close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Получении мазгнезии из полуобожженного доломита.

код для вставкиСкачать
УДК 661.846.23. 1.5
Б. А. Дмитревский, Н. Н. Треущенко, С. К. Цветков
ПОЛУЧЕНИЕ МАГНЕЗИИ ИЗ ПОЛУОБОЖЖЕННОГО ДОЛОМИТА
Приводятся результаты исследования по селективной
прокалке
доломита, получению чистых растворов сульфата магния из полупрокаленных
образцов и осаждению из этих растворов гидроксида магния. Определен
механизм обжига и получена зависимость степени декарбонизации MgCO3 от
температуры и продолжительности процесса. Получена зависимость
степени извлечения магния в раствор из полуобожженного доломита
раствором сульфата аммония от нормы реагента.
Магнезия находит широкое применение во многих отраслях промышленности, в
частности в производстве огнеупоров, электрометаллургии, энергетике, строительной
промышленности, для плазменной технологии, используется как адсорбент и катализатор
[1,2].
В связи с недостатком высококачественного природного материала для производства
магнезии представляет интерес разработка рациональных методов производства магнезии
из бедного сырья, в частности доломитов. Однако кислотные методы не позволяют
получать чистые растворы магниевых солей, служащие полупродуктом для производства
магнезии [3].
При термической обработке [3] доломита при 700-750ºС происходит разложение
MgCO3 c образованием MgO и твердого раствора карбонатов, обедненных углекислым
магнием. Полная диссоциация доломита происходит при 910ºС. При неполном обжиге
получается полуобожженный доломит, содержащий активный MgO. При жидкофазной
переработке такого доломита в раствор в первую очередь переходит магний.
В данной статье приводятся результаты исследований по возможности получения
высококачественной магнезии путем извлечения магния из доломита, обожженного при
различных температурах, с использованием растворов сульфата аммония.
Процесс извлечения магния из доломита с удалением аммиака в газовую фазу при
использовании сульфата аммония протекает по уравнению
(1)
MgO + (NH4)2SO4 = MgSO4 + NH3 + H2O.
В работе был использован доломит месторождения Каратау следующего состава,
%(мас.): СаО - 28,9; MgO - 19,2; CO2 - 41,8; P2O5 - 0,8; Fe2O3 - 0,2 ; н.о. - 9,1.
Обжиг доломита проводили в интервале температур 550-750ºС в течение 1-3 ч.
Методика эксперимента и методы анализа описаны в [4]. Химический состав обожженных
образцов приведен в табл.1. Содержание активного кальция указывает на степень
декарбонизации СаСО3.
При прокалке образцов по мере декарбонизации происходит уменьшение
содержания диоксида углерода и возрастает содержание основных компонентов кальция и
магния. Процесс декарбонизации определяется температурой и продолжительностью
процесса. С увеличением температуры и продолжительности процесса происходит
повышение степени декарбонизации (рис.1). Температура 650ºС недостаточна для
получения оксида магния – степень декарбонизации составляет в зависимости от
продолжительности от 6,8% при продолжительности процесса 1 ч и 15,6% при увеличении
24
продолжительности до 3 ч. При температуре 700°С происходит более полная
декарбонизация: через 1 ч степень декарбоТаблица 1 - Химический состав обожженных образцов доломита
Условия процесса обжига доломита
Температура ,
ºС
650
700
750
Содержание основных компонентов, % мас.
