Глава 36

ОЧИСТКА ГАЗОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ РЕДКИХ, РАССЕЯННЫХ И ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ

Условия работы газоочистных аппаратов в редкометалльной промышленности разнообразны. Они используются не только для санитарной очистки газов перед выбросом в атмосферу, но и часто для улавливания основного готового продукта. Иногда эти аппараты расположены в середине технологической схемы и органически включены в нее. Во многих случаях газоочистные аппараты работают в агрессивной газовой среде и предназначены для улавливания высокодисперсной пыли, образовавшейся в результате конденсации или сложных химических реакций. Запыленность газов может изменяться в широких пределах — от нескольких до сотен граммов в одном кубическом метре.

Ниже приведены некоторые наиболее характерные примеры решения вопросов очистки газов при получении редких и рассеянных элементов.

1. Улавливание хлоридов редких металлов

Для вскрытия сырья редких металлов наиболее часто применяют хлораторы, т.е. печи, в которых при 700—900 °С ведут обработку этого сырья элементарным хлором. В результате получают сравнительно небольшие объемы газа со значительным содержанием парообразных хлоридов (Ti, Fe, Al, Ni, Та), редкоземельных металлов, а также Si, К, Na, Mg и Са. Полученные хлориды можно разделить на группы, пользуясь тем, что они конденсируются при различных температурах в зависимости от свойств и концентраций.

В качестве примера рассмотрим схему, применяемую при производстве титана (рис. 36.1). Сначала получаемые в хлораторе газы пропускают через пылеосадительные камеры (полые башни) или непосредственно через поверхностные охладители, где их охлаждают до 120—180 °С. При этом охлаждении конденсируются практически все хлориды, за исключением ТiС1₄ и SiCl₄. Образующиеся из мелкодисперсных частиц-возгонов аэрозоли имеют концентрацию порядка 100 г/м³. В объеме осадительной камеры и охладителя интенсивно идут процессы коагуляции, в результате которых около 50 % образовавшейся пыли, а также механически унесенная из хлоратора пыль коксика и исходного концентрата осаждаются на стенках и в бункерах аппаратов и улавливаются.

Рис. 36.1. Схема улавливания чeтыреххлористого титана: 1 — хлоратор; 2 — осадительная башня; 3 — поверхностный охладитель; 4 — рукавный фильтр; 5 - оросительный конденсатор первой ступени; 6 — оросительный конденсатор второй ступени; 7 — холодильник; 8 — вентилятор; 9 — скоростной скруббер; 10 — циклон-каплеуловитель; 11 — дымовая труба; 12 — насосы.

Далее аэрозоль поступает в высокогерметичный рукавный фильтр с тканью из стеклянного волокна, где улавливают наиболее мелкие сконденсированные хлориды, не осевшие в осадительной камере и охладителе. Сквозь рукавный фильтр проходят только хлориды титана и кремния, находящиеся еще в парообразном состоянии. Для улавливания хлоридов титана газ после рукавного фильтра направляют в два последовательно установленных оросительных конденсатора, промываемых холодным жидким четыреххлористым титаном (TiCl₄). В первом конденсаторе циркулирующий жидкий четыреххлористый титан непрерывно охлаждается в поверхностном холодильнике холодной водой. Во втором конденсаторе промывочный раствор (TiCl₄) также непрерывно охлаждается в подобном же холодильнике холодильным раствором, получаемым на специальной холодильной установке. Излишки четыреххлористого титана, образующиеся в циркуляционном контуре в результате конденсации TiCl₄ из промываемого газа, непрерывно отводятся. Это и есть продукт, получаемый в результате технологического процесса.

Газы после второго оросительного конденсатора имеют температуру минус 50—10 °С и содержат остатки TiCl₄, SiCl₄, НС1 и С1₂. Ввиду того что такие газы выбрасывать в атмосферу нельзя, их предварительно промывают в хвостовом скруббере известковым молоком. Для этого теперь успешно применяют безнасадочные скоростные скрубберы, работающие при скорости газа 5—5,5 м/с и плотности орошения не менее 40—50 м³/(м²·ч). Для улавливания капельного уноса скрубберы снабжают циклонными каплеуловителями.

По аналогичным схемам, имеющим, однако, свои специфические особенности, очищают газы, получаемые при хлорировании сырья, содержащего другие редкие элементы, например ниобий и тантал.