181950. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vizes, sósavas vas (III)-klorid- oldatok termikus bontására
3 181950 mennyiségét, a porlasztó helyzetét a reaktorban, azonban ezideig nem sikerült ezeket az oldatokat szokásos módon vasoxiddá és vasban szegény sósav-oldattá feldolgozni. Valószínűleg a gáz formájú vas(III)klorid képződése és a homogén gázfázis hidrolízise következtében nagymennyiségű szubmikroszkopikus méretű finom vasoxid keletkezik, amely sem a reaktorból, sem az utána kapcsolt szárítópormentesítőbői hasznosítható módon nem nyerhető ki. A nagyrészt 0,1 pmétemél kisebb átmérőjű por főtömege ily módon eljut a mosó- és abszorpciós oszlophoz, hasonlóképpen elér a berendezéshez kapcsolt szívóventillátorhoz. Ez ismételten üzemzavarokhoz vezet, ezen túlmenően a keletkezett sósav a finom vasoxidport feloldja és ily módon a vasklorid oldat újra képződik. Ennek következtében a kinyert vasoxid por hozama 50% alatt marad. Az alacsony hozamon a pörkölés hőmérsékletének csökkentése, ami a Fe(III)CI elpárolgást mérsékeli, sem segít, mert a hőmérséklet csökkentése a hőbontás eredményességét kedvezőtlenül befolyásolja. Ilyen esetben a szilárd reakciótermék nem kívánatosán magas maradék kloridtartalmat mutat; ezen túlmenően 320 °C hőmérséklet alatti üzemeltetésnél súlyos zavarok lépnek fel, minthogy a vasklorid a reaktor-falra ülepedik. Az ellenáramú porlasztásos hőkezelés elvét csak egy esetben törték át, mégpedig az úgynevezett lépcsőzetes pirolízisnél. Ennek az eljárásnak az a célja, hogy az oldatban lévő kloridelegynek csak egy részét hőkezelik, így például a három értékű kloridokat, a többieket azonban nem, ily módon egy utólagos vizes extrakcióval az elválasztás megoldható. Ez az eljárás különbözik célkitűzésében az ismert megoldásoktól; eltérő az oldott kloridok félesége, nagy száma, ezek koncentrációja is, ez utóbbi két nagyságrenddel a tiszta vas(III)klorid-oldatok porlasztásos hőkezelésének optimuma alatt van. Ennek következtében az ismert megoldások alapján nem következtethetünk az új eljárás technikai alkalmazhatóságára. Abban az esetben, ha a lépcsőzetes pirolízisnek alávetett oldatokat teljes bontásnak akarjuk alávetni, itt is az ellenáramú porlasztást kell alkalmazni. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy az egyenáramú porlasztásos hőkezelésnél szerzett inkább negatív tapasztalatok dacára, mód van arra, hogy vas(III)kloridot és sósavat tartalmazó vizes oldatokat dolgoztunk fel anélkül, hogy a fentiekben említett üzemzavarokat tapasztalnánk, ha az oldatot egyenáramban forró gázokban porlasztjuk, és ily módon az oldatrészeket cseppekké alakítjuk. A művelet elméleti alapjai nem tisztázottak. Tapasztaltuk azonban azt, ellentétben a technika állásából szerzett ismeretekkel, hogy vas(III)klorid esetében a fémklorid porlasztásos hőkezelése kedvező eredménnyel teljes mértékben végrehajtható. A találmány tárgya eljárás vizes sósavas vas(III)kloridoldatok termikus bontására, célszerűen olyan oldatok esetében, amelyek legalább 150 g/Iiter Fe1,l-t tartalmaznak; az oldatot egy reaktorba beporlasztjuk, a szilárd bomlási termékeket a gázoktól mechanikus úton elkülönítjük és a sósavat ismert módon, például vízben adiabatikusan abszorbeáltaivá vagy vizes oldattal sósavvá dolgozzuk fel. A műveletet oly módon végezzük, hogy a porlasztóit cseppeket egyenáramban a forró gázokkal együtt vezetjük. A gázok hőmérsékletét célszerűen a reaktor