Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

В настоящее время основным способом переработки колумбитового концентрата и других ниобий- и танталсодержащих материалов в отечественной и зарубежной практике является разложение их фтористоводородной кислотой [1]. В ходе технологического процесса происходит разбавление фтористоводородной кислоты ниже 30 % мас., и для организации ее комплексного использования необходимо ее концентрирование. Проблемой является также образование в технологических процессах сточных вод, нуждающихся в дополнительной очистке до требований санитарных норм. В качестве способа концентрирования фтористоводородной кислоты выбран метод ректификации. Фтористый водород и вода образуют отрицательный азеотроп [2] с точкой максимума температуры кипения 112,4 °С при атмосферномдавлениис содержанием фтористого водорода 38,29 % мас. и околоазеотропной областью в пределах 30^40 % мас. фтористого водорода с температурами кипения смеси в этой области 111^112, 4^112 °С. Область азеотропа выражена нечётко, сильно сглажена и растянута, без характерного для азеотропов максимума. В азеотропной и околоазеотропной области при значительном изменении состава жидкой фазы (содержание фтористого водорода 30^40 % мас.) изменение температуры крайне незначительно и составляет максимум 1,4 °С. Вследствие этого, в этой области затруднено проведение процесса ректификации. Цель настоящей работы — нахождение оптимальных условий концентрирования фтористоводородной кислоты методом ректификации с использованием метода математического моделирования процесса, реализуемого программным комплексом ChemCad, и выполнение поисковых исследований получения фтористого водорода из фтористоводородной кислоты. Результаты В нашем случае, исходя из физико-химических свойств азеотропа, при концентрировании разбавленной фтористоводородной кислоты ректификацией, содержащей фтористого водорода менее 38,29 % мас., в качестве дистиллята будет получена вода с примесями фтористого водорода в тех или иных количествах в зависимости от режима проведения процесса и кубовый продукт, отвечающий по составу азеотропа (38,29 % мас. HF) или близкому к нему составу. При переработке колумбитового концентрата использующаяся для вскрытия исходного сырья фтористоводородная кислота имеет особое значение. Затраты на нее являются одним из основных ценообразущих факторов производства готовых продуктов — пентаоксидов ниобия и тантала. Поэтому важной задачей является регенерация и возвращение в производственный процесс разбавленной фтористоводородной кислоты, образующейся в процессе переработки [3]. Концентрирование фтористоводородной кислоты методом ректификации Основой процесса моделирования являются экспериментальные данные по парожидкостному равновесию системы HF - H 2 O. Экспериментальные исследования по парожидкостному равновесию для системы фтористый водород — вода приведены в трёх основных источниках [2, 4, 5]. Получение наиболее достоверных данных при моделировании процесса обуславливается правильностью выбора термодинамической модели парожидкостного равновесия. Для системы, состоящей из фтористого водорода и воды, программа ChemCad позволяет в принципе вести расчеты двумя способами: 1) использовать аппроксимацию экспериментальных данных, приведённых в работе [5], с использованием термодинамической моделиNRTL (Non Random Two Liquid model) с получением параметров бинарного взаимодействия компонентов (BIPs); 2) использование имеющихся в базе данных ChemCad равновесия для смеси (HF + H 2 O) и BIPs на основе термодинамической модели е к ^ га ^ с NRTL (eNRTL). Для выбора модели, в которой будут осуществляться дальнейшие вычисления, было проведено сравнение экспериментальных данных [4], полученных при атмосферном давлении (температуры, составов жидкой и паровой фаз) с данными, рассчитанными программой. Результат сопоставления приведен в табл. 1. Из данных, приведённых в табл. 1, следует, что модель е к^ го !^ NRTL описывает парожидкостное равновесие в системе HF - H 2 O с меньшими погрешностями. © Орлов А. П., Щавелев В. Б., Мигаенко Е. С., Смирнов А. В., Нечаев А. В., 2023 198 Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 197-201. Transactions of the Kala Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 197-201.