Продолжительность,
ч
СаО
MgO
CO2
СаОакт
1
29,6
19,5
39,8
-
2
30,1
20,1
38,5
-
3
31,2
20,7
37,6
-
1
32,4
21,2
36,0
-
2
34,5
22,7
33,0
-
3
36,3
23,4
30,0
-
1
35,6
23,2
31,0
1
2
37,1
24,1
28,1
2
3
38,1
24,8
26,6
3
С добавкой NaCl
550
650
1
35,6
23,7
29,4
1,1
2
36,4
24,2
27,6
1,5
3
37,3
24,7
28,0
2,5
0,5
36,4
24,2
27,6
1,5
1
37,4
24,8
28,0
2,5
1,5
38,5
25,6
21,3
13,8
2
38,9
25,8
20,6
16,
низации составляет 31%, через 3 ч – 45,3%. При температуре 750ºС – степень
декарбонизации через 1 ч достигает 43%, через 3 ч – 58,9%. При введении солевых
добавок, в частности хлорида натрия, температура декарбонизации снижается. В этих
условиях при прокалке образца в течение 1-2 ч уже при 550°С достигается степень
декарбонизации до 42%. При температуре 650ºС в присутствии хлорида натрия наряду с
декарбонизацией MgCO3 происходит частичная декарбонизация СаСО3. Содержание
СаОакт в прокаленных образцах составляет до 16%. Это указывает на то, что наряду с
магнезитом в этих условиях происходит довольно значительная декарбонизация кальцита.
Результаты исследований по прокаливанию образцов доломита указывают на то,
что оптимальная температура процесса декарбонизации магнезита лежит в интервале
температур 700-750°С при продолжительности процесса 1-3 ч. При введении солевой
добавки интервал оптимальных температур прокалки снижается до 500-600º С.
25
Степень декарбониз. %
Для извлечения магния из прокаленных образцов с переводом в раствор в виде
80
70
60
50
40
30
20
10
0
5
3
4
2
1
0
1
2
3
4
Время, ч
Рис. 1 - Зависимость степени декарбонизации доломита от продолжительности
процесса. Температура прокалки,ºС: 1 - 650; 2 – 700; 3 – 750 , с добавкой NaCl: 4 550; 5 – 650
сульфата магния использовали растворы сульфата аммония концентрацией 12-15%.
Процесс выщелачивания проводили в реакторе с мешалкой при температуре кипения раствора в течение 1-2 ч и нормах сульфата аммония 110-150% от стехиометрически необходимого количества по реакции (1).
В табл. 2 приведены составы жидкой и твердой фаз, полученных после обработки
обожженного доломита сульфатом аммония. В опытах 1-6 использован доломит,
прокаленный при 700ºС, в опытах 7-9 – при 750°С.
Таблица 2 - Состав жидкой и твердой фаз после выщелачивания магния сульфатом
аммония из полуобожженного доломита
№
Норма
Время,
опыта (NH4)2SO4,
ч
%
1
2
3
4
5
6
7
8
110
110
110
120
130
150
110
110
1
2
3
2
2
2
1
2
Содержание
в жидкой
фазе, %
(мас.)
СаО
0,12
0,21
0,21
0,14
0,16
0,18
0,12
0,14
MgO
3,5
3,7
3,3
3,2
3,3
2,8
3,3
3,2
26
Cодержание в твердой
фазе, % мас.
CaO
40,5
39,5
37,9
38,1
38,5
37,4
38,6
38,0
MgO
7,6
6,3
5,6
5,3
5,6
5,3
6,5
6,0
SO425,5
11,4
13,4
12,3
13,6
15,1
15,1
19,4
CO2
32,5
22,0
26,0
24,3
26,6
24,9
22,4
22,0
Степень
извлечения
MgO, %
75,9
77,2
80,8
78,3
79,0
80,3
75,0
77,0
9
110
3
0,17
3,1
37,7
5,9
22,4 21,6
77,0
Как видно из табл. 2, в ходе процесса конверсии содержание магния в твердой фазе
снижается от 22-24% до 5,3-7,6%, а в жидкой фазе образуется раствор сульфата магния
концентрацией 9-11%. Анализы на содержание полуторных оксидов показали отсутствие
соединений железа и алюминия [4]. В раствор переходит до 80% оксида магния из осадка
доломита.
Повышение нормы сульфата аммония до 130-150% увеличивает степень
извлечения магния на 2-3%. Однако, при этом содержание сульфат-иона в осадке
возрастает до 13,6-15,1%. Присутствие сульфат-иона в твердой фазе указывает на
одновременную конверсию карбоната кальция в сульфат. Установлено, что увеличение
продолжительности взаимодействия более 2 ч не приводит к значительному увеличению
степени извлечения магния в раствор, а количество SO42- в осадке существенно
возрастает.