elvezetőcsövében 150 és 400 °C, célszerűen 250—350 °C között tartjuk. A szilárd bomlási termékeket szokásos módon mechanikus úton eltávolítjuk a gázokból, a klórhidrogént vízben adiabatikus abszorpcióval vagy vizes oldással technikai tisztaságú sósavoldattá alakítjuk. A reaktor elvezetőcsövében a gázokat 150—400, célszerűen 250—350 °C hőmérsékletre állítjuk be; a hőmérséklet beállítását a porlasztandó oldat és a felhasznált fűtőanyag mennyiségének szabályozásával biztosítjuk. A keletkezett termékek minősége a felhasznált energia mennyiségéhez viszonyítva optimális értékű. A kapott Fe203-ra viszonyított energiafelhasználás természetesen nagymértékben függ a feldolgozandó vas(IÜ)klorid oldat koncentrációjától is. Azt tapasztaltuk, hogy az eljárás gazdaságosságának biztosítása érdekében olyan oldatokat kell feldolgozni, amelyek legalább 150 g Fem/liter koncentrációt mutatnak. Az eljárás kivitelezéséhez az ismert pörkölő kemencét álló henger formájában alkalmazzuk, a henger tetején az oldatot egy szórófejen keresztül porlasztjuk, a forró gázokat itt vezetjük be, vagy fűtőolaj vagy fűtőgáz elégetésével a berendezésben állítjuk elő. Az oldatcseppeket és a gázokat egyaránt lefelé vezetjük. A vasoxidot, továbbá a gázokat a reaktor aljához közel eső helyen vezetjük el. Ily módon a gáz, valamint a kondenzált fázis egyformán lefelé halad, ily módon egyenáramú mozgást idézünk elő. A bevezetőben említett, az egyenáramú eljárásnál észlelt elvi hátrányok ellenére sikerült olyan oldatok esetében is, amelyek főleg vas(III)kloridot és sósavat tartalmaznak, a porlasztásos hőkezelést minden üzemzavar nélkül alkalmazni és olyan vasoxidot előállítani, amelynek klórtartalma többnyire két % Cl " alatt van. Ellentétben a fentiekben ismertetett, igen kedvezőtlen ellenáramú megoldással, sikerült a találmány szerinti eljárással egyenáramban is valamely közönséges ciklon alkalmazásával, a felhasznált vasat 85— 98%-ban vasoxiddá alakítani. így például egy berendezésbe 216 liter/óra vas(III)kloridoldatot poriasztunk, ami 190 g/liter vasat tartalmaz. A műveletnél ellenáramot alkalmazunk, a kemencébe alul belépő gázok hőmérséklete 720 “C, a berendezés felső részében a kilépő gázok hőmérséklete 420 °C. Noha a kísérleti körülményeket optimálisra választottuk, a felhasznált vas mennyiségére számítva mindössze 27,8% vasoxidot lehetett kinyerni; továbbá 20,7%-ot kaptunk a berendezéshez kapcsolt ciklonból. 22,4%-ot lehetett sósav formájában kinyerni a kemence gázait vízben abszorbeáltaivá, ily módon 60 g/liter vasklorid tartalmú oldatot kaptunk, amely a legtöbb célra alkalmatlannak mutatkozott. Másik kísérletként hasonló berendezésben, a fütőgázokat az oldattal együtt a berendezés fejrészében vezetjük be és alul vezetjük el; a gázok és az oldat egyenáramban haladnak; az oldatot 153 liter/óra sebességgel tápláljuk be; vas(III)kloridoldat 259 g/liter vasat tartalmaz. A berendezés felső részében a hőmérséklet 650 °C, alul 325 °C, a ciklonban 300 °C. A felhasznált vasból a magasabb (ami a műveletet megnehezíti) koncentráció dacára, 73,2% nyerhető ki, a berendezés aljában. További 10,3%-ot a berendezéshez kapcsolt ciklonból kapunk. A regenerált sósavban mindössze 2,7% vas található. Ugyanebben a berendezésben azt tapasztaltuk, hogy a legkedvezőbb hőmérséklet a ciklon mögött mérhető: 300 °C; a hőmérséklet-értékeket az alábbi táblázat foglalja öszsze: 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
