способі концентраційні межі складу мованого із суміші оксидів кальцію, магнію, їх хловизначаються заданими експлуатаційними власридів та вигоряючої добавки знизити втрати тивостями сорбенту. Збільшення кількості оксиду благородних металів у виробництві азотної кисломагнію в його складі понад 35% знижує ступінь ти, при цьому запропонований винахід дозволяє: уловлювання благородних металів до 20-30%, а 1. досягти концентрації платинових металів у зниження кількості оксиду магнію нижче 15% знивідпрацьованому сорбенті 2,7%; жує міцність готового сорбенту до 0,3-0,4МПа. 2. створювати сорбент заданого складу, пориХлориди мають в'яжучі властивості, тому зниженстості та питомої поверхні при збереженні достатня їх кількості в сорбенті менш ніж 5% знижує міцньої міцності; ність, вологостійкість і кислотостостійкість сорбен3. створювати частки заданої форми методом ту нижче вимог промисловості. У той же час, вологого формування; збільшення кількості хлоридів більше ніж 20% 4. спростити процес вилучення благородних зменшує пористість сорбенту і знижує його уловметалів з відпрацьованого сорбенту. люючу здатність до 20-30%. Додавання полістироІстотною відмінністю передбачуваного виналу збільшує пористість з 20% до 50% завдяки чому ходу від способу-прототипу, що забезпечує технічвміст платиноїдів у сорбенті збільшується з 1,5 до ний результат є те, що суміш оксидів кальцію, маг2,7%, але одночасно зменшується його міцність з нію та вигоряючої добавки змішується з розчином 0,7 до 0,4МПа. Таким чином кількість полістиролу, хлоридів магнію або кальцію створює таким чином який додається в початкову суміш, як вигоряюча масу, що легко піддається формуванню й утворює (пороутворююча) добавка обмежується нижньою після прокалки міцну і одночасно пористу комповеличиною міцності адсорбенту. зицію з високим вмістом сполук кальцію і магнію. Спосіб здійснюють таким чином: Кількість вихідних компонентів беруть таку, щоб Для виготовлення сорбенту змішують 0,2забезпечити склад сорбенту в %мас.: оксид каль0,35кг оксиду магнію і 0,65-0,8кг оксиду кальцію, цію 50-75, оксид магнію 20-35, хлориди - 5-15. Оп0,01-0,05кг полістиролу, до яких додають 600тимальні умови застосування сорбенту для сучас700мл розчину хлоридів кальцію або магнію суманого технологічного процесу окислення аміаку рною концентрацією 100-300г/л. Обсяг розчину передбачають його розміщення безпосередньо під підбирають такий, щоб забезпечити вологість макаталітичними сітками, але не ближче ніж 100мм си, що є достатньою для формування гранул завід нижньої катализаторної сітки. Висота шару даної форми. Отримані гранули висушують при повинна складати 50-150мм. температурі до 423К і піддають обпалу при темпеНами встановлено, що використання сорбенту ратурі 1173-1223К протягом 2-5 годин. відповідно до патенту, що заявляється, дозволяє Приклад 1. Для виготовлення сорбенту змішудосягти 85% ступеня уловлювання благородних ють 320г оксиду магнію з 680г оксиду кальцію, 50г металів при вмісті їх у відпрацьованому сорбенті полістиролу і 170г хлориду кальцію з 530мл води. до 2,7%. Крім того, запропонований сорбент має Вологу масу перемішують, формують з неї гранутакі переваги перед прототипом, як простота виголи заданої форми і після висушування обпалюють товлення, доступність вихідних матеріалів, можлипри 1173-1223К протягом 2-5 годин. Готовий сорвість варіювання складу в залежності від умов бент містить у перерахунку на оксиди і хлоридексплуатації сорбенту, достатньо висока вологосіони, %: оксид магнію - 28, оксид кальцію - 63, хло 5 77149 6 рид-іон - 9. За 2000год роботи шару сорбенту 70% від загальної кількості платиноїдов, що вино150мм у контактному апараті при 0,6МПа і навансяться з нітрозним газом. Міцність сорбенту таженні 50000м3/год вміст платиноїдов у сорбенті 0,6МПа, пористість - 30%. досяг 2,7%, а ступінь уловлювання 85% від загаТаким чином, використання сорбенту на стадії льної кількості платиноїдов, що виносяться з нітокислення аміаку у виробництві азотної кислоти розним газом. Міцність сорбенту досягає 0,4МПа дозволяє досягти 85% ступеня уловлювання блапористість 50%. городних металів при вмісті їх у сорбенті до 2,7%. Приклад 2. Аналогічно прикладу 1 виготовляСорбент може бути виготовлений з використанням ють сорбент з добавкою 30г полістиролу. Склад стандартного устаткування у виді гранул довільної готового сорбенту % - оксид магнію - 20, оксид форми методом вологого формування або екструкальцію - 73, хлорид-іон - 7. За 1000год роботи зії. Для виробництва сорбенту не потрібно наявшару сорбенту 50мм у контактному апараті при ність дорогих реагентів і великих початкових вкла0,6МПа і навантаженні 60000м3/год вміст платинодень. Сорбент має достатню для промислової їдів у сорбенті досяг 1,5%, а ступінь уловлювання експлуатації вологостійкість і кислотостійкість. Мі50% від загальної кількості платиноїдов, що виноцність гранул сорбенту дорівнює 0,4-0,7МПа. сяться з нітрозним газом. Міцність сорбенту Джерела інформації: 0,7МПа, пористість 20%. 1. Пат. США №3434826. С22В11/02, 25.03.1969. Приклад 3. Аналогічно прикладу 1 виготовля2. Пат. США №5122185. С22В11/02, 16.07.1992. ють сорбент з добавкою 10г полістиролу. Склад 3. Пат. РФ №2009995. С01В21/26, B01J23/56. готового сорбенту, %: оксид магнію - 35, оксид Опубл. 30.03.94. кальцію - 50, хлорид іони - 15. За 1500год роботи 4. Пат. Великобританії. №830674, С22В11/02. шару сорбенту 100мм у контактному апараті при Опубл. 16.03.1960. 0,6МПа і навантаженні 55000м3/год вміст гаїатино5. АС СРСР №1720706. B01J20/30, B01D53/02. їдів у сорбенті досяг 2,0%, а ступінь уловлювання Опубл. 23.03.92. Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601