При использовании доломита, обожженного при 750°С, степень извлечения MgO
составляет 75-77%. Это связано с тем, что в использованном образце содержится до 3%
СаО активного и частичной конверсией карбоната кальция в сульфат. Содержание SO42составляет 15,1-20,4%.
Для восполнения потерь сульфатного реагента нами исследован процесс конверсии
сульфата кальция в карбонат с использованием раствора карбоната аммония. В табл. 3
показано, что исследуемый процесс позволяет на 87-100% возвратить сульфат-ион в
раствор.
Таблица 3 - Показатели процесса конверсии гипса в карбонат кальция (Т = 50°С)
Продолжительность конверсии,
ч
Содержание в
жидкой фазе, %
(мас.)
СаО
Содержание в твердой фазе, %
(мас.)
MgO
CaO
MgO
SO42-
Степень
конверсии,
%
CO2
2
0,11
0,1
42,9
6,6
-
35,3
100,0
2
0,11
0,12
42,6
6,4
1,7
35,5
88,8
1
0,9
0,13
42,1
6,0
2,4
35,6
86,7
Осаждение гидроксида магния из растворов сульфата магния проводили в широком
интервале технологических параметров [5]. Температуру процесса изменяли от 20 до 80ºС,
концентрацию растворов от 5 до 22% MgSO4.
Проведенные исследования показали, что изменение нормы аммиака приводит к
изменению состава осадка и степени осаждения MgO. Увеличение нормы аммиака до 150200% позволяет осадить 70-80% магния с получением осадков гидроксида магния,
содержащих 63-64% MgO. Повышение температуры более 80ºС приводит к ухудшению
качества осадков до 59-62% MgO, а снижение температуры до 40ºС позволяет получить
более чистые осадки, но при этом степень осаждения снижается до 65%.
С целью возможности использования оборотных растворов, содержащих сульфат
аммония, были проведены исследования по его влиянию на процесс осаждения
гидроксида магния. В присутствии в исходном растворе не более 5% сульфата аммония
27
содержание MgO в осадке не изменяется по сравнению с осаждением из чистых растворов
сульфата магния. Введение в раствор большего количества сульфата аммония приводит к
снижению содержания MgO в осадке в связи с осаждением двойной соли
MgSO4.(NH4)2SO4.6H2O.
В непрерывных условиях нами проведены стендовые испытания по переработке
растворов, полученных при взаимодействии обожженного доломита с сульфатом
аммония.
Содержание сульфата магния составляло 9-12%. При аммонизации этих растворов
аммиаком в количестве 150% от стехиометрически необходимого количества на
осаждение гидроксида магния получены осадки, содержащие 64-65% MgO. Степень
осаждения магния составляла 70-75%. При прокалке осадков гидроксида магния получен
продукт, содержащий 97-98% MgO.
Литература
1. Неймарк И.Е. Синтетические минеральные адсорбенты и носители катализаторов. Киiв: Наук.
Думка, 1982. 216 с.
2. Рузанкин В.И. Исследование сорбционных процессов на гидроокисях магния и железа:
Автореф. дис. … канд. техн. наук/ Душанбе, 1978. 17 с.
3. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: Химия, 1986.. 860 с.
4. 4.Руководство к практическим занятиям по технологии неорганических веществ / Под ред.
М.Е. Позина. Л.: Химия, 1980. 368 с.
5. Треущенко Н.Н., Дмитревский Б.А., Кебрякова Н.В.и др. Влияние условий синтеза на химический
состав и поверхностные свойства гидроксида и оксида магния//ЖПХ. 1994. 67. №4. С.550-553.
© Б. А. Дмитревский – д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии неорганических веществ
Санкт-Петербургского государственного технологического института; Н. Н. Треущенко – канд.
техн. наук, ст. науч. сотр. той же кафедры; С. К. Цветков - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.
28
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
153 Кб
Теги
доломита, полуобожженного, мазгнезии, получения
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа